Динамические балластные системы полупогружных КС

На крановых судах полупогружного типа «Bаlder» и «Hermod» применена динамическая балластная система (см. рисунок 10.2). Подобная система также предусмотрена в проектах кранового судна 16680 и КС 5000 разработанными ЦКБ «Коралл» (см. таблицу10.1).

Принцип действия динамической балластной системы основан на создании запаса жидкого балласта заполнения водяных цистерн, расположенных в корпусе выше ватерлинии и опорожнения водяных цистерн, расположенных в корпусе ниже ватерлинии, насосами балластной системы. После подготовки системы (заполнения/опорожнения соответствующих цистерн) судно готово совершить один или несколько подъемов без остановки (в зависимости от массы груза). Сброс и прием балласта из (в) цистерны динамической балластной системы осуществляется под действием гравитационных сил, через клинкеты большого сечения, за очень короткое время. Управление операциями сброса и приема балласта выполняется автоматизированной системой управления.

Инженерная группа фирмы Heerema разработала для КС «Balder» и «Hermod» балластную систему, управляемую с помощью компьютеров, которая способна переместить ок. 500т жидкого балласта (воды) в секунду практически синхронно с перемещением груза краном. Быстродействующая балластная система предназначена для компенсации дифферента кранового судна, как при раздельной, так и при одновременной работе кранов. Емкости балластной системы расположены на двух уровнях по вертикали под каждым краном, выше ватерлинии и ниже ватерлинии. В исходном положении верхние емкости заполнены водой, нижние - пустые. Емкости соединены друг с другом и с морской средой трубами большого диаметра, снабженными специальными клапанами с гидроуправлением. Компенсация дифферента производится сливом воды из верхних емкостей и заполнением водой нижних емкостей. Система управления, включающая в себя два компьютера – основной и вспомогательный, автоматически производит все необходимые расчеты и приводит в действие балластную систему.

Управление краном, дифферентом и осадкой может осуществляться в автоматическом и ручном режиме. Для автоматического контроля крена, дифферента и осадки в заданных пределах используются четыре датчика осадки, датчики крена, дифферента и уровня воды в балластных цистернах, информация от которых поступает в систему управления. Переход на ручное управление может быть осуществлен в любой момент, при этом автоматическая система будет работать в режиме слежения. Данные о массе поднимаемого груза, длине стрелы и угле ее наклона вводятся в систему управления, которая выдает команды на заполнение (опорожнение) балластных отсеков водой. При использовании системы динамической балластировки максимальный угол крена кранового судна не превышает допускаемого. При подъеме грузов менее 1350 т использование динамической балластной системы необязательно. При этом угол крена не превышает 2,5 – 3,0°.

Рисунок 10.2 - Динамическая балластная система полупогружного кранового судна

(Авторское свидетельство SU 1357308)

Таблица 10.1 - Характеристики балластных систем ПКБГ с корпусами различного типа

В настоящее время одним из самых больших полупогружных крановых судов является “Thialf”,оборудованный двумя поворотными кранами грузоподъемностью 7100т. Судно снабжено динамической балластной системой с производительностью насосов 20800 м³/ч, что обеспечивает компенсацию грузового момента при работе кранов.

В качестве балластных насосов на полупогружных крановых судах применяются судовые центробежные насосы, оборудованные устройствами удаления воздуха с подачей 500-2000 м³/ч каждый при напоре 0,3-0,45 МПа.

11 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ КС БОЛЬШОЙ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ

Анализ параметров морских крановых судов большой грузоподъемности, приведенный в прилагаемой таблице 11.1, показывает следующее.

Особенностью большинства морских крановых судов большой грузоподъемности является:

- достаточно большая мощность электрооборудования крановых механизмов-мощное ДРУ, обеспечивающее большую скорость хода от 8,5 до 14 узлов;

- система динамического и якорного позиционирования;

- наличие противокреновой системы или системы динамической балластировки;

- наличие трубоукладочного оборудования, расширяющего эксплуатационные возможности.

Указанные особенности определяют величину напряжения основной электростанции от 3300 В до 10000 В переменного рода тока частотой 50 или 60 Гц.

Определяющими критериями, влияющими на выбор напряжения генераторов основного источника, являются:

- значения электрической нагрузки и суммарная мощность источников электро-

энергии;

- уровень токов короткого замыкания (ТКЗ) на шинах генераторного напряжения и

стойкость к ним существующей коммутационно-защитной аппаратуры (автомати-

ческих выключателей);

- соответствие возможностей распределительных устройств и коммутационно-

защитной аппаратуры по токовой нагрузке значениям принимаемой генераторной

мощности (единичной и суммарной);

- возможность построения единой электроэнергетической системы (ЭЭС). При этом генераторы основного источника подключены на общие шины и могут работать на них в параллель;

- величина единичной мощности и уровень напряжения крупных электропотре-бителей.

Другие параметры электрической энергии для якорных лебедок системы позиционированного удержания, насосов динамической балластной системы, маханизмов, устройств и систем обеспечиваются применением трансформаторов, источников бесперебойного питания и других преобразователей. Распределение электроэнергии выполняется на разных уровнях напряжения, примененных на конкретном крановом судне.

Крановые электродвигатели мощностью от 500 до 1200 кВт. в странах СНГ не выпускаются. Имеются сведения о том, что реверсивные электродвигатели переменного тока такой мощности и напряжения для крановых механизмов выпускает завод «Франц Вёльфер Электромашинненфабрик» в Германии, в том числе, для работы с преобразователями частоты. Кроме того, зарубежные фирмы и компании ( ABB, GE, SE и другие), поставляют соответствующей мощности и напряжения электродвигатели переменного тока и постоянного тока для привода буровых механизмов буровых установок, в частности, для привода буровой лебедки, где как и для крановых механизмов, необходим реверсивный электропривод.

Для крановых механизмов в настоящее время применяются следующие системы электроприводов:

-постоянного тока - система «управляемый выпрямитель – двигатель постоянного тока» (УВ-Д);

- переменного тока – система «преобразователь частоты – асинхронный двигатель» (ПЧ- АД).

Примененная на крановом судне «Narwhal» (ДВ 101) система электроприводов «генератор-двигатель постоянного тока» в настоящее время устарела и не применяется.

Система УВ-Д применяется достаточно продолжительное время и является традиционной для регулируемых приводов. Система ПЧ-АД применяется сравнительно недавно, однако в связи с широким освоением изготовления и эксплуатации преобразователей частоты, относительным уменьшением их стоимости, повышением технического уровня обслуживающего персонала находит все более широкое распространение.

Система ПЧ-АД строится как с индивидуальными преобразователями частоты, так и общей шиной постоянного тока и индивидуальными инверторами.

Преобразователи частоты производятся и поставляются фирмами и компаниями ABB, GE, SE, Siemens.

Для оценки весовой нагрузки электрооборудования ПКБГ использовались данные из каталогов, в качестве прототипа по весам и площадям, занимаемым крановым электрооборудованием, взято аналогичное электрооборудование, применяемое для электроприводов буровых установок, что вполне допустимо на данной стадии проектирования.

Вес электрооборудования и кабелей с деталями их крепления на плавкранах подобных проектируемому может достигать 800-900 тонн.

Достаточно серьезной проблемой при создании плавкрана большой грузоподъемности является кольцевой токоприемник на высоком напряжении (до 10000 В), для подачи силового напряжения на потребители крановых механизмов. При применении токоприемника на напряжение ЭЭУ будет задействовано минимально возможное число колец и кабелей, однако габаритные размеры его будут наибольшие. При этом кабели высокого напряжения в соответствии с Правилами РМРС необходимо прокладывать специальными отдельными трассами. При подключении токоприемника на напряжение переменного тока главных механизмов крана (до 800 В) и напряжение переменного тока питания вспомогательных потребителей (380 В) возможно применение токоприемников, которые производились в странах СНГ. Однако, в этом случае, число колец и кабелей к ним возрастает во много раз и потребуется увеличения внутреннего диаметра кольцевого токоприемника для увеличения диаметра колонны для прохода этих кабелей. Однако, эти кабели возможно прокладывать в общих трассах.

Для создания комплексной системы электроприводов крановых механизмов с контролем, диагностикой, пультом управления возможно в настоящее время привлечение фирм АВВ, Siemens и других с применением комплектующих, производимых этими фирмами.

Системы движительно - рулевого комплекса и динамического позиционирования на морских крановых судах большой грузоподъемности предусматриваются, как правило, с применением поворотных колонок. Привод применяется электрический с электродвигателем переменного тока с различной величиной напряжения питания от 6,9 до 10 кВ. Для согласования напряжения питания электродвигателей с напряжением ЭЭУ применяются трансформаторы, поставляемые, как правило, с электрооборудованием поворотных колонок.

Якорная система позиционирования на крановых судах, как правило,
состоит из 8…10 электрических лебедок мощностью до нескольких сотен киловатт (300-800 кВт) с электроприводом переменного тока по системе ПЧ-АД.

Выводы по разделу

Анализ информации по электроэнергетическим системам КС большой грузоподъёмности показал, что в концептуальном проекте ПКБГ необходимо рассмотреть возможность применения для энергоёмких потребителей системы электроприводов «преобразователь частоты – асинхронный двигатель» (ПЧ- АД).

При выборе уровня напряжения основных генераторов ПКБГ, учитывая большие мощности, потребляемые крановым электрооборудованием, системами динамического и якорного позиционирования, движительно-рулевым комплексом в концептуальном проекте предлагается рассмотреть применение высоковольтной ЭЭС.

При создании ПКБГ потребуется освоение российской промышленностью или закупка за рубежом основного электрооборудования: электродвигателей крановых механизмов, преобразователей частоты, кольцевого токоприёмника и др. В дальнейшем проектировании необходимо уделить должное внимание вопросам обеспечения комплектующим электрооборудованием ПКБГ, разработке технических требований на его закупку, определению перечня потенциальных поставщиков и работе с ними по условиям, срокам разработки и поставки.

Таблица 11.1

12 Средства контроля, управления, связи, сигнализации, навигации.