Электрифицируемые механизмы гидротехнических сооружений работают в условиях, отличающихся влажностью ( 100%), большими перепадами температуры ( 20-50оС ),значительными колебаниями нагрузки и длительными перерывами в работе ( при шлюзовании и особенно в межнавигационный период ). Для обеспечения безаварийной работы эти механизмы должны быть достаточно прочными, долговечными и надежными в эксплуатации. Кроме того, они должны иметь высокие технико-экономические показатели.
Перечисленные требования распространяются и на электрическое оборудование.
Главные нагрузки, действующие на электроприводы основных механизмов гидротехнических сооружений, создаются:
собственным весом перемещаемых устройств;
давлением воды и ветра на них.
Кроме этого, могут возникнуть случайные нагрузки, вызванные навалом свободно плавающих предметов и шлюзуемых судов, обледенением, ледоходом и т. п.
Указанные нагрузки, веса устройств, не остаются неизменными в процессе работ, поэтому все расчеты выполняются для двух возможных их сочетаний: основного и особого. В основное сочетание включают нагрузки, действующие постоянно при работе механизма, в особое - главные и случайные ( удары топляков, заклинивание, ледоход и т. п.). Сочетания нагрузок выбирают в соответствии с практической возможностью одновременного их воздействия как на привод в целом, так и на отдельные его элементы. Нагрузки определяют для статического и динамического режимов работы.
По действующим в системе нагрузкам рассчитывают соответствующие им моменты и суммированием последних вычисляют результирующие моменты сопротивления движению Мс.
При определении момента сопротивления нагрузки от навала свободно плавающих предметов и шлюзуемых судов, а также от обледенения и ледоходов можно не учитывать, пологая их выходящими за пределы максимального момента привода и регламентирующими лишь прочность конструкции электрифицируемого устройства.
При этом например, для двустворчатых ворот с тросовыми, цепными, штанговыми и штангово-цепными передачами моменты ( в Н*м ) от действующих нагрузок приближенно будут такими:
а) от веса системы ( момент трения в пяте и гвльсбанде )
Мтр=23Fиfrи+Fгfrг,
где Fг и Fи - реакция в пяте и гальсбане, Н;
f - коэффициент трения;
rи, rг - радиус пяты и гальсбана, м;
б) от гидростатического и гидродинамического давления воды на створку
Мг=0,5Yhl2Dh+0,15rhl2*q2
где Y - вес единицы объема воды, Н/м3;
h - заглубление створки, м;
l - длинна створки, м;
Dh - перепад уровней воды, м; r - плотность воды, кг/м3: q - скорость движения створки, м/с:
в) от действия ветра
Мв=Fвl/2,
где Fв - сила ветра,действующая на створку, Н;
l - длина створки, м.
Момент сопротивления будет равен
Мс=Мтр+Мг+Мв.
В динамическом режиме работы, кроме перечисленного, учитывают дополнительный момент ( в Н*м ) от сил инерции створки:
Ми=Jw/t,
где J - момент инерции створки, кг*м2;
w - угловая скорость движения створки, с-1;
t - время динамического режима, с;
Момент сопротивления движению подъемно-опускных ворот ( затворов ) создается главным образом весом ворот и сопротивлением трения в опорно-ходовых и закладных частях. Составляющие момента сопротивления ( в Н*м ) можно определить следующим образом:
а) от собственного веса ворот ( затвора )
Мв=GRб,
где G - вес ворот с тяговым устройством, Н;
Rб - радиус барабана подъемной лебедки, м;
б) от трения в опорно-ходовых и закладных частях
Мтр=f1PRб+f2DPRб,
где f1, f2 - коэффициент трения опорного устройства и уплотнения;
P и DP - силы гидростатического давления на ворота и на закладные части, Н.
При этом Мс=Мв+Мтр. Для привода затворов галерей,кроме указанных нагрузок, учитывают момент, создаваемый вертикальным давлением воды:
Мверт=YSRб( Hв-fоНн ),
где S - площадь затвора,м2;
Hв, Нн - напор на верхнюю и нижнюю ( выпор ) поверхности затвора,м;
fо - коэффициент подсоса.
1.4 Элементы электрического оборудования шлюзов.
Электрическое оборудование, обеспечивающее четкую и надежную работу гидротехнических сооружений, условно можно разделить на три основных группы: силовое электрооборудование приводов, электрические аппараты и системы управления, элементы и устройства электроснабжения.
1.4.а. Силовое оборудование приводов. К силовому электрооборудованию прежде всего относят электрические двигатели и электрические приводы тормозов.
Электрические двигатели. К электрическим двигателям гидротехнических сооружений предъявляются высокие требования в отношении обеспечение нормальной работы в условиях резких колебаний нагрузки, температуры окружающей среды и повышенной влажности. На гидротехнических сооружениях применялись исключительно крановые электродвигатели переменного тока с короткозамкнутым и фазным ротором серии МТК и МТ специального исполнения, обладающие достаточно высокой перегрузочной способностью и механической стойкостью. От обычных они отличаются тем, что обмотка статора их при изготовлении подвергается вакуумной пропитке изоляционным влагостойким компаундом, а в подшипниковых щитах имеются вентиляционные отверстия, предназначенные для предотвращения появления конденсата внутри двигателя.
В настоящее время на гидротехнических сооружениях получают распространение и крановые двигатели серий МТКВ МТВ с изоляцией класса В, допускающей увеличение номинальной мощности двигателя при прежних габаритных размерах.
Из - за отсутствия крановых двигателей необходимой мощности стали применяться двигатели общепромышленного назначения. Однако эти двигатели менее надежны в эксплуатации, хуже работают в условиях гидротехнических сооружений, обладают меньшей перегрузочной способностью.
Режим работы двигателей гидротехнических сооружений, как правило, кратковременный с ярко выраженной цикличностью работы. Продолжительность цикла в зависимости от вида сооружения и характера работы составляет 30 -60 минут. Продолжительность работы двигателей в цикле при этом колеблется от одной до 6 - 8 минут.
Электрические приводы тормозов. Большинство механизмов гидротехнических сооружений снабжают тормозами закрытого типа, как правило, колодочными. Тормоза служат для удержания подъемноопускных устройств в поднятом положении, а поворотных в строго фиксированном положении. Кроме того, с помощью тормоза можно сократить тормозной путь
- выбег механизма. Особенно высокие требования предъявляются к тормоза многодвигателтельных систем, где необходима одинаковая эффективность действия тормозов для сохранения синхронизации и последовательности движения элементов.
Для приведения в действие механических тормозов применяются длинноходовые электромагниты серии МО и электрогидравлические толкатели серии ЭГП.
1.4.б. Электрические аппараты системы управления. Эта группа объединяет аппараты коммутации и защиты, аппараты технологической последовательности и блокировок, контроля и сигнализации. Кроме управления основными механизмами и процессами, специальные системы этой группы аппаратов обеспечивают информацию о состоянии наиболее ответственных элементов и режимах работы и осуществляют регулирование движения судов.
Коммутационные аппараты. Для коммутации силовых цепей гидротех-
нических сооружений применяются в основном электромагнитные контакторы серии КТ. Бесконтактные ( полупроводниковые ) контакторы тока используют лишь в опытном порядке с тиристорными станциями управления.
Аппараты защиты. На шлюзах применяются максимальная токовая и минимальная защита. Для максимальной токовой защиты двигателей ворот и затворов обычно используют электромагнитные или индукционные реле максимального тока серии РЭ и ИТ, Для защиты от перегрузок электротепловые реле ТР, для минимальной защиты - реле напряжения.
Реле промежуточное используется для подготовки цепей управления к заданным операциям ( например, цикловому или раздельному управлению ). Кроме того, промежуточные реле в некоторых случаях позволяют сократить число контактов, включаемых в цепь управления. Например, вместо того чтобы включить кнопку " Стоп " всех постов управления в цепь управления, можно включить их цепь катушки промежуточного реле. При нажатии любой из этих кнопок размыкаются контакты этих реле в цепи управления и происходит остановка привода. В качестве промежуточных реле широкое применение находят реле серии РП.
Реле времени служат для управления контакторами ускорения, а также в других случаях, когда необходимо, чтобы между двумя операциями был определенный промежуток времени. Для этих целей на водных путях в основном используются электромеханические реле с приводом на переменном токе и электромагнитные реле времени постоянного тока.
Кнопки и ключи управления применяются общего назначения, рассчитанные на работу в условиях повышенной влажности.
Путевые выключатели. На шлюзах черезвычайно распространены путевые выключатели. Они служат для отключения двигателей при достижении затворами конечных и предельных положений, а также для блокировок. Различают путевые выключатели двух типов: блок - аппараты и конечные выключатели. Первые, по своему устройству подобные командоконтроллерам, являются средством управления и блокировок в функции пути, а вторые, обычно рычажного типа, устанавливаются для срабатывания в конце пути.
На гидротехнических сооружениях находят применение и бесконтактные выключатели, работа которых основана на изменении их индуктивного или емкостного сопротивления при перемещении подвижного якоря. Такие выключатели малогабаритны, герметичны, с успехом работают в агрессивной среде, и в частности в подводных частях сооружений.