907

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Пермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д. Н. Прянишникова»

ИНЖЕНЕРНАЯ НАУКА:

ПРОБЛЕМЫ, ИДЕИ, ПЕРСПЕКТИВЫ (ENGINEER-2022)

Материалы Международной научно-технической конференции

(Пермь, 8 апреля 2022 года)

Часть 1

ENGINEERING SCIENCE:

PROBLEMS, IDEAS, PROSPECTS (ENGINEER-2022)

Proceedings

of the International Scientific and Technical Conference

(Perm, April 8, 2022)

Part 1

Пермь ИПЦ «ПрокростЪ»

2022

УДК 62 ББК 30

М 573

Научная редколлегия: А.П. Андреев, канд. ист. наук, и.о. ректора ФГБОУ ВО «Пермский государственный аграрно-технологический университет»; А. Г. Баханович, ректор УО «Брестский государственный технический университет», д-р техн. наук, доц.; Э.Ф. Сатаев, канд. с.-х. наук, доцент, и.о. проректора по научно-инновационной работе и международному сотрудничеству ФГБОУ ВО «Пермский государственный аграрно-технологический университет»; Е. В. Чабанова, вед. науч. сотрудник НИЧ «Агротехнополис», канд. пед. наук, доц. каф. иностранных языков фак. агротехнологий и лесного хозяйства ФГБОУ ВО «Пермский государственный аграрно-технологический университет», канд. пед. наук, доц.; В.А. Халецкий, нач. международного отдела УО «Брестский государственный технический университет»; О.В. Фотина, дир. центра международных связей ФГБОУ ВО «Пермский государственный аграрно-технологический университет»; Р.Ф. Шаихов, канд. техн. наук, доцент, зав. каф. технического сервиса и ремонта машин инженерного факультета ФГБОУ ВО «Пермский государственный аграрно-технологический университет»; К.Г. Пугин, д-р техн. наук, проф., зав. каф. строительных технологий фак. землеустройства, кадастра и строительных технологий ФГБОУ ВО «Пермский государственный аграрно-технологический университет»; Т.В. Попова, канд. пед. наук, доц., зав. каф. иностранных языков фак. агротехнологий и лесного хозяйства ФГБОУ ВО «Пермский государственный аграрно-технологический университет»; В.И. Полковникова, канд. с.-х наук, доц., зав. каф. животноводства факультета ветеринарной медицины и зоотехнии ФГБОУ ВО «Пермский государственный аграрно-технологи- ческий университет»; И.И. Давлетов, канд. экон. наук, доц. каф. менеджмента фак. экономики и информационных технологий ФГБОУ ВО «Пермский государственный аграрно-технологический университет».

М573 «ИНЖЕНЕРНАЯ НАУКА: ПРОБЛЕМЫ, ИДЕИ, ПЕРСПЕКТИВЫ (ENGINEER-2022)» = ENGINEERING SCIENCE: PROBLEMS, IDEAS, PROSPECTS (ENGINEER-2022) Международная научно-техническая конференция (8 апреля ; 2022 ; Пермь). Материалы Международной научно-технической конференции «ИНЖЕНЕРНАЯ НАУКА: ПРОБЛЕМЫ, ИДЕИ, ПЕРСПЕКТИВЫ (ENGINEER-2022)», 8 апреля 2022 г. : В 2 ч. Ч 1 / науч. редкол. А.П. Андреев [и др.]. – Пермь : Изд-во ИПЦ «Прокростъ», 2022.– 287 с. – В надзаг.: М-во с.-х. РФ, федеральное гос. бюдж. образ. учреждение высшего образ. «Пермский гос. аграрно-технологич. ун-т им. акад. Д.Н. Прянишникова». – Библиогр. в конце ст. – 25 экз. – ISBN 978-5-94279-562-7, ISBN 978-5- 94279- 563-4 – Текст : непосредственный.

Представленные материалы конференции информируют о современных достижениях, актуальных проблемах и перспективных направлениях развития в таких областях, как электротехнические и информационные комплексы и системы; эксплуатация и сервис транспортно-технологических машин и комплексов; агропромышленные технологии; проблемы экономики, логистики и управления; гуманитарные науки в инженерной сфере, отражают научные и практические результаты, анализ и способы формирования единых путей решения производственных проблем инженерной отрасли.

Предназначено для специалистов, а также для студентов старших курсов, аспирантов и преподавателей, ведущих научную и образовательную деятельность в области инженерных наук.

УДК 62 ББК 30

Часть 1. Электротехнические и информационные комплексы и системы; эксплуатация и сервис транспортно-технологических машин и комплексов»; агропромышленные технологии.

Часть 2. Проблемы экономики, логистики и управления; гуманитарные науки в инженерной сфере.

Печатается по решению ученого совета Пермского государственного аграрно-тех- нологического университета имени академика Д.Н. Прянишникова.

Научное издание

ИНЖЕНЕРНАЯ НАУКА: ПРОБЛЕМЫ, ИДЕИ, ПЕРСПЕКТИВЫ (ENGINEER-2022)

Материалы Международной научно-технической конференции

(Пермь, 8 апреля 2022 года)

Часть 1

Подписано в печать 25.07.22. Формат 60x84 1/8. Усл. печ. л. 35,88. Тираж 25 экз. Заказ № 60

ИПЦ «Прокростъ»

Пермского государственного аграрно-технологического университета имени академика Д.Н. Прянишникова, 614990, Россия, Пермь, ул. Петропавловская, 23

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ

УДК:629.5.06

Д.Р. Абашев 1, А.Л. Погудин 1,2; 1ПФ ФГБОУ ВО «ВГУВТ», 2ФГБОУ ВО «ПНИПУ» Пермь, Россия

МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ПАПИЛЬОНИРОВАНИЯ ЛЕБЕДКАМИ ЗЕМСНАРЯДА ПРОЕКТА Р-36

Аннотация. В данной статье представлена тема модернизации электропривода папильонажных лебедок, а именно, система регулирования с помощью частотного преобразователя (ПЧ). Выбран конкретный преобразователь частоты. Рассмотрены старая и новая системы регулирования. Рассмотрены достоинства и недостатки систем управления.

Ключевые слова: модернизация, земснаряд, частота, частотный преобразователь, судно, эргономика, электропривод, папильонажная лебёдка.

Самоходные многочерпаковые земснаряды – суда, главной задачей, которых является поднятие части грунта с речного дна. Многие суда на речном флоте, а именно земснаряды работают на устаревшем оборудовании, которое часто дает сбои и ошибки во время эксплуатации, исходя из этого, их производительность находится на низком уровне. Во время работы земснаряда при разрабатывании грунта, судну периодически необходимо перемещаться, не прибегая к использованию движения через гребные винты, что представляет довольно сложный процесс [1].

Цель работы заключается в улучшении эргономики, экономичного и надежного электропривода оперативных лебедок с использованием современных новшеств. Необходимо получить систему с плавным регулированием моментом и скоростью вращения электродвигателя, с замедлением и торможением элементов установки.

При работе на прорези речного дна, на земснаряде используется папильонажный вид работ лебедками [2].

Разработка грунта папильонажным способом происходит следующим об-

разом:

1.Сначала закладываются якоря: якорь носовой становой лебедки, боковые якоря папильонажных лебедок (2 боковые носовые) и при необходимости якорь лебедки становой кормовой;

2.Рамоподъемной лебедкой опускается черпаковое устройство;

3.Начало рабочих перемещений и разработка грунта.

Во время разработки грунта носовая становая лебедка остается заторможенной. Земснаряд с помощью папильонажных лебедок совершает рабочие перемещения от одной кромки прорези до другой (справа-налево и наоборот). Например, пройдя от левой кромки прорези до правой, земснаряд подтягивается вперед становой носовой лебедкой на необходимое расстояние которое определяет ширину снимаемого грунта вдоль всего рабочего перемещения между правой и левой кромками (см. рис.1).

3

Рисунок 1. Схема перемещений земснаряда при разборке прорезей папильонажным способом:

1 – левая кромка прорези; 2 – правая кромка прорези

Основное назначение оперативных лебедок – это обеспечение рабочих перемещений земснаряда по разрабатываемой прорези согласно технологическому режиму [3].

Технологический режим дноуглубительных работ понимается как, взаимосогласованная работа грунтозаборного устройства с его перемещениями по дну разрабатываемой прорези с помощью папильонажных лебедок.

На самоходном многочерпаковом земснаряде проекта Р-36 используются папильонажные лебедки, со следующими системами двигателя: лебедки работают по системе тиристорный преобразователь - двигатель (ТП-Д).

Выбор преобразователя частоты и других элементов системы. Для использования метода частотного регулирования двигателем применяют преобразователи, благодаря которым изменяется частота так и амплитуда напряжения. Несмотря на все эти возможные изменения, мы получаем изменение формы выходного

4

тока, близкого к синусоидальной. Исходя из этого, в таких системах обеспечивается широкий диапазон для регулирования угловой скорости электропривода, при этом уменьшая потери высших гармоник напряжения.

Преобразователь частоты выбираем по мощности подключаемого к нему двигателя. Серия преобразователей частоты (ПЧ) Altivar Process ATV900. Данный ПЧ имеет функцию рекуперации, благодаря этому он экономически эффективен (его эффективность заключается в том, что энергия возвращается в сеть в режиме торможения).

ПЧ Altivar Process ATV900 прост в эксплуатации. Данный ПЧ можно настраивать через специальное программное обеспечение установленное на персональном компьютере (ПК), а так же считывать, устанавливать и сохранять базы дынных различных задач [6]. Преобразователь имеет встроенную электронную защиту от перегрузки по току.

Принимаем векторное управление магнитным потоком. Встроенная система векторного управления потоком позволяет достигать больших крутящих моментов даже при низких скоростях двигателя.

Таблица 2

Преимущества и недостатки векторного управления

Рисунок 2. Структурная схема управления до модернизации и после: ПУ - пульт управления, ТП – тиристорный преобразователь, Д – двигатель,

ЧП – частотный преобразователь, УХ – управление характеристиками, ПК – персональный компьютер.

5

Преобразователь частоты Altivar Process ATV900 одобрен Речным регистром. Данная модернизация повысит эффективность работы земснаряда и улучшит эргономику в целом. На основании таблицы 3, видно, что срок окупаемости равен 0,764 года.

Литература

1.Политехнический терминологический толковый словарь. Составление: В. Бутаков, И.

Фаградянц. 2014. Дата 01.03.2020

2.Прайс-лист «Электротехнические системы Сибирь».

3.Руководство по программированию Altivar Process ATV900. 662с. 2016г.

4.Справочник по проектированию автоматизированного электропривода: Под редакцией Круповича В.И., Барыбина Б.Ш. - М.: Энергоиздат, 1982., - 340 с.

5.Статья. Абашев Д.Р., Чабанов Е.А., Чабанова Е.В. Дистанционная диагностика и управление электрическим оборудованием судов.

6.Теория автоматического управления в задачах электропривода. С.Н. Сидоров, Н.А.

Лунина 2013, -112 с.

MODERNIZATION OF THE PAPILIONING SYSTEM BY THE WINCHES

OF THE DREDGER OF THE P-36 PROJECT

D.R. Abashev 1, A.L. Pogudin 1,2

Perm branch of FSFEI HE «VSUWT» FSAEI HE «PNRPU»

Perm, Russian Federation

Abstract. in this article, the topic of modernization of electric drives of paperback winches, namely, the control system using a frequency converter (IF). A specific

6

frequency converter is selected. The old and new regulatory systems are considered. The advantages and disadvantages of control systems are considered.

Keywords: modernization, dredger, frequency, frequency converter, vessel, ergonomics, electric drive, paper winch.

Об авторах

Абашев Данис Раисович (Пермь, Россия) – студент (специалитет) Пермский филиал ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта», e-mail: abashev.danis@yandex.ru.

Погудин Андрей Леонидович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент, доцент отделения высшего образования, Пермский филиал ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта»; доцент кафедры «Информационных технологий и автоматизированных систем», ФГАОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», e-mail: pogudin_al@mail.ru.

УДК 629.12.066(075.8)

Н.А. Алексеев, А.В. Радаев, Ю.В. Кудрявцев; ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова», Санкт-Петербург, Российская Федерация

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ С БЕРЕГА ПРИ СТОЯНКЕ СУДНА В ПОРТУ – НАДЕЖНЫЙ СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ

И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Аннотация. В статье представлены преимущества электроснабжения с берега при стоянке судна в порту. Рассмотрены режимы работы нейтрали судовых высоковольтных электроэнергетических систем в зависимости от емкостного сопротивления фаз судовой системы. Даны рекомендации по выбору сопротивления нейтрали. Для обеспечения минимизации напряжения прикосновения при однофазном замыкании на землю в любом месте системы берег-судно рекомендовано использование эквипотенциального подключения.

Ключевые слова: береговое подключение, единые высоковольтные электроэнергетические системы, сопротивление нейтрали, эквипотенциальное соединение.

Международная морская организация (ИМО) разрабатывает мероприятия по уменьшению негативного воздействия судоходства на окружающую среду, при этом, особое внимание направлено на уменьшение выбросов с судов во время портовых операций. Загрязняющие выбросы, поступающие от судовых вспомогательных дизель-генераторов, используемых для загрязнения воздуха питания судовой инфраструктуры, применяемой для обеспечения жизнедеятельности экипажей и комфорта пассажиров на пассажирских судах во время стоянки, а также для выгрузки и погрузки на грузовых судах, включают диоксид углерода (СО2), оксиды азота (NOx), оксиды серы (SOx) и твердые частицы (ТЧ). Одним из наиболее перспективных решений по сокращению в портах, является подача электроэнергии на пришвартованные суда от береговой электрической системы, что позволит судам отключить вспомогательные двигатели.

7

Кроме того, при этом наблюдается дополнительный экономический эффект, т.к. электроэнергия береговых электростанций значительно дешевле электроэнергии вырабатываемой судовыми генераторами, экономятся горючесмазочные материалы, необходимые для работы судовых дизель-генераторов, высвобождается обслуживающий персонал, появляется возможность профилактического обслуживания генераторных агрегатов.

Благодаря бурному развитию полупроводниковой техники, позволившей создать надежные экономичные системы электродвижения переменного тока, а также, учитывая большие преимущества электродвижения по сравнению с механической передачей на винт, все большее количество судов (контейнеровозы, танкеры, газовозы, пассажирские суда) переходит на электродвижение. При этом на судах используются единые электроэнергетические системы (ЕЭЭС). В ЕЭЭС одни и те же генераторы вырабатывают электроэнергию для нужд гребной электрической установки (ГЭУ) и питания общесудовых приемников. Достоинством ЕЭЭС являются:

оптимизация режимов эксплуатации дизельгенераторов, как следствие, снижение расхода горюче-смазочных материалов и повышение КПД;

повышение надежности и эксплуатационных характеристик в целом;

снижение стоимости оборудования установки;

повышение гибкости планирования технического обслуживания и ремонта генераторных агрегатов.

Регулирование частоты вращения гребного винта в ЕЭЭС, при использовании в качестве ГЭД электрических машин переменного тока, осуществляется с помощью полупроводниковых преобразователей частоты,

Мощность ГЭД в ЕЭЭС судна значительно превосходит мощность общесудовых приемников. Для снижения массы и габаритов ГЭД используется высокое напряжение 6.6 или 11 кВ.

В соответствии с действующими Правилами Российского морского регистра судоходства [5] в судовых высоковольтных электроэнергетических системах могут применяться три режима нейтрали: изолированная; резистированная и компенсированная. Исключения составляют лишь нефтеналивные суда и газовозы, на которых применение компенсированной нейтрали не допускается.

При нейтрали полностью изолированной от корпуса судна, токоведущие части судовой электроэнергетической системы (ЕЭЭС) электрически соединены с корпусом только через сопротивление изоляции, которое принято чисто емкостным. Чем меньше емкость, тем меньше ток однофазного замыкания (О.З.), и тем выше пожароэлектробезопасность.

Преимущества изолированной нейтрали – относительно малые токи О.З. и простота реализации этого режима. К недостаткам можно отнести: высокие перенапряжения при дуговых перемежающихся О.З.; большая вероятность возникновения феррорезонансных явлений при О.З.; большая вероятность перехода О.З. в двухфазные короткие замыкания.

В системе с компенсированной нейтралью между корпусом судна и нейтралью включается индуктивное сопротивление дугогасительного реактора (ДГР) (дросселя), равное емкостному сопротивлению трех фаз ЕЭЭС [1]. При точной

8

настройке, в установившемся режиме, емкостной ток О.З. полностью компенсируется индуктивным током ДГР. Вместе с тем, во время функционирования ЕЭЭС непрерывно подключаются и отключаются источники (дизельгенераторы) и приемники электроэнергии, что приводит к изменению емкости фаз ЕЭЭС и, следовательно, возникают режимы перекомпенсации или недокомпенсации. Возникает необходимость автоматической настройки ДГР в резонанс с изменяющейся емкостью сети, т.е. значительному усложнению конструкции по сравнению с изолированной нейтралью. В настоящее время в силу этих обстоятельств режим компенсированной нейтрали не получил широкого распространения в судовой практике.

Резистированная нейтраль подразумевает включение между корпусом судна и нейтралью системы через высокоомный резистор, сопротивление которого находится в пределах от однократной до двукратной величины емкостного сопротивления трех фаз ЕЭЭС относительно корпуса судна. Таким образом, ток О.З. для этого режима работы нейтрали при малых сопротивлениях замыкания фазы на корпус несколько превышает ток О.З. при изолированной нейтрали, это обуславливается появлением активной составляющей тока через сопротивление нейтрали. При достаточно больших сопротивлениях замыкания фазы на корпус, ток О.З. будет несколько меньше, чем при изолированной нейтрали. Минимальное значение тока О.З. будет при оптимальном сопротивлении нейтрали, которое зависит от емкостного сопротивления трех фаз ЕЭЭС по отношению к корпусу и располагается между его однократной и двукратной величиной. В режиме резистированной нейтрали, при оптимальном значении сопротивления нейтрали обеспечивается значительное снижение перенапряжений при дуговых замыканиях по сравнению с изолированной нейтралью [2, 3, 4]. Поэтому в судовой практике режим резистированной нейтрали нашел широкое применение.

При проектировании высоковольтных систем подключения судов при стоянке в порту к высоковольтным системам берегового (портового) электроснабжения рекомендуется (следует) учитывать стандарт IEC/IEEE 80005-1 [7]. Этот стандарт определяет основные требования, предъявляемые к электрическому соединению между пришвартованным судном и источником электроэнергии, расположенным на причале. В стандарте указывается на первостепенную роль выбора величины резистора заземления нейтрали и рекомендуются исходные значения для каждого типа судна.

В соответствии с рекомендациями стандарта IEC/IEEE 80005-1 электроэнергия от береговой системы электроснабжения должна подаваться на судно через разделительный трансформатор. Вторичная обмотка трансформатора соединяется звездой, а нулевая точка, через резистор заземления нейтрали, соединяется с землей. Клемма резистора заземления нейтрали, соединенная с землей, подключается к корпусу судна через нейтральный кабель, а так же она подключается к земле с помощью нейтрального заземлителя, алгоритм работы которого определяется типом судна. Ток однофазного замыкания на землю (О.З.) в основном зависит от величины сопротивления заземления нейтрали. Величина установившегося тока О.З. на землю будет низкой по сравнению с номинальным фазным током. Для предотвращения возможности поражения электрическим током обслуживающего персонала, стандарты и рекомендации по технике безопасности предписывают следующие ограничения:

9

однофазное замыкание на землю не должно создавать напряжение прикосновения, превышающее 30В, в любом месте энергосистемы «Берег-судно»;

резистивная составляющая тока утечки однофазного замыкания на землю должна быть не менее чем в 1,25 раза больше емкостной составляющей [6, 7].

С целью предотвращения появления опасных напряжений прикосновения в любом месте системы электрического подключения судна к берегу, необходимо обеспечить эквипотенциальное соединение между береговой системой заземления

икорпусом судна, т.е. необходимо обеспечить электрическое соединение с помощью дополнительного проводника проложенного параллельно с фазными.

Кроме того, решающее значение для определения безопасного тока О.З. на землю имеет соотношение активной и емкостной составляющих этого тока. Для определения величины сопротивления заземления нейтрали RN необходимо знать

емкостное сопротивление = 1⁄3 , где C – максимальная емкость фазы

ЕЭЭС, соответствующая максимальному числу работающих приемников и источников. Вместе с тем, каждый раз невозможно изменять значения сопротивления заземления нейтрали RN в соответствии с параметрами пришвартованного судна, поэтому, вероятно, необходимо определить диапазон значений сопротивления заземления нейтрали RN для группы судов.

В качестве кабеля предназначенного для соединения судна с берегом используются силовые кабели, у которых параллельно с фазным проводником проложен заземляющий проводник (эквипотенциальный проводник). Суммарное поперечное сечение заземляющих проводников должно составлять не менее 50% от поперечного сечения фазных проводников. Таким образом, совместно заземляющие проводники, проложенные внутри силового кабеля, обеспечивают эквипотенциальную связь между корпусом судна и береговой системой заземления. В качестве иллюстрации на рисунке 1 представлена контактная часть розетки силового кабеля соединения судна с берегом.

Рисунок 1 – Внешний вид розетки для подключения силового кабеля питания судна с берега

Кроме того, выключатель заземления QF (разъединитель) соединяет клемму заземления сопротивления заземления нейтрали RN с системой эквипотенциального заземления [6]. Стандарт IEC/IEEE 80005-1 требует, чтобы во время электроснабжения судна с берега сопротивление заземления нейтрали подключалось только к судну нейтральным кабелем, а в случае, когда судно не получает питания с берега (не подключено к берегу) сопротивление нейтрали силового трансформатора должно быть подключено к земле (рис.2).

10