半潛鉆井平臺之推進(jìn)系統(tǒng)簡介

馮永平

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，人類對未知領(lǐng)域的探索范圍逐漸增大，大量的深海油氣田被發(fā)現(xiàn)，可燃冰等新能源被開采利用，這些能源的開采利用極大地促進(jìn)了深海半潛鉆井平臺、海上浮式生產(chǎn)儲卸油船等一系列高技術(shù)深海海洋工程裝備的使用。諸如大功率電力推進(jìn)系統(tǒng)、半潛鉆井平臺動力定位等一系列支撐深海作業(yè)的新技術(shù)被不斷地完善升級并投入使用，各種先進(jìn)的、高端的設(shè)備被用于這些海洋工程裝備中，例如全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，對深海海洋工程的發(fā)展起到了至關(guān)重要的支撐作用。

關(guān)鍵詞：推進(jìn)系統(tǒng)；全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器；組成；功能

1 推進(jìn)系統(tǒng)概述

推進(jìn)系統(tǒng)是半潛鉆井平臺能夠正常作業(yè)的一個重要組成部分。推進(jìn)系統(tǒng)的主要功能是提供驅(qū)動半潛鉆井平臺運動的推力和力矩，并且對外界的力和力矩起到抵抗的作用。半潛鉆井平臺的推進(jìn)系統(tǒng)主要由原動機和推進(jìn)器組成。原動機的作用是將功率提供給推力機構(gòu)，將功率轉(zhuǎn)化為推力。原動機一般采用變壓器、變頻器和電動機。推進(jìn)器是將原動機提供的扭矩轉(zhuǎn)換成鉆井平臺動力定位或者前進(jìn)動力的裝置，其最常用的結(jié)構(gòu)形式是螺旋槳推進(jìn)器。螺旋槳推進(jìn)器包括固定螺距螺旋槳和可調(diào)螺距螺旋槳兩種。動力定位系統(tǒng)采用的推進(jìn)器大致有：主推進(jìn)器、槽道推進(jìn)器、全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器、吊艙推進(jìn)器、噴水推進(jìn)器等。半潛鉆井平臺一般都安裝有6套或8套全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器。

2 全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器

全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器是一種其推力方向可以相對于隨半潛平臺坐標(biāo)系變化的推進(jìn)器，這種推進(jìn)器大多是導(dǎo)管式的，固定螺距的，通過傘齒輪系統(tǒng)傳動機構(gòu)使螺旋槳能在水平面內(nèi)可以繞軸線作360度的回轉(zhuǎn)，可以在任何方向獲得最大推力，它可以使半潛鉆井平臺原地回轉(zhuǎn)、橫向移動、急速后退和在微速范圍內(nèi)作操舵等特殊駕駛操作。安裝有多個全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的半潛平臺，其推力分配的優(yōu)化問題是一個非線性優(yōu)化問題，在動力定位過程中，各個推進(jìn)器接收動力定位系統(tǒng)發(fā)出的信號命令，改變方向角、輸出相應(yīng)大小的推力，滿足動力定位的推力要求。全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器既可以驅(qū)動半潛平臺運行，也可以通過控制螺旋槳的方向角改變半潛平臺的運行方向。根據(jù)原動機的放置和傳動形式，有Z形和 L形兩種全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器。Z形全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器是電動機水平放置在艙室，傳動軸通過兩級轉(zhuǎn)向齒輪驅(qū)動螺旋槳運行，其優(yōu)點是電動機放置簡單，缺點是傳動軸和齒輪箱較多，機械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。L形全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器是電動機垂直放置，傳動軸僅需通過一級轉(zhuǎn)向齒輪來驅(qū)動螺旋槳運行，與Z形相比，因去掉一級轉(zhuǎn)向齒輪，其機械結(jié)構(gòu)簡單，且機械損耗也相應(yīng)減少，但需要直立式電動機。

3 全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器系統(tǒng)簡介

以勞斯萊斯 UUC 405 FP型全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器系統(tǒng)為例，其組成部分的參數(shù)與功能如下：

3.1 系統(tǒng)組成

推進(jìn)器：功率4500 kW，輸入軸轉(zhuǎn)速0～720 r/min，輸入軸最大扭矩59.7kN.m，順時針方向（從輸入軸看），螺旋槳轉(zhuǎn)速0～161 r/min，減速齒輪比4.462：1，槳葉4葉，槳直徑3800mm，最大轉(zhuǎn)舵速度2 r/min，2套帶剎車裝置的轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)，舵角指示器，轉(zhuǎn)舵機構(gòu)，傳動軸，上下齒輪箱，導(dǎo)流罩等。

轉(zhuǎn)舵液壓動力站單元：86 kW*2套轉(zhuǎn)舵泵組、濾器、軟管、油箱、冷卻器、壓力表、接油盤和其他必需附件集成在一起。泵由電機驅(qū)動，可以本地控制，也可以遙控控制。當(dāng)一組泵組工作時，另一組作為備用。

滑油單元：8.6kW *1套滑油泵組、濾器、冷卻器、壓力表、接油盤和其他必需附件集成在一起。泵由電機驅(qū)動，可以本地控制，也可以遙控控制。滑油泵組從推進(jìn)器頂部吸油，經(jīng)過濾器和冷卻器再回到推進(jìn)器底部。

膨脹油柜：滑油熱脹冷縮，膨脹油柜連通推進(jìn)器，壓縮空氣通入油柜增加油壓力。

重力油柜：重力油柜中的油來維持槳軸密封和轉(zhuǎn)舵密封壓力，位置要高于膨脹油柜，壓縮空氣通入油柜增加油壓力。

放泄泵單元：0.5 kW *1泵組，推進(jìn)器垂直軸封的油流到放泄油柜，當(dāng)油位達(dá)到高液位時，泵自動啟動，把油排到滑油系統(tǒng)中，低液位時自動停止運行。

中間軸系：原動機和推進(jìn)器中間連接的傳動軸，傳遞力矩。

彈性聯(lián)軸節(jié)：位于傳動軸頂端，原動機和傳動軸之間的彈性連接。

氣動剎車/機械軸鎖：為了便于維護(hù)，軸系安裝了一套氣動的剎車盤，通過本地控制閥控制，可滿足最大3節(jié)的水流作用在推進(jìn)器上產(chǎn)生的推力。同時，一套機械軸鎖安裝在剎車盤上。

儀表控制板：用于調(diào)節(jié)到膨脹油柜和重力油柜的壓縮空氣壓力。

主控制單元：ACU（Azimuth thruster Control Unit）全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器系統(tǒng)的本地控制單元。

3.2 全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器功能描述

全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器可選擇在動態(tài)定位模式下運行，也可隨動模式下操作。其相互之間獨立運行，沒有信號連接，如果其中一套推進(jìn)器失效，不會影響到其他推進(jìn)器的運行。啟動推進(jìn)器需滿足以下幾個條件：①滑油壓力滿足；②轉(zhuǎn)舵液壓油壓力滿足；③軸剎打開；④軸鎖打開；⑤ACU控制系統(tǒng)內(nèi)部自檢舵效。當(dāng)滑油溫度太高，高于80℃，或者膨脹油柜液位太低時，自動停止推進(jìn)器，防止損壞。

勞斯萊斯全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器主要技術(shù)特點：優(yōu)化設(shè)計的螺旋槳和導(dǎo)流罩、可靠方便的控制系統(tǒng)、頂級的零部件、平緩穩(wěn)定的操作性能等，正在逐步地、廣泛地應(yīng)用于海洋工程裝備中。

參考文獻(xiàn)：

[1] AQUAPILOT CONTROL SYSTEM SERVICE MANUAL WORK NO.：13S000002，（S645）.