Разработка логической схемы управления двустворчатых ворот судоходного шлюза

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.

Панели и пульты. Аппаратуру управления и защиты располагают, как

правило, на контакторных панелях, собранных из прямоугольных изоляционных

плит и укрепленных на угловых стойках. Коммутационную аппаратуру, реле

управления и защиты устанавливают на лицевой стороне с выводом защиты для

монтажа с обратной стороны панелей, где находятся измерительные

трансформаторы и пускорегулирующие резисторы. Размещение чувствительных

реле на контактных панелях в непосредственной близости от мощных

контакторов имеет существенный недостаток, заключающийся в ложных

срабатываниях реле от вибрации, вызываемой включением и выключением

контакторов. Поэтому на современных шлюзах чувствительную аппаратуру

управления располагают на отдельных панелях, называемых панелями

автоматики. Командоаппараты и приборы технологического контроля и

сигнализации устанавливают в полном объеме на центральном или в

сокращенном на местном пультах управления. Все приборы и устройства на

центральном пульте управления размещают в соответствии с мнемонической

схемой объекта. Центральный пульт находится в отдельном помещении, чтобы

обеспечить оператору хорошую видимость объекта. Местный пульт обычно

устанавливают непосредственно около управляемого механизма и снабжают

запирающейся крышкой.

1.4.в Оперативная сигнализация. К числу основных устройств сигнализации

и контроля относятся устройства производственной ( оперативной, поисковой

и аварийной ) сигнализаций. Среди них наиболее заметное место занимает

оперативная сигнализация.

Для успешной работы оператор шлюза должен иметь возможность в любое

время установить, в каком положении находятся ворота и затвор ( насколько

они открыты или закрыты ), а также каковы уровни воды в камере и обоих

бьефах. Для этой цели применяется оперативная указательная ( индикаторная

) сигнализация. На (рисунке 6,а и б) изображены показатели положения

подъемно - опускных и двустворчатых ворот. Основу указателей составляют

сельсины, образующие систему синхронной связи (см. п. 30 ).

С приводом ворот связан ротор сельсина - датчика, который

поворачивается при их перемещении. При этом поворачивается и ротор

сельсина приемника, электрически соединенного с сельсином - датчиком. С

сельсином - приемником, находящемся на центральном пульте управления,

связан указатель, который и отражает положение ворот.

Указатель уровня воды в камере работает следующим образом. На одной из

голов шлюза устанавливают колодец, сообщающийся с камерой, в который

помещают поплавок, закрепленный на тросе и уравновешенный противовесом.

При изменении уровня воды в камере поплавок поднимается или опускается,

отчего начинает вращаются ролик, охватываемый тросом. Это вращение

передается через редуктор сельсину - датчику и через сельсин - приемник

отражается на экране стрелочного, ленточного или цифрового указателя.

Аналогично работают и указатели уровня воды в бьефах.

Как известно, дифференциальный сельсин - приемник позволяет определить

угол рассогласования между роторами двух сельсинов - датчиков. Этот

принцып положен в основу работы указателей ( индикаторов ) разности

уровней воды в камере, верхнем или нижнем бьефах и указателей перекоса

затвора.

Обмотка статора дифференциального сельсина - указателя разности уровней

получает питание от ротора сельсина - датчика, угол поворота которого

зависит от уровня воды в бьефе ( верхнем или нижнем ), а обмотка ротора

включена на зажимы ротора датчика, угол поворота которого зависит от

уровня воды в камере. Указатель разности уровней воды необходим для

управления воротами шлюза.

Указатель перекоса предусматривают, если затвор поднимается и

опускается с помощью двух механически не связанных двигателей,

установленных на противоположных устоях камеры. Даже при наличие "

электрического вала " в таких случаях возможно появление перекоса. Перекос

затвора весьма опасен из - за увеличения напряжений в нем и возможности

его заклинивания, а также перегрузок электрических двигателей.

Статор дифференциального сельсина - указателя перекоса получает питание

от ротора сельсина - датчика положения левой стороны затвора, а его ротор

подключен к ротору сельсина - датчика положения правой стороны затвора.

Если перекос превышает заданное максимальное значение, цепь управления

данным приводом автоматически разрывается.

Рассматриваемые приборы выполняют не только функции сигнализации, но и

контроля. Они имеют контакты, замкнутые при угле рассогласования, не

превышающем заранее заданного значения, и разомкнутые, если этот угол

больше допустимого. Контакты указателей включаются в цепь соответствующих

реле, а контакты последних - в цепь управления. На (рисунке 6) приведена

принципиальная схема оперативной указательной сигнализации для одного из

шлюзов.

На схеме приняты следующие обозначения: ВСВ - датчик уровня воды

верхнего бьефа; ВС11 - датчик положения ворот верхней головы; ВС12

- то же, правой стороны; ВЕВ2 - приемник разности уровней воды между

верхним бьефом и камерой; ВЕВ - приемник абсолютного уровня воды верхнего

бьефа; ВЕ1 - приемник положения ворот верхней головы; ВЕР1

- приемник перекоса ворот верхней головы; ВС2 - датчик уровня воды в

камере; ВСН - датчик уровня воды в нижнем бьефе; ВС31 - датчик положения

левой створки ворот нижней головы; ВС32 - датчик положения правой створки

ворот нижней головы; ВС41 - датчик положения левого затвора галерей; ВС42

- то же правого затвора галерей; ВЕН2 - приемник разности уровней воды

между камерой и нижним бьефом; ВЕН - приемник абсолютного уровня воды в

нижнем бьефе; ВЕ31 - приемник положения левой створки ворот нижней головы;

ВЕ32 - приемник положения правой створки ворот нижней головы; ВЕ41 -

приемник положения затвора левой галереи; ВЕ42 - приемник положения

затвора правой галереи; KV2 - реле напряжения цепи питания сельсинов; КВ2

- реле разностей уровней воды межу верхним бьефом и камерой; КН2 - реле

разностей уровней воды между камерой и нижним бьефом; KV1 - реле перекоса.

Как видно из схемы, в камере, в верхнем и нижнем бьефах, установлено

три датчика: ВС2 - датчик уровня воды в камере; ВСВ - датчик уровня воды в

верхнем бьефе; ВСН - датчик уровня воды в нижнем бьефе, каждый из которых

питает ротор обычного сельсина - указателя уровня. Кроме того, каждый из

этих датчиков питает одну из обмоток дифференциальных сельсинов,

контролирующих разность уровней. Для ворот верхней головы на схеме

показано три датчика. Один из них - ВС1 - питает ротор приемника,

указывающего положение затвора, два других - ВС11 и ВС12, связанных с

левой и правой сторонами ворот, - питают дифференциальный сельсин -

указатель перекоса. Что касается двустворчатых ворот и затвора

водопроводных галерей, то на каждые створку и затвор установлено по одному

датчику, питающему ротор приемника, который указывает положение той или

иной створки или затвора.

Указатели разности уровней и перекоса снабжены контактной системой.

Контакты указателей включены последовательно с катушками промежуточных

реле разности уровней и перекоса.

Контакты SB2 и SH2 замкнуты при одинаковых уровнях, при неравных

разомкнуты. Контакты SP1 замкнуты при перекосе, не превышающем заданное

значение, при большем перекосе они разомкнуты.

Оперативная сигнализация у различных шлюзов устроена неодинаково. В

качестве примера рассмотрим принципиальную схему оперативной ламповой

сигнализации (рисунок 8), в которой КВ1 - контакт реле мигающего сигнала;

SQ1 - SQ3, SQ6 и SQ7 - контакты путевого выключателя, замкнутые при

открытых затворах ( воротах ); SQ4, SQ5, SQ8, SQ9 - то же, замкнутые при

закрытых воротах; KV - контакт реле блокировки ворот, замкнутый при

закрытых воротах; К12 и К32 - контакты реле разности уровней воды между

камерой и верхним и нижнем бьефами, замкнутые при уравненных уровнях. При

открытом затворе горит зеленая лампочка Н3, при закрытом - красная НК, при

движении затвора лампа мигает. Показанные на схеме замыкающие и

размыкающие контакты являются вспомогательными контактами оперативных

аппаратов управления операциями открытия О и закрытия Z затворов ( ворот

).

Пусть, например, ворота верхней и нижней голов шлюза закрыты, затворы

водопроводных галерей открыты и уровень в камере выровнен с уровнем

нижнего бьефа. В этом случае будут разомкнуты контакты путевого

выключателя SQ1, SQ4, SQ5 - SQ7 и замкнуты контакты SQ2, SQ3, SQ8, SQ9.

Будут замкнуты замыкающие контакты KV1 и К12 и закрыты все показанные на

схеме размыкающие контакты. В результате этого будут гореть красные лампы

НК3, НК4, НК16 - НК18 и зеленые Н36 - Н39.

Пусть получают питание катушки оперативных контакторов КО1 и КО2,

включающие двигатели приводов двустворчатых ворот в сторону открытия.

Створки ворот придут в движение. При этом разомкнутся размыкающие контакты

КО1 и КО2 и замкнутся замыкающие контакты КО1 и КО2. зеленые лампы НЗ13 -

НЗ15 загорятся мигающим светом. Контакты путевого выключателя SQ8 и SQ9

разомкнутся, и красные лампы НК16- НК18 погаснут. Когда створки полностью

откроются, потеряют питание катушки контакторов КО1 и КО2, откроются

замыкающие контакты КО1 и КО2 и закроются размыкающие вспомогательные

контакты КО1 и КО2. Поскольку при открытых створках контакты SQ6 и SQ7

замкнуты, зеленые лампы горят постоянным светом.

Ответной частью оперативной сигнализации является та часть, которая

относится к изменению уровней воды и перепадов. На многих шлюзах эти

устройства объединяют в общий водокомандный или водомерный прибор. В

качестве примера приведена схема комбинированных водомерных приборов,

которые измеряют уровни воды в камерах и бьефах, показывают их отметку и

значение напоров на верхние и нижние ворота.

Комплект водомерного прибора состоит из трех пар сельсинов ВС ( датчик

) и ВЕ ( приемник ). Они работают на исполнительные двигатели М через

дифференциальную механическую передачу, приводящую в движение счетное

цифровое устройство и вспомогательные контакты. Функциональная схема одной

пары сельсинов прибора приведена на (рисунке 9). Прибор работает по

принципу фазового управления, при ко-

тором у исполнительного двигателя нагрузки по току независимо от

угла рассогласования сельсинов всегда остаются примерно одинаковыми

по значению.

Особенностью и ценным свойством прибора является его самосинхронизация,

заключающаяся в способности системы приходить в состояние согласования при

появлении электрического питания, если рассогласование произошло при его

отсутствие. Это достигается благодаря тому, что предельный угол поворота (

рассогласования ) роторов сельсинов принят меньше 180о . Однако опыт

эксплуатации комбинированных водомерных приборов показал, что

чувствительность их при измерениях перепадов уровней 15 - 20 м

недостаточна.

Для шлюзов с малым напором а также для бьефов, в которых изменения

уровня воды сезонные и при шлюзовании не превышают 1,5 - 3 м, можно

повысить чувствительность следящей системы при фазовом управлении

увеличением угла поворота роторов сельсина - датчика и сельсина -

приемника ( в пределах 160о ) на единицу перепада уровня воды. Для

изменения соотношения перепада воды и угла поворота роторов в этом случае

необходимо изменить соответствующим образом передаточные числа механизмов

от поплавка к сельсину - датчику и от исполнительного двигателя к сельсину

- приемнику и счетному механизму.

1.4.г. Поисковая сигнализация. Бесперебойность работы шлюза в

значительной степени зависит от того, как быстро будет найдена и

ликвидирована неисправность в цепи управления, в результате которой тот

или иной привод отказывает в работе. Такой неисправностью часто может быть

разрыв цепи управления из - за того, что какой - либо контакт в ней не

сработал, то есть оказался разомкнутым. Поскольку таких контактов в схеме

электроприводов шлюза очень много, нахождение неисправного контакта без

специального устройства, называемым искателем повреждений, представляло бы

большую трудность.

Простейший искатель повреждений состоит из коммутатора SA и сигнальной

лампы HL, включаемых параллельно контролируемой цепи (рисунок 10). При

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6