馮永平
摘 要:隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異,人類對(duì)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(tái)、海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)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(tái)動(dòng)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(jí)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(duì)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(tái)能夠正常作業(yè)的一個(gè)重要組成部分。推進(jìn)系統(tǒng)的主要功能是提供驅(qū)動(dòng)半潛鉆井平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的推力和力矩,并且對(duì)外界的力和力矩起到抵抗的作用。半潛鉆井平臺(tái)的推進(jìn)系統(tǒng)主要由原動(dòng)機(jī)和推進(jìn)器組成。原動(dòng)機(jī)的作用是將功率提供給推力機(jī)構(gòu),將功率轉(zhuǎn)化為推力。原動(dòng)機(jī)一般采用變壓器、變頻器和電動(dòng)機(jī)。推進(jìn)器是將原動(dòng)機(jī)提供的扭矩轉(zhuǎn)換成鉆井平臺(tái)動(dòng)力定位或者前進(jìn)動(dòng)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(dòng)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(tái)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(duì)于隨半潛平臺(tái)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(dòng)機(jī)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(tái)原地回轉(zhuǎn)、橫向移動(dòng)、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(gè)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的半潛平臺(tái),其推力分配的優(yōu)化問題是一個(gè)非線性優(yōu)化問題,在動(dòng)力定位過程中,各個(gè)推進(jìn)器接收動(dòng)力定位系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)命令,改變方向角、輸出相應(yīng)大小的推力,滿足動(dòng)力定位的推力要求。全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器既可以驅(qū)動(dòng)半潛平臺(tái)運(yùn)行,也可以通過控制螺旋槳的方向角改變半潛平臺(tái)的運(yùn)行方向。根據(jù)原動(dòng)機(jī)的放置和傳動(dòng)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(dòng)機(jī)水平放置在艙室,傳動(dòng)軸通過兩級(jí)轉(zhuǎn)向齒輪驅(qū)動(dòng)螺旋槳運(yùn)行,其優(yōu)點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)放置簡單,缺點(diǎn)是傳動(dòng)軸和齒輪箱較多,機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。L形全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器是電動(dòng)機(jī)垂直放置,傳動(dòng)軸僅需通過一級(jí)轉(zhuǎn)向齒輪來驅(qū)動(dòng)螺旋槳運(yùn)行,與Z形相比,因去掉一級(jí)轉(zhuǎn)向齒輪,其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單,且機(jī)械損耗也相應(yīng)減少,但需要直立式電動(dòng)機(jī)。
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(shí)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(jī)構(gòu),傳動(dòng)軸,上下齒輪箱,導(dǎo)流罩等。
轉(zhuǎn)舵液壓動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng),可以本地控制,也可以遙控控制。當(dāng)一組泵組工作時(shí),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(jī)驅(qū)動(dòng),可以本地控制,也可以遙控控制?;捅媒M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(shí),泵自動(dòng)啟動(dòng),把油排到滑油系統(tǒng)中,低液位時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)行。
中間軸系:原動(dòng)機(jī)和推進(jìn)器中間連接的傳動(dòng)軸,傳遞力矩。
彈性聯(lián)軸節(jié):位于傳動(dòng)軸頂端,原動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)軸之間的彈性連接。
氣動(dòng)剎車/機(jī)械軸鎖:為了便于維護(hù),軸系安裝了一套氣動(dòng)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(shí),一套機(jī)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(dòng)態(tài)定位模式下運(yùn)行,也可隨動(dòng)模式下操作。其相互之間獨(dú)立運(yùn)行,沒有信號(hào)連接,如果其中一套推進(jìn)器失效,不會(huì)影響到其他推進(jìn)器的運(yùn)行。啟動(dòng)推進(jìn)器需滿足以下幾個(gè)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(shí),自動(dòng)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(diǎn):優(yōu)化設(shè)計(jì)的螺旋槳和導(dǎo)流罩、可靠方便的控制系統(tǒng)、頂級(jí)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).