，，

(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?dòng)力定位2級(jí)能力的5萬(wàn)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(dòng)力定位能力。該船為CCS船籍，無(wú)限航區(qū)。設(shè)計(jì)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(kāi)采工程裝備等海上運(yùn)輸和安裝。

DP-2動(dòng)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(diǎn)。DP-2系統(tǒng)是一個(gè)雙冗余的動(dòng)力定位系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足CCS DP-2、ABS DP-2以及IMO DPII 的要求，入級(jí)檢驗(yàn)按照CCS DP-2規(guī)范。

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

1 動(dòng)力定位系統(tǒng)的設(shè)備配置要求

船級(jí)符號(hào)是船級(jí)社授于船舶的一個(gè)等級(jí)標(biāo)志，對(duì)于動(dòng)力定位系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，各船級(jí)社根據(jù)船東對(duì)動(dòng)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(dòng)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(dòng)力定位系統(tǒng)設(shè)備配置的要求 (以CCS要求為例，其他船級(jí)社要求相似，不再列舉)。

表1 不同等級(jí)動(dòng)力定位系統(tǒng)的配置

由表1可見(jiàn), 不同級(jí)別的動(dòng)力定位系統(tǒng)對(duì)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(jì)的冗余，僅考慮自動(dòng)保持船位和艏向即可。

2)DP-2的附加標(biāo)志。相對(duì)于 DP-1來(lái)說(shuō)，除了考慮自動(dòng)保持船位和艏向，還需考慮設(shè)備的冗余，不應(yīng)因?yàn)閱吸c(diǎn)故障使得動(dòng)力定位系統(tǒng)失效。

3)DP-3的附加標(biāo)志。要求相對(duì)較高, 相對(duì)于DP-2來(lái)說(shuō)，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(duì)于動(dòng)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(dòng)力定位系統(tǒng)升級(jí)為DP-3過(guò)程中推進(jìn)器艙設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的推進(jìn)軸系，用于主推進(jìn)及動(dòng)力定位，在船艉還安裝有兩臺(tái)2 000 kW管道推進(jìn)器。在船艏安裝有兩臺(tái)2 000 kW可伸縮全回轉(zhuǎn)電力推進(jìn)器，還安裝有一臺(tái)2 000 kW管道推進(jìn)器，用于港口操作和動(dòng)力定位。推進(jìn)器的布置見(jiàn)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(gè)方向產(chǎn)生最大推力。

全船7臺(tái)推進(jìn)器可在下述情況下連續(xù)工作。

1)兩臺(tái)5 500 kW主推進(jìn)器可單機(jī)或雙機(jī)運(yùn)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(yùn)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(tái)螺旋槳由推進(jìn)電機(jī)通過(guò)減速齒輪箱驅(qū)動(dòng)，推進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速受控于變頻器系統(tǒng)。

對(duì)于推進(jìn)控制方面，為每套軸系提供獨(dú)立的控制系統(tǒng)。推進(jìn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮動(dòng)力定位和航行模式。

推進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)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(tái)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(dòng)，通過(guò)變頻器雙轉(zhuǎn)向由0速至全速無(wú)級(jí)控制。槳葉優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足雙向大推力要求。

管道式推進(jìn)器的主要參數(shù)見(jiàn)表2，推進(jìn)器艙布置圖見(jiàn)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(tái)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(dòng)，通過(guò)變頻器單轉(zhuǎn)向由0速至全速無(wú)級(jí)控制。槳葉優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足單向大推力要求。推進(jìn)器為無(wú)級(jí)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(jiàn)表3，推進(jìn)器艙布置圖見(jiàn)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(tái)型號(hào)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(tái)型號(hào)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(jí) IP54絕緣等級(jí)Class F溫升 Class F過(guò)載每10 min允許1.1倍滿載電流過(guò)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(tái)主推進(jìn)器為定距式螺旋槳；推進(jìn)器由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)變頻器雙轉(zhuǎn)向由0速至全速無(wú)級(jí)控制。槳葉優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足雙向大推力要求。

主推進(jìn)器的主要參數(shù)見(jiàn)表4，推進(jìn)器艙布置見(jiàn)圖4。

表4 2臺(tái)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(gè)推進(jìn)艙的布置圖可知，每一艙室內(nèi)的兩臺(tái)推進(jìn)器都配置了獨(dú)立的附屬設(shè)備，使得某一附屬設(shè)備的失效不會(huì)同時(shí)導(dǎo)致兩臺(tái)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(diǎn)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(gè)推進(jìn)器及附屬設(shè)備都布置在同一個(gè)艙室內(nèi)，不能滿足DP-3動(dòng)力定位的要求，需要對(duì)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(jì)

根據(jù)表1中船級(jí)社對(duì)于DP-3系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)要求，本船從DP-2動(dòng)力定位系統(tǒng)升級(jí)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(dú)立，即要求兩個(gè)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(huì)超過(guò)一個(gè)推進(jìn)器。

因此，對(duì)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(gè)單獨(dú)的艙室內(nèi)。規(guī)劃后的推進(jìn)器艙室布置見(jiàn)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(duì)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(yǔ)

根據(jù)船級(jí)社動(dòng)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?！昂Ｑ笫?78”船從原有的DP-2動(dòng)力定位系統(tǒng)升級(jí)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(shí)調(diào)整了艙內(nèi)設(shè)備的布置，滿足了DP-3動(dòng)力定位系統(tǒng)對(duì)艙室布置的要求。

[1] 耿 燾.IMO動(dòng)力定位系統(tǒng)規(guī)范介紹[J].中國(guó)造船,2008，49(S2)：624-627.

[2] 何崇德.船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的應(yīng)用與實(shí)踐[J].中國(guó)造船，2004，45(S)：279-299.

[3] 黃建章，李惠珍.3000噸級(jí)中國(guó)海監(jiān)船動(dòng)力定位系統(tǒng)方案的探討[J].船舶，2002(6)：38-42.

[4] 廣超越.船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)定位能力分析[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2011.

[5] 李家煒,徐玉如，龐永杰.動(dòng)力定位船舶的機(jī)動(dòng)定位技術(shù)[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，19(3)：22-28.