CN110949646B - 一种隧道沉管运输安装工程船的推进电控系统及电控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种隧道沉管运输安装工程船的推进电控系统及电控方法，所述工程船为双船体型工程船，其艉侧具有主推进器，包括设于所述双船体型工程船上的中央控制器，与其相互连接的配电板、若干个驱动电机；所述双船体型工程船上设有主机，用以驱动所述主推进器，所述主机上还连有两组轴带发电机，每组轴带发电机均通过所述配电板连接一个所述驱动电机；每个所述驱动电机上均连有两台交叉连接控制的侧推进器，其中一台所述侧推进器设于所述双船体型工程船的艏侧位置，另一台所述侧推进器设于所述双船体型工程船的艉侧位置。本发明提高工程船在作业时的稳定性和精准性。

Description

一种隧道沉管运输安装工程船的推进电控系统及电控方法

技术领域

本发明涉及隧道沉管运输安装工程船上的推进电控系统，更具体地说，涉及一种隧道沉管运输安装工程船的推进电控系统及电控方法，应用于隧道沉管运输安装工程船的航行寻迹及水下定位。

背景技术

沉管运输暗自工程船是连接岛屿和岛岸之间的管隧工程施工的必须工程装备，鉴于沉管的整体尺寸达到165m(长)×46m(宽)×10.6m(高)，重量达到7.8万吨，沉管需要在岸边的坞内制作，然后使用船只运输到施工地点进行安装。在如何实现海上运输安全、快捷、高效是当今的一大难题，回顾以往的施工，采用了驳船捆绑着沉管，通过多台拖轮进行拖行，此过程既耗时也耗费多方资源，更需要海事局配合保证航行区域无其他船只，以便驳船将沉管拖行。

传统的沉管运输方法主要是靠机械连接和多艘拖船进行协调工作，受限条件多、影响作业效率。该方法有如下几点弊端：

其一，前后驳船的压载水调节平衡将耗费时间长，影响作业效率；

其二，由于驳船没有动力，需要多艘拖轮进行拖拽，且需额外的护航船来保证航行安全，影响作业效率和增加成本；

其三，由于驳船与沉管捆绑在一起，受海浪、潮流的影响时，不能做出快速反应、调节，只能通过拖轮缆绳的拉扯来调整，稳定性较差。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种隧道沉管运输安装工程船的推进电控系统及电控方法，提高工程船在作业时的稳定性和精准性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种隧道沉管运输安装工程船的推进电控系统，所述工程船为双船体型工程船，其艉侧具有主推进器，包括设于所述双船体型工程船上的中央控制器，与其相互连接的配电板、若干个驱动电机；

所述双船体型工程船上设有主机，用以驱动所述主推进器，所述主机上还连有两组轴带发电机，每组轴带发电机均通过所述配电板连接一个所述驱动电机；

每个所述驱动电机上均连有两台交叉连接控制的侧推进器，其中一台所述侧推进器设于所述双船体型工程船的艏侧位置，另一台所述侧推进器设于所述双船体型工程船的艉侧位置。

所述双船体型工程船具有左舷和右舷，所述主推进器具有两个，分别为设于所述左舷艉侧位置的第一主推进器，及设于所述右舷艉侧位置的第二主推进器。

所述主机具有两台，分别为设于所述左舷的第一主机，及设于所述右舷的第二主机，所述轴带发电机具有四组，分别为与所述第一主机相连的第一轴带发电机、第二轴带发电机，及与所述第二主机相连的第三轴带发电机、第四轴带发电机，所述第一主机通过齿轮箱连接所述第一主推进器、所述第一轴带发电机、所述第二轴带发电机，所述第二主机通过齿轮箱连接所述第二主推进器、所述第三轴带发电机、所述第四轴带发电机。

所述驱动电机具有四个，分别为与所述第一轴带发电机相连的第一驱动电机，与所述第二轴带发电机相连的第二驱动电机，与所述第三轴带发电机相连的第三驱动电机，及与所述第四轴带发电机相连的第四驱动电机。

所述第一驱动电机上连有第一侧推进器、第六侧推进器，所述第二驱动电机上连有第二侧推进器、第五侧推进器，所述第三驱动电机上连有第三侧推进器、第八侧推进器，所述第四驱动电机上连有第四侧推进器、第七侧推进器；

所述第一侧推进器、所述第三侧推进器设于所述左舷艏侧位置，所述第五侧推进器、所述第七侧推进器设于所述左舷艉侧位置，所述第二侧推进器、所述第四侧推进器设于所述右舷艏侧位置，所述第六侧推进器、所述第八侧推进器设于所述右舷艉侧位置。

所述驱动电机连接的两个所述侧推进器通过比例换向阀连接所述轴带发电机形成交叉连接控制。

所述主机的功率为9280kW，所述轴带发电机的功率为3800kW，所述驱动电机的功率为1500kW，所述侧推进器为690VAC 3000Kw或/和2600Kw的可调螺距桨。

所述中央控制器上还连接驾驶室控制面板、反馈装置、液压器。

另一方面，一种隧道沉管运输安装工程船的推进电控方法：

所述双船体型工程船搭载沉管时，由所述主机供给所述轴带发动机功率，由所述轴带发动机驱动所述侧推进器；

所述轴带发动机连接的一台所述侧推进器满负荷运行工作，另一台所述侧推进器则是零螺距备机状态；

当所述双船体型工程船搭载沉管的航行中，若偏离了所述双船体型工程船一侧的航向，通过所述反馈装置的反馈信号，所述推进电控系统开始响应，通过一组所述轴带发动机交叉连接艏、艉侧的所述侧推进器进行切换，使得所述侧推进器由一侧运行切换至另一侧运行，使所述双船体型工程船进入航线寻迹状态，保持正确的航向；

当所述双船体型工程船搭载沉管在平稳的方向航行中，所述双船体型工程船的动力定位控制与Joystick控制进行切换。

在上述的技术方案中，本发明所提供的一种隧道沉管运输安装工程船的推进电控系统及电控方法，合理利用主机的多余功率，利用侧推进器的零螺距备机状态，提高了侧推进器的利用率。还具有以下几点有益效果：

1)驱动电机只能在侧推进器的螺旋桨叶在零螺距位置时启动，这是启动力矩最小，即启动电流最小；

2)在一定时间内，可随意操作，改变推力大小和推力方向时，无需改变驱动电机的旋向和速度；

3)推力方向可在短时间内从一侧改变到另一侧；

4)可始终利用全部原动机功率；

5)通过本发明推进电控系统控制船舶定位，实施海上对沉管水下位置确定，提高管节安装的效率。

附图说明

图1是本发明推进电控系统的控制原理框架示意图；

图2是本发明推进电控系统在工程船上的配置示意图；

图3是本发明推进电控系统的电力系统示意图；

图4是本发明推进电控系统中侧推进器的联接示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

请结合图1至图4所示，本发明所提供的一种隧道沉管运输安装工程船的推进电控系统，工程船采用双船体型工程船，配置在双船体型工程船上的中央控制器1，与其相互连接的配电板2、驱动电机变频启动柜3，驱动电机变频启动柜3配备了驱动电机4，中央控制器1上还连接驾驶室控制面板5、反馈装置6、液压器7。

双船体型工程船具有左舷和右舷，在左舷上配置有一台9280kW的第一主机11，用以驱动左舷艉侧上的第一主推进器21，第一主机11又同时供给配置在左舷上的两台3800kW的轴带发动机(即为第一轴带发动机31和第二轴带发动机32)功率，第一轴带发动机31和第二轴带发动机32又分别给对应的第一驱动电机41和第二驱动电机42供电，第一驱动电机41对应驱动第一侧推进器51、第六侧推进器56，第二驱动电机42对应驱动第二侧推进器52、第五侧推进器55，第一侧推进器51安装在左舷艏侧位置，第五侧推进器55安装在左舷艉侧位置，第二侧推进器52安装在右舷艏侧位置，第六侧推进器56安装在右舷艉侧位置。

在右舷上配置有一台9280kW的第二主机12，用以驱动右舷艉侧上的第二主推进器22，第二主机12又同时供给配置在右舷上的两台3800kW的轴带发动机(即为第三轴带发动机33和第四轴带发动机34)功率，第三轴带发动机33和第四轴带发动机34又分别给对应的第三驱动电机43和第四驱动电机44供电，第三驱动电机43对应驱动第三侧推进器53、第八侧推进器58，第四驱动电机34对应驱动第四侧推进器54、第七侧推进器57，第三侧推进器53安装在左舷艏侧位置，第七侧推进器57安装在左舷艉侧位置，第四侧推进器54安装在右舷艏侧位置，第八侧推进器58安装在右舷艉侧位置。

侧推进器交叉连接布置在左、右舷上，受双船体型工程船的船型影响，运行时仅单侧舷上的侧推进器工作，向外排水，并通过工程船上的各绞车在沉管运输和安装时组成的十八点辅助控制系统，具备精度高、响应快性能，实现连锁互动，满足沉管水下定位及下放精度要求。

通过双船体型工程船的主机上同步的两台轴带发电机为侧推进器供电，每一台轴带发电机连接一台艏侧的推推进器和一台艉侧的推推进器为一组，实行艏/艉侧推进器交叉连接控制，通过一台1500kW的变频启动柜实现变频启动-旁路切换,使得两台侧推进器启动运行且零螺距备机状态，每次单侧使用四台侧推推进器，其它的侧推为零螺距备机状态。

控制每台轴带发电机下只能一台侧推满负荷工作，另一台侧推为零螺距的备机状态，从而根据航行状况对两台侧推进行切换运行。

通过联合绞车辅助控制系统,采用多传动变频器来驱动绞车电机，根据设备的功能将不同的绞车对大型隧道沉管进行水下定位、沉放和辅助操作，系统可显示检测到的沉管实时位置相对于预设安装位置的偏离量和方向，由现场施工人员根据沉管位置需要调整的方向和数值操作控制各绞车，绞车控制系统具备设备自身的连锁保护。

本发明还提供了一种隧道沉管运输安装工程船的推进电控方法：

当双船体型工程船搭载了7.8万吨的沉管时，航速控制在2节以下，由此9280kW的主机功率主要供给3800kW的轴带发电机，而轴带发电机联接了艏/艉侧推进器设备，侧推进器是690VAC 3000kW/2600kW的可调螺距桨。侧推进器由一台1500kW的变频启动柜进行变频启动-旁路切换，使得以两台侧推进器在一台轴带发电机带动下进入零螺距的备机状态。

当双船体型工程船的侧推进器在启动备机时，本发明推进电控系统设置的功率限制功能会实时在线，当其接收来自船舶PMS系统(又称船舶电力管理系统)的功率限制信号时，一台变频启动柜控制的两台侧推进器的螺距不能增大，直至功率限制信号消失。本发明推进电控系统也设有负荷控制功能，当其接受驱动电机变频软启动柜负荷信号，负荷信号反映当前电机的实时负荷，当负荷控制起作用时，桨叶螺距会减小，确保电机不过载，此时操作手柄指令无效，当负荷控制恢复后，螺距跟随指令变化。

当双船体型工程船在运输沉管的航行中，通过反馈装置6的信号反馈要求，触发本发明推进电控系统，使得双船体型工程船一侧的侧推进器进行满负荷运转，向船外侧排水，如下表1所示，当一台轴带发电机联接下的一台侧推进器满负荷运行工作，而另一台侧推进器则是零螺距备机状态。始终保持一台轴带发电机只能满负荷的运行一台侧推进器。

表1 侧推进器与轴带发电机的对比表

上表1中，BT1为第一侧推进器51，BT2为第二侧推进器52，BT3为第三侧推进器53，BT4为第四侧推进器54，BT5为第五侧推进器55，BT6为第六侧推进器56，BT7为第七侧推进器57，BT8为第八侧推进器58。

当双船体型工程船在运输沉管的航行中，如果偏离了一侧的航向，通过反馈装置6的信号反馈要求，本发明推进电控系统能够快速响应，通过一台轴带发电机下的交叉连接的艏艉侧推进器进行切换，通过电控系统和变频启动柜，改变螺距指令，控制比例换向阀，控制液压系统，改变螺距角，使得满负荷侧推进器慢慢减少螺距(负荷)，而原备机状态的侧推进器慢慢增加至满螺距(负荷)运行，从零螺距至单侧满螺距的过程只需要12秒时间，完全符合DP系统(Dynamic Positioning System)的要求，使得侧推进器切换至另一侧运行，使船舶进入航线寻迹状态,保持正确的航向。

当双船体型工程船在平稳的方向航行中，进行与Joystick控制(是船舶推进系统的一种通俗叫法，是一种操作杆手柄的控制模式)切换。即控制系统满足动力定位控制要求，具备动力定位控制功能，当控制系统满足控制要求并且没有故障的情况下，当接收到动力定位控制请求信号后，控制权切换至动力定位控制系统，控制系统接收动力定位控制指令信号，驱动侧推执行调距命令，并反馈至动力定位控制系统。

联合绞车辅助控制系统,具有人机界面。通过检测到的沉管水下位置参数、运动参数,与沉管的几何参数合成,调整实时位置相对于预设安装位置的偏离量和方向，实施沉管高精度的下放。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (6)

1.一种用于隧道沉管运输安装工程船的推进电控系统的推进电控方法，所述工程船为双船体型工程船，其艉侧具有主推进器，所述推进电控系统包括设于所述双船体型工程船上的中央控制器、与其相互连接的配电板、若干个驱动电机；

所述双船体型工程船上设有主机，用以驱动所述主推进器，所述主机上还连有两组轴带发电机，每组轴带发电机均通过所述配电板连接一个所述驱动电机；

每个所述驱动电机上均连有两台侧推进器，所述双船体型工程船具有左舷船体和右舷船体，其中一台所述侧推进器设于所述双船体型工程船一船体的艏侧位置，另一台所述侧推进器设于所述双船体型工程船另一船体的艉侧位置；

所述中央控制器上还连接驾驶室控制面板、反馈装置、液压器；

所述推进电控方法为：

所述双船体型工程船搭载沉管时，由所述主机供给所述轴带发电机功率，由所述轴带发电机通过与其连接的驱动电机驱动所述侧推进器；

所述驱动电机连接的一台所述侧推进器满负荷运行工作，另一台所述侧推进器则是零螺距备机状态；

当所述双船体型工程船搭载沉管的航行中，若偏离了所述双船体型工程船一侧的航向，通过所述反馈装置的反馈信号，所述推进电控系统开始响应，通过一组所述驱动电机连接艏、艉侧的所述侧推进器进行切换，使得所述侧推进器由一侧运行切换至另一侧运行，使所述双船体型工程船进入航线寻迹状态，保持正确的航向；

当所述双船体型工程船搭载沉管在平稳的方向航行中，所述双船体型工程船的动力定位控制与Joystick控制进行切换。

2.如权利要求1所述的用于隧道沉管运输安装工程船的推进电控系统的推进电控方法，其特征在于：所述主推进器具有两个，分别为设于所述左舷船体的艉侧位置的第一主推进器，及设于所述右舷船体的艉侧位置的第二主推进器。

3.如权利要求2所述的用于隧道沉管运输安装工程船的推进电控系统的推进电控方法，其特征在于：

所述主机具有两台，分别为设于所述左舷船体的第一主机，及设于所述右舷船体的第二主机，

所述轴带发电机具有四组，分别为与所述第一主机相连的第一轴带发电机、第二轴带发电机，及与所述第二主机相连的第三轴带发电机、第四轴带发电机，所述第一主机通过齿轮箱连接所述第一主推进器、所述第一轴带发电机、所述第二轴带发电机，所述第二主机通过齿轮箱连接所述第二主推进器、所述第三轴带发电机、所述第四轴带发电机。

4.如权利要求3所述的用于隧道沉管运输安装工程船的推进电控系统的推进电控方法，其特征在于：所述驱动电机具有四个，分别为与所述第一轴带发电机相连的第一驱动电机，与所述第二轴带发电机相连的第二驱动电机，与所述第三轴带发电机相连的第三驱动电机，及与所述第四轴带发电机相连的第四驱动电机。

5.如权利要求4所述的用于隧道沉管运输安装工程船的推进电控系统的推进电控方法，其特征在于：所述第一驱动电机上连有第一侧推进器、第六侧推进器，所述第二驱动电机上连有第二侧推进器、第五侧推进器，所述第三驱动电机上连有第三侧推进器、第八侧推进器，所述第四驱动电机上连有第四侧推进器、第七侧推进器；

所述第一侧推进器、所述第三侧推进器设于所述左舷船体的艏侧位置，所述第五侧推进器、所述第七侧推进器设于所述左舷船体的艉侧位置，所述第二侧推进器、所述第四侧推进器设于所述右舷船体的艏侧位置，所述第六侧推进器、所述第八侧推进器设于所述右舷船体的艉侧位置。

6.如权利要求1所述的用于隧道沉管运输安装工程船的推进电控系统的推进电控方法，其特征在于：所述主机的功率为9280kW，所述轴带发电机的功率为3800kW，所述驱动电机的功率为1500kW，所述侧推进器为3000Kw或/和2600Kw的可调螺距桨。

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