“海洋石油278”動力定位系統(tǒng)升級后推進(jìn)器艙布置方案設(shè)計

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(海洋石油工程股份有限公司,天津 300451)

“海洋石油278”是目前世界上第一艘?guī)в袆恿Χㄎ?級能力的5萬t半潛式自航工程船，半潛深度13.5 m，在所有吃水下均具有DP-2動力定位能力。該船為CCS船籍，無限航區(qū)。設(shè)計吃水10.15 m的情況下，載重量約53 500 t ，在靜水中的航速能達(dá)到14 kn。續(xù)航力約15 000 n mile，自持力不少于50 d。主要用于但不限于海洋石油和天然氣勘探、開采工程裝備等海上運輸和安裝。

DP-2動力定位系統(tǒng)是該半潛式自航工程船的關(guān)鍵技術(shù)之一，具有高技術(shù)、高復(fù)雜性的特點。DP-2系統(tǒng)是一個雙冗余的動力定位系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計滿足CCS DP-2、ABS DP-2以及IMO DPII 的要求，入級檢驗按照CCS DP-2規(guī)范。

為提高船舶的動力定位能力，“海洋石油278”需從當(dāng)前的DP-2動力定位系統(tǒng)升級為DP-3。

1 動力定位系統(tǒng)的設(shè)備配置要求

船級符號是船級社授于船舶的一個等級標(biāo)志，對于動力定位系統(tǒng)來說，各船級社根據(jù)船東對動力定位系統(tǒng)的功能和設(shè)備冗余度的不同要求授于不同的附加標(biāo)志。不同的動力定位附加標(biāo)志, 其要求的設(shè)備配置也不同,主要區(qū)別在設(shè)備配置的冗余度上。表1列出了動力定位系統(tǒng)設(shè)備配置的要求 (以CCS要求為例，其他船級社要求相似，不再列舉)。

表1 不同等級動力定位系統(tǒng)的配置

由表1可見, 不同級別的動力定位系統(tǒng)對于設(shè)備的配備和布置要求區(qū)別較大。 概括如下。

1)DP-1的附加標(biāo)志。不考慮系統(tǒng)設(shè)計的冗余，僅考慮自動保持船位和艏向即可。

2)DP-2的附加標(biāo)志。相對于 DP-1來說，除了考慮自動保持船位和艏向，還需考慮設(shè)備的冗余，不應(yīng)因為單點故障使得動力定位系統(tǒng)失效。

3)DP-3的附加標(biāo)志。要求相對較高, 相對于DP-2來說，除了考慮設(shè)備的冗余，冗余的設(shè)備之間需用 A60防火墻進(jìn)行分隔。

對于動力定位系統(tǒng)推進(jìn)器的配置要求，DP-2與DP-3附加標(biāo)志的主要區(qū)別在于考慮冗余的推進(jìn)器艙室之間是否有A60防火墻進(jìn)行分隔。這也是“海洋石油278”船從DP-2動力定位系統(tǒng)升級為DP-3過程中推進(jìn)器艙設(shè)計的最關(guān)鍵要素。

2 推進(jìn)系統(tǒng)的配置分析

本船在船艉安裝有兩套5 500 kW變頻調(diào)速異步電動機(jī)驅(qū)動的推進(jìn)軸系，用于主推進(jìn)及動力定位，在船艉還安裝有兩臺2 000 kW管道推進(jìn)器。在船艏安裝有兩臺2 000 kW可伸縮全回轉(zhuǎn)電力推進(jìn)器，還安裝有一臺2 000 kW管道推進(jìn)器，用于港口操作和動力定位。推進(jìn)器的布置見圖1。

圖1 “海洋石油278”推進(jìn)器的布置示意

所有全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器應(yīng)在任何方向均可產(chǎn)生最大推力，管道推進(jìn)器需要在兩個方向產(chǎn)生最大推力。

全船7臺推進(jìn)器可在下述情況下連續(xù)工作。

1)兩臺5 500 kW主推進(jìn)器可單機(jī)或雙機(jī)運行。

2)主推進(jìn)器、可伸縮推進(jìn)器、管道推進(jìn)器可任意組合運行。

本船設(shè)有兩套推進(jìn)軸系、固定螺距螺旋槳、減速齒輪箱、導(dǎo)流管和舵。每臺螺旋槳由推進(jìn)電機(jī)通過減速齒輪箱驅(qū)動，推進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速受控于變頻器系統(tǒng)。

對于推進(jìn)控制方面，為每套軸系提供獨立的控制系統(tǒng)。推進(jìn)控制系統(tǒng)設(shè)計時要考慮動力定位和航行模式。

推進(jìn)系統(tǒng)的動力定位模式包括以下控制。

1)主推進(jìn)器和舵。

2)船艉側(cè)推。

3)船艏側(cè)推。

4)船艏可伸縮推進(jìn)器。

航行模式包括如下3種。

1)正反轉(zhuǎn)控制。

2)電機(jī)速度控制。

3)電機(jī)功率極限控制。

2.1 管道式推進(jìn)器

3臺管道式推進(jìn)器為定距式螺旋槳，推進(jìn)器由電機(jī)驅(qū)動，通過變頻器雙轉(zhuǎn)向由0速至全速無級控制。槳葉優(yōu)化設(shè)計，滿足雙向大推力要求。

管道式推進(jìn)器的主要參數(shù)見表2，推進(jìn)器艙布置圖見圖2。

表2 管道式推進(jìn)器的主要參數(shù)

圖2 管道式推進(jìn)器艙室布置示意

2.2 伸縮式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器

兩臺伸縮式全方位回轉(zhuǎn)推進(jìn)器為定螺距螺旋槳，推進(jìn)器由電機(jī)驅(qū)動，通過變頻器單轉(zhuǎn)向由0速至全速無級控制。槳葉優(yōu)化設(shè)計，滿足單向大推力要求。推進(jìn)器為無級控制轉(zhuǎn)速，最小轉(zhuǎn)速為2 r/min。

伸縮式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的主要參數(shù)見表3，推進(jìn)器艙布置圖見圖3。

圖3 伸縮式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器艙室布置示意

表3 伸縮式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的主要參數(shù)

升降槳2臺型號TH-2500MLRN螺旋槳直徑 2 500 mm螺旋槳轉(zhuǎn)速0～226.4 r/min槳葉數(shù) 4生產(chǎn)廠家Thrustmaster電機(jī)2臺型號DC5100U1250QD額定功率2 000 kW轉(zhuǎn)速0-1 000 r/min進(jìn)線電壓620 V,3 ph防護(hù)等級 IP54絕緣等級Class F溫升 Class F過載每10 min允許1.1倍滿載電流過載1 min生產(chǎn)廠家Coverteam UK ltd環(huán)境溫度 45 ℃

2.3 主推進(jìn)器

兩臺主推進(jìn)器為定距式螺旋槳；推進(jìn)器由電機(jī)驅(qū)動，通過變頻器雙轉(zhuǎn)向由0速至全速無級控制。槳葉優(yōu)化設(shè)計，滿足雙向大推力要求。

主推進(jìn)器的主要參數(shù)見表4，推進(jìn)器艙布置見圖4。

表4 2臺主推進(jìn)器的主要參數(shù)

圖4 主推進(jìn)器艙室布置示意

由各個推進(jìn)艙的布置圖可知，每一艙室內(nèi)的兩臺推進(jìn)器都配置了獨立的附屬設(shè)備，使得某一附屬設(shè)備的失效不會同時導(dǎo)致兩臺推進(jìn)器失效。本船的推進(jìn)系統(tǒng)具有滿足DP-2要求的冗余能力，推進(jìn)器的配置滿足在單點故障情況下，船舶浮起及半潛狀態(tài)在相應(yīng)環(huán)境條件下的定位能力。但船艏或船艉的兩個推進(jìn)器及附屬設(shè)備都布置在同一個艙室內(nèi)，不能滿足DP-3動力定位的要求，需要對推進(jìn)器艙的分艙布置進(jìn)行調(diào)整。

3 推進(jìn)器艙的布置方案設(shè)計

根據(jù)表1中船級社對于DP-3系統(tǒng)的冗余設(shè)計要求，本船從DP-2動力定位系統(tǒng)升級為DP-3后，推進(jìn)器艙的布置要考慮推進(jìn)器及附屬設(shè)備在位置上獨立，即要求兩個推進(jìn)系統(tǒng)之間設(shè)置A60的防火墻進(jìn)行阻隔，以確保在發(fā)生電力故障、火災(zāi)、水災(zāi)等情況下的損失不會超過一個推進(jìn)器。

因此，對推進(jìn)器附屬設(shè)備的艙室布置進(jìn)行重新規(guī)劃，目的是將每一套推進(jìn)器裝置及附屬系統(tǒng)放置在一個單獨的艙室內(nèi)。規(guī)劃后的推進(jìn)器艙室布置見圖5～7，圖中云霧線內(nèi)表示的為推進(jìn)器附屬設(shè)備的布置調(diào)整和新增加的艙壁結(jié)構(gòu)，以滿足DP-3系統(tǒng)對推進(jìn)器艙室的分艙布置要求。

圖5 管道式推進(jìn)器艙室分艙布置示意

圖6 伸縮式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器艙室分艙布置示意

圖7 主推進(jìn)器艙室分艙布置示意

4 結(jié)束語

根據(jù)船級社動力定位附加標(biāo)志DP-3的要求，冗余的推進(jìn)器艙室之間應(yīng)設(shè)置有A60防火墻進(jìn)行分隔。“海洋石油278”船從原有的DP-2動力定位系統(tǒng)升級為DP-3后，在維持原船推進(jìn)器配置方案不變的前提下，在冗余的推進(jìn)器艙室之間設(shè)置A60防火墻的同時調(diào)整了艙內(nèi)設(shè)備的布置，滿足了DP-3動力定位系統(tǒng)對艙室布置的要求。

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