动力定位船舶推进器系统介绍
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动力定位船舶推进器系统介绍推进器的型式和制造厂很多。
推进器的基本功能是提供反抗环境因素的力和力矩,以便使船处于规定的回旋圈内。
推进器分类推进器一般是用来提供动力,提高速度的。
按照原理不同,有螺旋桨、喷气推进器、喷水推进器、特种推进器。
特种推进器又有许多种类,有变距螺旋桨、导管螺旋桨、直翼推进器、喷射推进器、磁流体推进器等。
随着科学技术的发展,推进器在不断发展,会出现各种形式的新型推进器。
应用到动力定位船上的推进器主要有三种:主推进器,槽道推进器和全回转推进器。
这些推进器在动力定位船舶上的布置图如下图所示:推进器布置图1).主推进器对于常规的船舶而言,单轴或双轴的主推进器基本相似。
对于DP船舶,这样的主推进器构成了DP功能的一部分,推进器通常选用可变螺距类型,以恒转速运转。
这将易于使用轴传动交流发电机,如果轴传动装置不以恒速转动将无法使用。
如果安装变频控制系统,可使用变速交流电动机与定螺距推进器联合使用。
下图是一个主推进器:主推进器2).全回转推进器全回转推进器由一个安装在较短槽道内的可控螺距或固定螺距的推进器组成。
该类型推进器凸出于船舶底部,可通过旋转提供任意方向的推力。
全回转推进器利用锥齿轮由上部驱动。
某些情况下,整个推进器可以收到船壳之内。
全回转推进器的优点在于其可以提供任意方向的推力,其经常被用作主推进器。
但是,其难以实现合适的安装,若安装在船舶底部将显著增大船舶的排水量。
如下图所示:全回转推进器3)槽道推进器槽道推进器主要是沿船舶的纵向贯穿安装于船壳上。
其通过锥齿轮由上部电机或柴油机驱动,向左舷或右舷旋转叶片,或者调整转速和方向可以产生推力。
通常可以在船艏或船艉安装2个或3个槽道推进器。
槽道推进器当船舶没有显著的前进或后退时,由槽道推进器产生的作用于船舶上的合回转力矩将十分显著。
当船舶具有运动时,上述推进器产生的效果将急剧减小。
3.2推进器在动力定位系统中的作用推进器使得船舶具有了操作性。
北京先略投资咨询有限公司船用动力定位DP系统概述(最新版报告请登陆我司官方网站联系) 公司网址: 目录船用动力定位DP系统概述 (3)第一节船用动力定位DP系统的定义和分类 (3)一、动力定位DP0系统 (3)二、动力定位DP1系统 (3)三、动力定位DP2系统 (3)四、动力定位DP3系统 (3)第二节船用动力定位DP系统的市场情况 (4)一、动力定位DP1系统的市场情况 (4)1、全球 (4)2、中国 (5)二、动力定位DP2系统的市场情况 (8)1、全球 (8)2、中国 (8)三、动力定位DP3系统的市场情况 (10)1、全球 (10)2、中国 (11)船用动力定位DP系统概述第一节船用动力定位DP系统的定义和分类国际海事组织和国际海洋工程承包商协会将DP定义为动力定位船舶需要装备的全部设备,包括动力系统、推进器系统和动力定位控制系统。
由于海上作业船舶对动力定位系统的可靠性要求越来越高,IMO和各国船级社都对DP提出了严格要求,制定了三个等级标准。
设备等级一(DP1):在单故障的情况下可能发生定位失常。
设备等级二(DP2):有源组件或发电机、推进器、配电盘遥控阀门等系统单故障时不会发生定位失常,但当电缆、管道、手控阀等静态元件发生故障时可能会发生定位失常。
设备等级三(DP3):任何但故障都不会导致定位失常。
DP的分级主要考虑设备的可靠性和冗余度,目的是对动力定位系统的设计标准、必须安装的设备、操作要求和试验程序等作出规定,保证DP安全可靠运行,并避免在DP作业时对人员、船舶、其他设备造成损害。
一、动力定位DP0系统DP0船舶装备一套集控手动操作系统和航向自动保持的动力定位系统(DPS),能在最大环境条件下,使船舶的位置和航向保持在限定范围内。
二、动力定位DP1系统DP1船舶装备具有自动定位和航向自动保持的动力定位系统(DPS),另外,还有一套独立的集控手动操作系统和航向自动保持的动力定位系统,能在最大环境条件下,使船舶的位置和航向保持在限定范围内。
UT771摘要:本文简要介绍DP(Dynamic Positioning System)动力定位系统的定义,入级附加标志(DP1,DP2,DP3)的基本要求,现以海工平台供应船UT771 WP的工程项目实例进行动力定位系统设计研究,该船入级满足DNV动力定位2级要求,并在DNV检测下进行安装与测试,试验满足DNV动力定位2级要求,主要包括DP操作站,DP主控制箱,信号接口箱, 外围设备, 位置参考系统, 传感器, 独立操作杆系统和相关的操作模式,该文是规则的快速指南,有助于改善船厂,船东和制造商对动力定位系统有更深入的了解,对国内其他准备建造动力定位系统船舶项作一个参考。
关键词:动力定位,位置参考系统,冗余1 定义1.1动力定位船舶:系指仅用推进器的推力保持其自身位置(固定的位置或预先确定的航迹)的船舶。
1.2动力定位系统:系指使动力定位船舶实现动力定位所必须的一整套系统,包括下列分系统:(1)动力源系统(2)推进器系统(3)动力定位控制系统(4)独立操作杆系统1.3入级标志:(1)DYNPOS AUT(DP1)——安装有动力定位系统的船舶,可在规定的环境条件下,自动保持船舶的位置和首向,同时还应设有独立的集中手动船位控制和自动首向控制。
有一套备用遥控推进控制系统和一套备用位置参考信号系统。
(2)DYNPOS AUTR(DP2)——安装有动力定位系统的船舶,在出现单个故障(不包括一个舱室或几个舱室的损失)后,可在规定的环境条件下,在规定的作业范围内自动保持船舶的位置和首向。
自动位置保持系统,技术设计有冗余。
(3)DYNPOS AUTRO(DP3)——安装有动力定位系统的船舶,在出现任一故障(包括由于失火或进水造成一个舱室的完全损失)后,可在规定的环境条件下,在规定的作业范围内自动保持船舶的位置和首向。
自动位置保持系统,技术设计和布置有冗余。
2 系统配置DNV 船级社对动力定位系统不同的入级标志有不同的系统配置要求。
动力定位(DP)系统简介作者:王卫卫来源:《广东造船》2014年第01期摘要:随着海洋工程项目的蓬勃发展,动力定位系统(简称DP系统)的应用已越来越广泛。
本文对DP系统等级、工作原理以及根据船级社不同入级符号的设备配置等作了简单的介绍,希望能够对大家以后的开发设计及生产有所帮助。
关键词:DP;入级符号;特点;工作原理中图分类号:P751文献标识码:AInvestigation of Dynamic Positioning SystemWANG Weiwei( Guangzhou Shipyard International Co., Ltd. Guangzhou 510382 )Abstract: The application of Dynamic Positioning System (DP system) is more and more popular because of development of ocean project. The article introduce the level of DP system, work principle, the requirement of equipment according to different DP notations. I hope it is helpful to exploder, design and production in the future.Key words: DP;Classification notation;characteristic;work principle1前言动力定位系统(Dynamic Positioning System)简称DP系统,是从上个世纪70年代逐渐发展起来的,并逐步由浅水海域向深水海域发展,应用于各种海洋工程、海上科考、水下工程等领域。
随着船舶自动化程度越来越高,DP系统的定位能力以及自动化程度也越来越高,而以上各类领域的工程项目也越来越离不开带有DP系统的海上钻井平台和船舶。
动力定位(D P)系统简介动力定位(DP)系统简介作者:王卫卫来源:《广东造船》2014年第01期摘要:随着海洋工程项目的蓬勃发展,动力定位系统(简称DP系统)的应用已越来越广泛。
本文对DP系统等级、工作原理以及根据船级社不同入级符号的设备配置等作了简单的介绍,希望能够对大家以后的开发设计及生产有所帮助。
关键词:DP;入级符号;特点;工作原理中图分类号:P751文献标识码:AInvestigation of Dynamic Positioning SystemWANG Weiwei( Guangzhou Shipyard International Co., Ltd. Guangzhou 510382 )Abstract: The application of Dynamic Positioning System (DP system) is more and more popular because of development of ocean project. The article introduce the level of DP system, work principle, the requirement of equipment according to different DP notations. I hope it is helpful to exploder, design and production in the future.Key words: DP;Classification notation;characteristic;work principle1前言动力定位系统(Dynamic Positioning System)简称DP系统,是从上个世纪70年代逐渐发展起来的,并逐步由浅水海域向深水海域发展,应用于各种海洋工程、海上科考、水下工程等领域。
随着船舶自动化程度越来越高,DP系统的定位能力以及自动化程度也越来越高,而以上各类领域的工程项目也越来越离不开带有DP系统的海上钻井平台和船舶。
动力定位的名词解释动力定位是一种技术手段,通过使用推进系统组合和姿态控制系统,使船舶、深潜器或无人潜水器能够在海洋中精确地定位并保持合适的位置。
它是一项关键的海洋工程技术,广泛应用在海洋科研、海洋石油勘探、海底管道铺设、海底救援等领域,为人类在海洋环境中开展各种活动提供了重要的支持。
一、动力定位的基本原理动力定位的基本原理是通过利用船舶或潜水器上的推进系统和姿态控制系统,根据外部环境的变化实时调整,以保持船舶或潜水器的位置和方向稳定。
推进系统能控制船舶或潜水器的位置和运动速度,常用的推进系统包括船舶的推进螺旋桨和潜水器的水动力推进器。
当环境变化导致船舶或潜水器偏离目标位置时,推进系统会相应地调整船舶或潜水器的推进力,使其回到目标位置。
姿态控制系统用于控制船舶或潜水器的姿态,包括船舶的舵机和潜水器的姿态控制锚。
当环境变化导致船舶或潜水器产生偏航、横倾或纵倾等姿态变化时,姿态控制系统会相应地通过调整舵角或改变锚点位置来保持船舶或潜水器的稳定姿态。
二、动力定位的关键技术1. 定位系统动力定位依赖于先进的定位系统来获取船舶或潜水器的当前位置信息。
常用的定位系统包括全球定位系统(GPS)、惯性导航系统(INS)、声纳测距系统和激光测距系统等。
借助这些系统,船舶或潜水器可以获取准确的位置信息,并通过与目标位置进行比对,实现精确的定位和控制。
2. 船舶或潜水器的动力系统动力定位需要可靠、高效的动力系统来提供推进力。
船舶常使用内燃机、电动机或涡轮机等推进设备,而潜水器则通常采用水动力推进器。
这些动力系统能够根据实时的环境变化,精确地调整推进力,使船舶或潜水器能够保持目标位置的稳定性。
3. 自适应控制算法自适应控制算法是动力定位的核心技术之一。
通过传感器监测环境变化和目标位置信息,控制算法可以实时调整推进系统和姿态控制系统,以实现船舶或潜水器的精确定位。
自适应控制算法能够根据环境的复杂性和实时需求,快速响应并调整系统参数,以适应不同情况下的定位需求。
海运船舶的船舶动力与推进系统船舶动力和推进系统是海运船舶的核心组成部分,它们直接决定了船舶的运行效率和能源利用率。
本文将探讨海运船舶的船舶动力与推进系统,介绍其基本原理、常见类型及其发展趋势。
一、船舶动力系统的基本原理与组成船舶动力系统主要由发动机、传动装置和船舶的推进装置组成。
发动机是船舶动力系统的核心,其作用是将能源(如燃油、天然气等)转化为机械能,进而驱动船舶前进。
传动装置负责将发动机输出的动力传输至推进装置,常用的传动装置包括液力传动和机械传动。
推进装置是船舶的“动力发射器”,它将能源转化为推进力,驱动船舶在水中运行。
二、海运船舶常见的动力与推进系统1. 内燃机与传统推进系统内燃机是目前海运船舶中最常见的动力设备之一,其主要包括柴油机和涡轮机两种类型。
柴油机具有功率大、效率高的特点,常用于大型远洋船舶;而涡轮机则适用于小型船舶和高速船舶。
传统推进系统主要包括螺旋桨和水喷推进器两种形式,螺旋桨是目前最常用的推进装置,通过调整桨叶的转速和角度来实现推进力的调控。
2. 涡轮电力推进系统涡轮电力推进系统是一种较新的船舶动力与推进系统,它将柴油发电机和电动机相结合,通过电力传输实现船舶的推进。
涡轮电力推进系统具有能源利用率高、噪音低、污染少等优点,在环保节能方面具有较大的潜力。
3. 涡轮帆船推进系统涡轮帆船推进系统是将风能与动力系统相结合的一种创新推进方式。
它采用了先进的涡轮技术,将风能转化为动力,并通过转子驱动船舶前进。
涡轮帆船推进系统减少了对化石燃料的依赖,具有环保节能的特点,是未来船舶发展的一种趋势。
三、船舶动力与推进系统的发展趋势随着科技的不断进步和环保意识的不断提升,船舶动力与推进系统也在不断创新和发展。
首先,船舶动力系统将更加注重能源的利用效率,提高动力装置的效率,减少能源的浪费和环境污染。
其次,船舶推进系统将继续向着高效、低噪音和低振动的方向发展,以提升船舶的航行性能和舒适性。
此外,随着新能源技术的不断成熟和应用,如太阳能、风能等,未来船舶动力系统可能会采用更多的清洁能源,并实现多能源混合驱动。
动力定位DP-3系统介绍动力定位(Dynamic Positioning,DP)系统是指在风、浪、流的干扰情况下,不借助锚泊系统,利用自身的推进器系统使海上浮动装置保持一定的位置和艏[1]向,或者按预定运动轨迹运行的闭环控制系统。
根据动力定位的不同冗余度,DP-3要求在出现故障(包括由于失火或进水造成一个舱室的完全损失)后,可[2]在规定的环境条件下,在规定的作业围内自动保持船舶的位置和艏向。
动力定位系统是自上个世界六十年代开始,国外海洋工程为了深水海域的开发而研制出来的自动控制船舶位置的系统。
动力定位船可以根据实时测得的海域环境条件,通过控制船舶的推进器系统,自动保持船舶的位置按照预先设定的轨迹运动。
在国内海洋工程领域,该定位系统越来越成为深水海洋工程船舶的标准配置。
同时,随着中国造船行业的迅猛发展,越来越多的动力定位船在国内船厂建造。
DP-3动力定位控制系统介绍DP-3动力定位控制系统是中央控制系统(Integrated Control System,ICS)中最重要的核心系统之一。
其主要的工作原理为图1所示。
动力定位控制系统的工作原理是:根据位置参照系统测得的船位信息与DP传感器系统测得的环境信息,经滤波后得到估算值,根据估算值与期望值进行比较和运算,然后经推进器分配模块计算后发出对各推进器的指令。
在DP控制系统中,艏向和位置由操作者设定,然后由DP控制器通过发出控制信号到推进器系统,DP控制系统通过推进器控制系统的分配,发布命令到任何一个在使用的推进器,通过改变推进器的运转方向、转速或叶片的螺矩,以调节船位。
出现偏差时,DP控制系统可自动探测并进行适当的调整。
DP控制系统这种控制方式能减少燃料消耗、机器磨损和温室气体排放。
1图1 DP控制系统工作原理动力定位系统是动力定位船的必要的完整装置,主要由电力系统、推进器系统和DP控制系统组成。
任何一个子系统发生故障都可能导致船舶失去定位或艏向保持能力。
船舶动力定位系统简述摘要:伴随着深海技术的快速进步和发展,动力定位系统在海洋工程上面得到了广泛的使用。
动力定位系统通过它的控制系统驱动着船舶的推进器来抵消风、浪还有海流等作用于船上的环境外力,从而能够让船舶保持在确定的位置上或者是沿着预期设定的航迹上航行。
我通过本文,对于国际海事组织还有国际海洋工程承包商协会的动力定位系统定义和分级的要求进行了分析,在这样的基础之上,论述了国内外船舶动力定位系统的发展趋势还有它的应用情况,分析了动力定位系统的组成还有其工作原理,对于动力定位系统的各种要求、控制的技术等等进行了研究,并且提出了发展国产的动力定位系统应该采用的方法。
关键词:船舶电气动力;动力定位系统;控制的技术引言船舶的动力定位系统是一种闭环控制系统,它通过控制系统驱动船舶的推进器来进行抵消海风、海浪还有暗流等作用于船上的环境外力,从而能够让船舶在海平面要求的位置上稳定航行。
动力定位系统通过测量系统不断的检测船舶的实际位置和目标位置的差距,然后再依据环境外力的影响计算出能够让船舶恢复到目标位置上所需要的推力大小,从而对于整艘船的各处推进器进行推力的分配,让各处的推进器产生相应的推力来进行克制海风、海浪和暗流等环境外力的影响,让船舶保持在正确的航海位置上或者是沿着预定的航迹进行航行。
1动力定位和电力推进系统的简述1.1动力定位系统的组成和分类。
最开始的时候,国际海事承包商协会IMCA的《动力定位船舶设计和使用指南》当中,动力定位系统包括了三个部分:动力(power)、控制(control)还有参考(references)。
动力可以再次被分成发电、配电还有用电(推进器系统);控制指的是功率的管理系统,有着自动和手动两种方式,还有位置控制系统;参考就是本意上的位置、环境还有船舶方位的传感器。
因为海上作业船舶对于动力定位系统的可靠性要求变得越来越高,国际海事组织IMO还有各国的船级社对于动力定位系统都提出了非常严格的要求,除了在各种环境条件下都能够具有的手动控制还有自动控制的基本要求之外,还制定了三个等级标准,这样做的目的是对于动力定位系统的设计标准、必须要安装的设备还有操作的要求和试验的程序以及文档给出相应的建议,从而能够降低动力定位系统控制下的作业施工时候对于工作人员、船舶。
动力定位系统简介船舶的动力定位系统从70 年代逐渐发展起来,在海洋工程、科学考察等领域有着重要的用途。
随着船舶电力推进的成熟和自动控制理论的发展,动力定位系统的性能也不断提高。
动力定位系统的组成:动力定位系统包括3 个分系统:动力系统、推力器系统和动力定位控制系统。
1.动力系统动力系统一般来说是给整个动力定位系统提供电力的。
一般的船舶电站可兼作动力系统,但应满足一些特殊要求。
输入(船位、控制器推力器; 输出(船位、推力器系统2.推力器系统作为动力定位系统执行部分,常用电动机或柴油机驱动的推进器。
主推进装置(包括其舵系统)可兼作动力定位系统的推力器,在船舶进入动力定位运作模式时,由动力定位系统的控制器进行控制。
为提高定位能力,主推进装置可设计为全回转推进器,例如Z 型推进、SSP 推进等。
一般各推力器的工作组合应产生横向、纵向推力及回转力矩。
3.动力定位控制系统包括控制器和测量系统。
a控制器指的是动力定位系统总的控制部分,一般采用计算机控制的方法。
b测量系统包括位置参照系统、电罗经、风向风速仪、倾角仪等,测量船舶的船位、艏向、纵倾横倾角等船舶状态,以及风向、风力、流速等环境条件,通过接口输入到控制器中。
控制器根据人工输入的船位和艏向,对测量系统提供的数据进行分析和运算,给出推力器的控制指令。
动力定位控制系统执行的功能可总结如下:(1)给出推力器的控制指令。
(2)测量船舶的船位、艏向等船舶状态。
(3)测量风向、风力等环境条件。
(4)接收各种操纵指令的人工输入。
(5)动力定位系统的故障检测及报警。
(6)动力定位系统工作状态的显示。
动力定位系统的系泊试验动力定位系统在进行系泊试验之前,应确认已取得本社颁发的产品证书,并确认布置和安装已严格按本社审批的图纸进行,采用的工艺满足本社有关规定。
动力系统系泊试验动力系统的各组成部分,如发电机、发电机原动机、主配电板等,应满足船舶建造检验的一般要求。
另外还应进行下列检验:a发电机组:一台发电机组不投入运行,并联运行其他发电机组,逐个启动几台功率较大的推力器电动机。
动力定位DP(Dynamically positioned)的定义是一种可以不用锚系而自动保持海上浮动装置的定位方法。
动力定位系统由船位显示仪、电子计算机控制机构和推进器等部件组成。
工作时,电子计算机随时可根据船位仪所测定的船位数值,自动地发出控制信号,改变推进器的运转方向、转速或叶片的螺矩,以调节船位。
有的动力定位系统,还可根据风力的变化,提前发出信号来抵消风力的影响。
采用动力定位的海上浮动装置,在海上钻探作业时不需要抛锚,这不仅减少了复杂的抛锚工序,而且工作的水深亦不受锚系长度的限制,甚至可以在水深大于1000米以上的深度进行工作。
DP3是动力定位的等级,3级是最高的一种.不过各船级设对动力的定位等级的名称描述不全相同,像DNV的就叫的比较另类~~DP3是最高等级的了,冗余多,安全好,一般平台上采用,钻井船的话DP2多点。
动力定位需要接收GPS,,卫星信号,电罗经的信号等信号,并且点罗经要配备多个,还要配备参照设备,并将这些信号送到动力定位系统,然后动力定位系统的计算机根据这些信息计算怎样控制推进器的动作。
动力定位系统设计时要根据船舶的服务海域,假设出船所受的浪高,浪的周期,风速,洋流速,并且要不同角度计算,才能设计出一个合理的动力定位系统。
DP控制系统1 ,一般来说,DP控制系统布置在DP控制站里,在该控制站操作人员可以清楚看到船的外形轮廓及周边区域。
DP控制站应该显示来自动力、推进和DP控制系统的信息,以确保这些系统正常运行。
对安全操作DP系统必需的信息必须一致可见。
其它信息应该基于操作员要求可用。
3 ,特别地,显示系统和DP控制站应该基于声环境学原理。
DP控制系统应该提供控制模式的简单选择,比如手动、操纵杆、或推进的电脑控制,并且应该清楚地显示出现运行的模式。
4,对配备2和3级的,操作控制必须设计为没有单个误操作可能导致临界条件。
5 ,相关接口的系统和/或DP控制系统控制的系统的错误报警必须是声光报警。
国产首套dp3动力定位系统系泊试验内容及方法一、dp3动力定位系统简介。
咱先来说说这个dp3动力定位系统啊。
这可是个很厉害的东西呢,就像是船的超级智能小助手。
它能让船在海上不管是遇到风浪啊,还是各种复杂的水流情况,都能稳稳地停在想要的位置。
对于咱们国产的首套系统,那更是意义非凡啦,就像是咱们国家在船舶技术这个大舞台上秀出的一个超级酷炫的新技能。
二、系泊试验内容。
1. 动力系统测试。
- 这动力系统可是整个dp3的核心之一呢。
要测试各种动力设备,像推进器之类的。
看看它们在不同功率下的运行状态。
比如说,从低功率慢慢增加到高功率,就像给汽车加油门一样,看这个推进器是不是能顺畅地运转起来。
而且啊,还要检查在长时间运行下,会不会出现过热或者其他故障。
就好比你让一个人一直跑步,看他能不能坚持下来,中途会不会摔倒或者气喘吁吁的。
- 动力的稳定性也是个重要的测试点。
船在海上不能一会儿往前冲得厉害,一会儿又往后退,那可不行。
要确保动力输出是平稳的,这样才能保证船的定位准确。
2. 控制系统测试。
- 控制系统就像是大脑一样指挥着整个动力定位系统。
首先要测试它的指令接收和执行能力。
给它发出各种定位的指令,比如让船停在某个坐标点,看它能不能准确地接收到指令,然后指挥动力系统让船到达那个位置。
- 还有控制的精度呢。
不能说我们想让船停在A点,结果它停到了离A点好几米远的地方。
要精确到很小的误差范围,这就需要对控制系统进行反复的调试和测试。
- 故障诊断功能也不能少。
就像人要是生病了得知道是哪里出了问题一样,控制系统得能快速检测出自身哪里有故障,然后发出警报或者采取一些应急措施。
3. 传感器测试。
- 传感器就像是dp3系统的眼睛和耳朵。
它要能准确地感知船周围的环境信息,像风速、风向、水流速度和方向这些。
要测试传感器的数据采集是否准确,不能把大风速测成小风速,那可就乱套了。
- 传感器的可靠性也很重要。
在海上环境复杂多变,有时候可能会有海浪拍打啊之类的情况,传感器得经得住这些考验,一直稳定地工作。
船舶动力定位系统及其控制技术随着海洋经济时代的到来,人们对海洋资源的需求越来越多。
由于深海环境复杂多变,因而对获取海洋资源的装置定位精度要求也越来越高。
传统的锚泊系统有抛起锚操作过程繁琐、定位精度和机动性差等缺陷,难以符合定位精度的要求;而船舶动力定位系统(以下简称“DP系统”)则在保持航迹或保持位置方面具有突出的优势,已被逐渐应用到海上航行船舶和作业平台上,快速发展的控制理论在DP系统中的应用,取得了很好效果。
1 DP系统概述1.1 定义DP系统是指不依靠外界的辅助,通过固有的动力装置来对船舶或作业平台进行定位的一种闭环控制系统,系统包括控制系统、测量系统和推进系统,控制系统是其核心。
1.2 组成DP系统由控制系统、测量系统和推力系统组成。
控制系统是整个系统的核心,对测得的信息和外界干扰信号进行处理,能够通过计算推算出抵抗外界干扰的推力,并传递给推力系统。
测量系统能够获得船舶運动所需要的信息,其种类有DGPS、电罗经、张紧索系统、水下声呐系统、垂直参考系统、风力传感器等。
推力系统根据控制系统计算出的推力来控制船舶。
1.3 研究状况第1代DP系统的研发始于1960年。
钻井船“Eureka”号是世界上第一艘基于自动控制原理设计的DP船舶。
该船配备的DP模拟系统与外界张紧索系统相连。
该船除装有主推力系统外,在还在船首和船尾装有侧推力系统,在船身底部也安装有多台推进器。
第2代DP系统始于1970年,具有代表性的是“*****5”号船,该船安装有多台推进器,系统的控制器采用kalman滤波等现代控制技术,且控制系统中的元件有冗余,其安全性、稳定性和作业时间均有了较大的改善和提高。
第3代DP系统始于1980年。
系统采用微机处理技术和Muti-bus、Vme等多总线标准的控制系统。
代表性的第3代DP系统有挪威Konsberg公司的AD-P100、AD-P503系列产品和法国的DPS800系列产品。
我国对DP系统的研究开展得较晚,研究力量集中在高校和科研院所。
DP系统(Dynamic positioning system)介绍一.定义挪威船级社、美国船级社、英国劳氏船级社对动力定位船的定义如下:仅靠自身推力器的作用能够保持位置和艏向(固定位置或者预定轨道)的船舶。
一般地,动力定位是指不用抛锚,而由船载计算机自动控制推进器来保持船舶或浮动平台位置的技术。
它使用精密、先进的仪器来测定船或平台因风、浪、流作用而发生的位移和方向变化,通过计算机等自动控制系统对信息进行实时处理、计算,并自动控制若干个不同方向的推进器的推力大小和力矩,使船舶或平台回复到原有位置。
随着动力定位技术的发展,动力定位的概念更加广泛,轨迹控制、跟踪控制等都属于动力定位范畴。
二.系统结构(1)控制系统由一台装有控制器即控制软件的计算机执行控制,控制整个定位过程。
控制软件的性能在很大程度上决定着整个系统的优劣。
同时计算机也作为人工控制台使用,提供人机交互工作的平台,便于操作员监控管理。
(2)位置参考测量系统和传感器系统位置参考系统负责测量出船舶或平台相对于某一参考点的位置和艏向。
传感器系统包括有用于测量风速的风传感器,用于测量速度、加速度等运动信息的传感器。
(3)动力系统动力系统的功能是为整个动力定位系统供电并负责电源的分配和管理。
(4)推力系统推力系统是动力定位系统的执行机构,接受控制系统发出的推力指令产生推力。
推力系统一般由多个推力器组成,以一定的布置形式安装在船体上不同位置广义上的推力系统还包括推力调节控制部件、转速反馈装置等部分。
应用于动力定位的推力器,除了一般船舶上的主推进器,常用的型式还有隧道式推力器、全方位推力器及船体侧向推力器等。
隧道推力器是将螺旋桨安装在贯穿船体两侧的隧道中,隧道一般垂直于船体的中心平面,因此只能提供横向力,同时为获得更大的回转力矩,安装位置要尽量靠近艏尾两端。
全方位推力器是可以改变螺旋桨轴在水平面内方位的推力器,能够为定位提供任意方向上的推力,使用灵活方便。
船舶动力定位概况一、船舶为什么需要“动力定位系统”?长期以来,船舶在近浅海和内陆水域里,人们都是采用抛锚技术来保持船位在水面上相对稳定。
这种定位技术的最大特点就是:锚必须牢固地抓住水下的固定物体(陆基),并且一旦锚通过锚链将船舶的位置固定后,船上的推进设备及其辅助设施和相应的控制系统便停止运行,完全处于停电(电力推进)和停油、停气(柴油机推进)工况。
但是,随着地球上人口的急剧增加,科学技术的飞速发展,人们的生活水平日益提高,世界对能源的需求量越来越大。
陆地上资源的开采和供应日趋极限,甚至出现紧缺的态势。
这就迫使世界各国必须把经济发展的重点转移到海洋上。
因为占地球总面积2/3以上的浩瀚大海里,有极其丰富的海水化学资源、海底矿产资源、海洋大量资源和海洋生物资源。
可以预料,21世纪将是人类全面步入海洋经济的时代,人们对海洋的探索和开发的范围将越来越广,对海洋的探索和开发的手段也越来越先进,对海洋探索和开发的领域由近海浅海日趋向远海深海发展。
目的只有一个,就是将浩瀚大海里的资源开发出来,供人类充分使用。
因而,世界各国便随之研究开发出各式各样的、不同类型的深远海作业的浮式生产系统,诸如半潜式钻井平台、多用途石油钻井平台供应船、科学考察船和海洋资源调查船等等。
这些浮式生产作业系统有一个共同的特点:就是在浩瀚深邃的大海上,能够按照人们的要求将其位置稳定在地球的某个坐标范围里;就像抛锚定位那样,将这些浮动的作业体牢牢地锁定在人们期望的浩瀚深邃的大海的某个位置上。
这便进一步诱发了世界各国对深远海作业的浮式生产系统的定位技术和系泊方式的研究。
在一般的近浅海水深情况下,浮式生产系统的系泊定位主要采用锚泊系统。
但是,随着水深的增加,锚泊系统的抓底力减小,抛锚的困难程度增加。
同时,锚泊系统的锚链长度和强度都要增加,进而使其重量剧增,这必然使海上布链抛锚作业变得更加复杂,其定位功能也会受到很大的限制,定位的效果也不尽人意。
新型推进系统在船舶动力中的应用船舶的动力系统一直是一个备受关注的话题,为了提高船舶的速度和效率,不断有各种新型推进系统出现。
其中,新型推进系统在船舶动力中的应用越来越广泛,本文将详细介绍其工作原理及优点。
一、新型推进系统的基本原理新型推进系统主要是基于水动力原理和气动力原理,能够更好地利用水和空气的动力,提高船舶的速度和效率。
其中,新型推进系统主要包括以下几个部分:1. 喷口推进系统喷口推进系统是一种利用高速水流推动船舶的推进系统,其核心是喷水喉。
喷水喉通过将水喷射出去,形成一个向反方向的水流,从而可以推动船舶向前。
这种推进系统具有加速快、动力强等优点,而且还可以在船舶停泊时为其提供定位服务。
2. 螺旋桨推进系统螺旋桨推进系统是最常见的船舶推进系统,其主要原理是利用旋转的螺旋桨使水产生推力,从而推动船舶前进。
这种推进系统的优点是推进效率较高,可根据船体结构和使用环境进行不同的设计以提高其效率。
3. 水喷射推进系统水喷射推进系统与喷口推进系统类似,其主要原理是通过将水喷射出去,形成一股高速水流,从而提供船舶推进力。
这种推进系统具有加速快、稳定性好等优点,而且还可以降低船舶噪音和振动。
4. 磁悬浮推进系统磁悬浮推进系统是一种以磁悬浮技术为基础的船舶推进系统,其主要特点是无接触、无摩擦、无振动等。
磁悬浮推进系统的主要工作原理是利用电磁感应力提供推进力,使船舶在水中快速行驶。
该推进系统具有高效、低噪音、环保等优点,适用于大型客船和货轮。
二、新型推进系统的优点相较于传统的推进系统,新型推进系统具有以下几个优点:1. 提高船舶速度和效率新型推进系统采用了更加高效的动力源和推进原理,能够提高船舶速度和效率,使航程更加迅速。
2. 减少能源消耗和污染新型推进系统通过优化推进原理和设计,能够降低船舶的能源消耗,同时减少排放物的产生,为环保和可持续发展做出贡献。
3. 极大提高操作和驾驶体验新型推进系统的设计使得操作和驾驶更加便捷,舵手可以更好地掌握船舶的运动状态,驾驶更加稳健。
动力定位船舶推进器系统介绍推进器的型式和制造厂很多。
推进器的基本功能是提供反抗环境因素的力和力矩,以便使船处于规定的回旋圈内。
推进器分类推进器一般是用来提供动力,提高速度的。
按照原理不同,有螺旋桨、喷气推进器、喷水推进器、特种推进器。
特种推进器又有许多种类,有变距螺旋桨、导管螺旋桨、直翼推进器、喷射推进器、磁流体推进器等。
随着科学技术的发展,推进器在不断发展,会出现各种形式的新型推进器。
应用到动力定位船上的推进器主要有三种:主推进器,槽道推进器和全回转推进器。
这些推进器在动力定位船舶上的布置图如下图所示:推进器布置图1).主推进器对于常规的船舶而言,单轴或双轴的主推进器基本相似。
对于DP船舶,这样的主推进器构成了DP功能的一部分,推进器通常选用可变螺距类型,以恒转速运转。
这将易于使用轴传动交流发电机,如果轴传动装置不以恒速转动将无法使用。
如果安装变频控制系统,可使用变速交流电动机与定螺距推进器联合使用。
下图是一个主推进器:主推进器2).全回转推进器全回转推进器由一个安装在较短槽道内的可控螺距或固定螺距的推进器组成。
该类型推进器凸出于船舶底部,可通过旋转提供任意方向的推力。
全回转推进器利用锥齿轮由上部驱动。
某些情况下,整个推进器可以收到船壳之内。
全回转推进器的优点在于其可以提供任意方向的推力,其经常被用作主推进器。
但是,其难以实现合适的安装,若安装在船舶底部将显著增大船舶的排水量。
如下图所示:全回转推进器3)槽道推进器槽道推进器主要是沿船舶的纵向贯穿安装于船壳上。
其通过锥齿轮由上部电机或柴油机驱动,向左舷或右舷旋转叶片,或者调整转速和方向可以产生推力。
通常可以在船艏或船艉安装2个或3个槽道推进器。
槽道推进器当船舶没有显著的前进或后退时,由槽道推进器产生的作用于船舶上的合回转力矩将十分显著。
当船舶具有运动时,上述推进器产生的效果将急剧减小。
3.2推进器在动力定位系统中的作用推进器使得船舶具有了操作性。
控制系统发出一系列的推力指令控制推进器,形成一个时变的推力系统,以抵消外在的时变的环境载荷来完成动力定位。
此推力系统包括一个特定方向的水平力和一个艏摇弯矩。
如果推进器能够产生任何方向的推力,那么仅通过两个推进器就能产生这个瞬时的推力系统。
但由于单个推进器的推力容量有限,仅仅两个推进器无法满足推力容量的要求,同时推进器系统必须满足船舶的可操纵性和可靠性,因此推进器系统中推进器的数目一般多余5个,但不是越多越好,因为还要考虑到推进器与船体及推进器间的相互影响等因素。
对于半潜式钻井平台,多数采用8个推进器。
此时的推进器系统便成了一个冗余系统,存在多个不同的推力和方向的组合,均满足特定的水平力和艏摇弯矩。
问题是应该向推进器发出什么样推力和方向指令,在这些组合中哪个是最优的,这是推进器的推力分配问题。
目前实际应用的推力分配方法有多种。
在这些方法的基础上进一步考虑推进器方位角禁区的选择和处理,可以快捷的绕过禁区,只旋转一个相对较小的角度就可以产生要求的推力。
推进器的选择选择推进器是要推敲的因素很多,其中有些事以特定制造厂的经验为依据的。
推进器是用于产生力和力矩,来抗衡作用于船上的干扰力和干扰力矩。
动力定位所用推进器的涉及重要考虑许多因素。
例如,其反应速度、推进器尺寸、可靠性、效率、维护是否方便以及噪声高低等,都应予以考虑。
推进器的形式视推力的改变方法而定。
例如调距桨的推力输出是随螺旋桨螺距的变化而变化的。
推进器系统的另一个主要原件是推力机构的原动机,由于电动机容易和船舶电力系统匹配,而且还容易取得,所以通常用的是电动机。
动力定位控制器可以监控推进器系统的所有性能参数,下图为推力器系统与动力定位控制器之间的信号。
推进器的布置方案动力定位船舶上推进器的布置还是应该遵循若干通则。
首先,船舶所受的作用力,要求用加载船舶纵轴和横轴方向的推力以及产生反力矩的推力来平衡。
产生反力矩的推力的最有效的方向,是与推进器所在点到船舶旋转中心之间的连线相垂直。
如果推力不是处在这个方向,那就可能造成某些损失。
对推进器能力的第一个要求,引出了推进器布置的第一条通则,即至少要用两台推进器。
列出推进器的力和力矩分配方程,即可理解为什么至少需要两台推力器。
根据纵向力、横向力和力矩的要求,应该列出三个方程[4]。
但是一台推进器只能解两个未知数。
这两个未知数就是推力的大小和方向。
因此要再加一台推进器,这样就可解出足够数量的未知数,如下列力和力矩方程所示:1122cos cos x F F F θθ=+1122sin sin y F F F θθ=+11112222sin()sin()z M l F l F φθφθ=-+-式中:x F 、y F ——分别为对抗船舶作用力所需的x 、y 方向的力。
z M ——反力矩,用以对抗船舶作用力对船舶垂直轴产生的力矩。
1F 、2F ——分别为第一和第二两台推进器的推力;1θ、2θ——分别为第一和第二两台推进器的推力方向角;12l l 、——分别为船舶旋转中心到第一和第二台推进器的已知距离;12φφ、——分别为推进器x 轴与推进器到船舶旋转中心连线的夹角。
在采用两台定轴推进器时,往往一台推进器作纵向布置以保证进退平移,另一台则横向布置。
但是通常的做法总是将两只推进器的推力取得一样,而且力臂也大致相同。
如果船舶的力矩要求较高,则可根据定轴推力分配方程,将力臂取得尽可能大些。
如果拟采用的不是三台推进器,而是每处都采用若干台推进器,则可先求的各处的推力,然后将该推力平均分配于该处拟装的各推进器上。
但推进器一般不是上下重叠安装的,而是水平并列组成安装。
如上所述,如果旋转轴同一侧的各推进器具有大致相同的推力,则推力可均匀分配给各个推进器。
否则较大的推进器的功率不能全部发挥。
到目前为止已经确立的要点是:动力定位需要两只可转向的推进器,最好一只在旋转中心之前,另一只在该中心之后。
此外,最好将推进器布置得与旋转中心有一定的距离,以便利用足够的力矩,在设计环境条件下,保持船舶的艏向。
推进器在船上的安装位置,对推进器的设计有很大的影响。
此外,动力定位船舶不仅要求用推进器来定位,还要用以作为航行推进装置,这对动力定位推进器的设计也有一定的影响。
大多数船舶都采用普通推进装置来满足推进要求。
这种推进装置一般由两只螺旋桨组成,于船舶中心线对称地分布在船艉。
通常这种螺旋桨是敞式的,可以是调距型,也可以是调速型。
半潜式平台的情况于普通的船有些不同。
半潜式平台的浮力是由几个浸入水中的附体提供的。
在转移位置时,这些附体部分地露出水面或吃水很浅。
但是在作业时,这些附体所在的深度要比同排量的船舶的大得多。
此外,附体具有特殊的形状和尺寸,以致其上不便于安装隧道推进器。
因此全回转推进器在半潜式平台上有一定的应用,而在普通的船舶上几乎没有用的。
半潜式平台选用全回转推进器的另一个有利之处是各附体上推进器之间的距离可以做的大些。
这一点是比较重要的,因为如果一只推进器排出的水流指向另一只推进器,则下游推进器就要损失相当一部分推力。
同样,推进器间距加大,对于增大力矩也是有利的。
在半潜式平台作业时,全回转推进器可以在最高效率下运转,所以这种推进器最为合适。
在采用全回转推进器时,同一个推进器的能量可以应用于任何所需的方向。
因此对于两周方向功率接近相等的半潜式平台,将定轴推进器所需功率和全回转推进器所需功率相比,可知,定轴推进器所需功率约为全回转推进器的1.4倍。
对于动力定位船舶,推进器的布置因船舶而异,影响因素很多。
主要因素是船舶的设计和功能,其它的影响因素还包括船舶吃水、冗余要求、船体结构和动力系统。
船舶的运动性能确定后,就要据此来进行推进器装置的选择和计算。
根据船舶的作业特点和工作环境的情况,从设计一开始就应明确动力定位设计级别,以确定推进器的备用和冗余配置方案。
推进器的配套需根据船舶动力定位的级别以及船舶的水上和水下的尺寸要素、排水量、重心、浮心以及其他几何中心的位置,综合计算来确定推进器的数量、规格和安装位置。
推进器的规格确定后,就要确定动力配置方案。
一艘动力定位船舶的推进器布置方案,主要有以下两种:1).全电推方案即所有推进器(包括主推和侧推)均为电力推动,动力为发电机组。
因大多的动力定位船舶的主推进器,在动力定位工况下一般负荷不会大,电力推进的配置要方便全船动力在航行阶段和动力定位作业阶段的合理调配使用,相对来说减少了原动机的容量;同时电力推进可靠性高的特点,也有效减少了船员非常繁重的维护工作量,提高了船舶的可靠性。
但电力推进器昂贵费用限制了它的推广和使用。
2).柴—电方案船用柴—电推进器的发展与应用在90年代末,在大型船舶上柴—电推进装置可以产生比传统的机械推进装置更加平稳和安静的推力。
此外,推进器在船体内所占的空间小,有助于将柴油机以发动机组的灵活地安装,既可以为推进器提供动力,又可以为船上的其他设备提供服务。
这个方案是动力定位系统最早的方案,即中速柴油机驱动主推进器。
侧推选择电力推进器方案,其电力来源于主机的轴流发电机。
图11是推进器典型布置图:图11:推进器布置图。