動(dòng)力定位系統(tǒng)在船舶和海洋工程中的應(yīng)用

動(dòng)力定位系統(tǒng)在船舶和海洋工程中的應(yīng)用

1主導(dǎo)力量:dps在船舶和海洋工程的定位之前，通常使用錨泊系統(tǒng)，但隨著水深的增加，傳統(tǒng)的錨泊系統(tǒng)需要錨鏈的直徑、長度和重量，這將不可避免地導(dǎo)致船只和海洋工程的錯(cuò)誤。此外，由于洪水和火災(zāi)造成的巨大損失，安全先進(jìn)的dps定位變得越來越重要。本文以山東煙臺(tái)來福士海洋工程有限公司目前建造的最大鉆井平臺(tái)D90的DPS3定位系統(tǒng)為例,對(duì)設(shè)計(jì)和應(yīng)用作一介紹供同行參考。2dps和船舶動(dòng)力的控制方法動(dòng)力定位系統(tǒng)(DynamicPositionsystem,DPS)是一種先進(jìn)的船舶操縱控制系統(tǒng),該系統(tǒng)通過測(cè)量設(shè)備得到船舶運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)信息和環(huán)境信息,利用計(jì)算機(jī)完成復(fù)雜的控制計(jì)算,向輔助推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)出推力和力矩指令,推進(jìn)系統(tǒng)抵抗船舶受到的風(fēng)、波浪和水流干擾力作用,從而完成船舶縱向、橫向和首向三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)控制。它解決了船舶在由于水深或其他原因不可以用錨固定的情況下,在水中定位的問題。DPS的起源很早,在1960年造船前輩們就開始研究船舶和海洋工程等水平位置的自動(dòng)定位系統(tǒng),當(dāng)時(shí)那些控制水平位置的運(yùn)動(dòng)(振蕩、搖動(dòng)和偏航)的系統(tǒng)就是現(xiàn)在的動(dòng)力定位系統(tǒng)的雛形。隨著造船技術(shù)的發(fā)展,DPS的技術(shù)日益可靠成熟,用途越來越廣,現(xiàn)在已經(jīng)廣泛用在海洋工程、船舶、巡航艦、游艇和漁船上。3獨(dú)立操縱桿液壓系統(tǒng)對(duì)于DP等級(jí)的劃分,不同的規(guī)范給出了不同的表示符號(hào),對(duì)比如下表。AUT為帶自動(dòng)航向的獨(dú)立操縱桿備用,UPS不間斷電源支持和手動(dòng)操縱。AUTR為技術(shù)設(shè)計(jì)上冗余,帶自動(dòng)航向的獨(dú)立操縱桿備用,UPS不間斷電源支持和手動(dòng)操縱。AUTRO為技術(shù)設(shè)計(jì)上冗余和分離,帶自動(dòng)航向的獨(dú)立操縱桿備用,DP控制系統(tǒng)在分離的空間備份,UPS不間斷電源支持和手動(dòng)操縱。4回采平臺(tái)的穩(wěn)定性D90平臺(tái)(入DNV挪威船級(jí)社)采用AUTRO這個(gè)最高要求,提高了動(dòng)力定位的冗余,保障單個(gè)故障情況下使平臺(tái)在復(fù)雜海況下保持鉆桿位置在允許范圍內(nèi)變動(dòng)。這樣對(duì)鉆井作業(yè)的安全性、可靠性和作業(yè)效率非常有利,通常稱AUTRO為DPS3。DPS3主要包括三個(gè)系統(tǒng),動(dòng)力系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、DP控制系統(tǒng)。4.1發(fā)電機(jī)的參數(shù)因?yàn)橐獫M足單一失效不能影響整個(gè)DPS3的功能發(fā)揮,加上成本的考慮,所以D90平臺(tái)的動(dòng)力系統(tǒng)經(jīng)過計(jì)算,采用8臺(tái)瓦錫蘭柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組并車運(yùn)行作為動(dòng)力源,每兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)在一個(gè)A60分隔的發(fā)電機(jī)組室,共設(shè)4個(gè)發(fā)電機(jī)室。這樣的設(shè)計(jì)有利于降低總裝機(jī)容量和單個(gè)發(fā)電機(jī)的容量,提高了安全性。發(fā)電機(jī)組參數(shù)為型號(hào)12V32、額定功率5400kW、轉(zhuǎn)速720r/min、額定電壓11kV、額定頻率60Hz,其中兩臺(tái)(G4/G5)兼做應(yīng)急發(fā)電機(jī)組;設(shè)計(jì)11kV主配電板A、B、C、D四屏,每屏各自獨(dú)立,主配電板A和D分別連接2臺(tái)5400kW柴油發(fā)電機(jī)組,兩臺(tái)額定功率5600kVA螺旋槳供電的變壓器,2套母線連接器IC。主電板B和C分別包含2臺(tái)5400kW柴油發(fā)電機(jī)組,兩臺(tái)額定功率5600kVA螺旋槳供電的變壓器,2套母線連接器IC。按規(guī)范要求,主配電板A、B、C、D分別設(shè)計(jì)連接兩套母線連接器IC,1套母線,形成一個(gè)閉合回路,這個(gè)設(shè)計(jì)與常規(guī)不同,常規(guī)只需要每屏連接一套母線連接器IC;在生產(chǎn)設(shè)計(jì)和施工中要求做到A、B、C、D屏進(jìn)行有效的A60分隔,主配電板這樣的設(shè)計(jì)能夠做到單一失效時(shí)不至于引起全部失效,詳見圖1。因?yàn)橹髋潆娛椅恢迷O(shè)計(jì)在水線以上的上船體,所以根據(jù)規(guī)范可以不用水密分隔。4.2槳塔的安裝和布置選用瓦錫蘭生產(chǎn)的8臺(tái)全回轉(zhuǎn)螺旋槳系統(tǒng),型號(hào)FS3500-571NU,輸入功率4300kw,輸入轉(zhuǎn)速720r/min,輸出轉(zhuǎn)速0~720r/min,通過調(diào)頻器PWM連續(xù)可調(diào)。8臺(tái)螺旋槳分別安裝在8個(gè)獨(dú)立的艙室,艙室之間都是A60防火分隔和水密分隔,按照冗余的要求,螺旋槳的布置采取交叉布置,詳見圖2。這樣的布置能夠保證滿足單一失效不會(huì)影響整個(gè)DPS3的功能發(fā)揮,提供滿足要求的橫向和縱向推力。4.3自動(dòng)控制系統(tǒng)適用的條件采用ALSTOM提供的DPS3的模式,實(shí)時(shí)檢測(cè)船舶的位置信息和環(huán)境的水流、風(fēng)向等信息,如果船舶發(fā)生位置偏移的情況,根據(jù)所收集的信息,計(jì)算機(jī)計(jì)算處理后,自動(dòng)給出控制信號(hào),調(diào)節(jié)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)速等,調(diào)節(jié)動(dòng)力系統(tǒng)的工作狀態(tài),直至船舶回到既定位置。當(dāng)DPS3自動(dòng)控制系統(tǒng)失效時(shí),必須能夠手動(dòng)控制推進(jìn)器。DPS3控制系統(tǒng)主要包括4個(gè)部分。4.3.1風(fēng)速風(fēng)向信息帶避雷針的風(fēng)速風(fēng)向儀3套,型號(hào)為GillWindobserverII,提供風(fēng)速風(fēng)向信息,其中兩套與另一套進(jìn)行A60防火分隔。4.3.2定位設(shè)置和定位預(yù)測(cè)是整個(gè)DPS3控制系統(tǒng)的“大腦”,收集傳感裝置的信息并分析、處理,自動(dòng)或接受人工設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算,向推進(jìn)器發(fā)出執(zhí)行命令。本平臺(tái)選用定位測(cè)量控制臺(tái)2套,一套放在駕駛室,一套放在備用控制室(駕駛室和備用控制室A60防火分隔);定位預(yù)測(cè)模擬控制臺(tái)1套,放在駕駛室;動(dòng)力定位控制臺(tái)3套,兩臺(tái)放在駕駛室,一臺(tái)放在備用控制室;組合手柄操舵工作臺(tái)1套,放在駕駛室;單一手柄操舵工作臺(tái)一套,放在駕駛室;定位接線箱3臺(tái),1臺(tái)放在備用控制室,2臺(tái)放在計(jì)算機(jī)室;4臺(tái)4kVA的不間斷電源,兩臺(tái)放在備用控制室,兩臺(tái)放在計(jì)算機(jī)室。4.3.3自動(dòng)操作板dps3顯示單元是DPS3系統(tǒng)的人機(jī)交換接口,應(yīng)該顯示來自動(dòng)力、推進(jìn)和DPS3控制系統(tǒng)的信息,通過人工操作板(有操縱桿和操作鍵盤組成)操作,以確保這些系統(tǒng)正常運(yùn)行。4.3.4海床產(chǎn)品信息采集系統(tǒng)定位參考單元是為DPS3控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的位置信息,從而為DPS3系統(tǒng)對(duì)推進(jìn)器的調(diào)節(jié)提供準(zhǔn)確的參考。定位參考單元是兩套衛(wèi)星定位儀,型號(hào)為GLONASSL1/L2,一套放在駕駛室,一套放在備用控制室,提供平臺(tái)的經(jīng)度、緯度和高度的實(shí)時(shí)絕對(duì)位置信息;電羅經(jīng)三臺(tái),型號(hào)為STDGGM,一臺(tái)放在備用控制室,兩臺(tái)放在計(jì)算機(jī)室,提供真北向信息;垂直參考器3套,型號(hào)為TSSDMS-10,其中2套與一套A60分隔;聲納系統(tǒng)接收器2套,型號(hào)為SonardyneUSBL,兩套之間A60分隔;聲納系統(tǒng)發(fā)送器4套,提供以海床為參考的船位變化信息;隔水管角度發(fā)送器兩套;防爆裝置角度發(fā)送器一套,詳見圖3。5儀器冗余設(shè)