CN112977784A - 一种适用于fpso船单点系泊转动输电的传动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于FPSO船单点系泊转动输电的传动系统，涉及船舶与海洋工程技术领域，包括单点转塔、双向盘卷的输电滚筒以及导向机构，本发明仅依靠动态电缆的拖拉和机械结构盘卷，不需要现有“滑环”装置中精密的集电环和电刷，可靠性高；电力传输路径上没有滑环空腔腔体，不需要复杂的防爆或密封要求；作为解决FPSO船临时供电，可临时替代“滑环”装置的有效手段，在满足“电力在旋转中输送”功能的基础上，有效降低设计制造和运行维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及船舶与海洋工程技术领域，尤其涉及一种适用于FPSO船单点系泊转动输电的传动系统。
背景技术
浮式生产储油设施是海洋油气开发的一种主要装备，集生产、储存、卸油功能于一体，浮式生产储油设施简称为FPSO船。浮式生产储油设施体积庞大，在海洋环境中受到风浪流联合作用的影响，为避免该作用力过高，通常采用单点系泊塔的机构，使得FPSO船可以在海上围绕单点系泊塔360°转动，由于FPSO船通常没有主动回转驱动力，在完全被动的情况下，FPSO船将会自然旋转到环境力最小的方向上。
该系统实现风向标运动的同时，也给内部油气、电力的输运带来挑战，由于FPSO船的风向标运动是随机的，如果采用单一管线或电缆，非常容易发生管线或电缆打扭的现象，因此过去40年里，通常采用“滑环”装置实现电缆或管线“在转动中传输”。
以往常采用在“滑环”装置实现电力在旋转中传输的功能，其中电滑环本身设计精密，对电气设备所在环境有较高的要求，如过强的振动会造成电刷和集电环间隙过大，引发尖端放电，轻则引起轻微拉弧降低使用寿命，重则直接烧毁电滑环，造成设备失效。“滑环”装置对自身的防爆、隔爆及防护等级有较高的要求，加工制造方面，对集电环和电刷稳定性，各集电环层间距等均有较高的要求，因此“滑环”装置是一个技术要求较高、较为精密而使用环境也有较高要求的装置，该装置目前仅有国外几家公司能够设计制造，属于垄断产品，采购和运维成本都非常高。
随着我国海洋油气行业的发展，“滑环”装置在中国的进口和使用成为普遍情况，从长期运行情况看，虽然“滑环”装置整体运行情况相对稳定，但还是会有“滑环”装置磨损甚至失效的案例出现，当“滑环”装置失效后，整个电力输送通路会因为电滑环这个节点的失效而整体失效，带来受电平台失电，且由于“滑环”装置重量大，价格昂贵，一旦损坏失效，则海洋平台不得不宕机几个月，导致平台油气停产，严重时还会发生油井无法关闭，甚至石油泄漏污染海洋环境。
申请人随着对FPSO船艏向角的长期观测记录，常年统计数据分析表明，对于如中国南海等海域而言，FPSO船艏向角的分布规律比较明显，同时特定季节出现FPSO船完整360°风向标运动的次数也在个位数以内，在现有“滑环”装置能够解决电力传输的背景下，本发明人却在积极探索如何利用 “有限次数回转装置”替代“无限回转滑环装置”，用于解决FPSO船临时供电，可临时替代电滑环的有效手段，在满足“电力在旋转中输送”功能的基础上，有效降低设计制造和运行维护成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种适用于FPSO船单点系泊转动输电的传动系统，其能够解决FPSO船临时供电，可临时替代“滑环”装置的有效手段，有效降低设计制造和运行维护成本。
本发明是通过以下技术方案予以实现：一种适用于FPSO船单点系泊转动输电的传动系统，包括单点转塔、双向盘卷的输电滚筒以及导向机构，所述单点转塔通过轴承与浮在海面上的FPSO船转动连接，所述单点转塔通过锚泊系统与海底相对静止连接，所述输电滚筒通过法兰与单点转塔固定连接，所述导向机构用于拉紧动态电缆，所述动态电缆依次穿过导向机构和输电滚筒，并与受电海洋平台的海缆端接线箱相连接，所述输电滚筒是空心的非闭合结构，所述导向机构包括与FPSO船固定连接的支撑框架、第一定滑轮、动滑轮、第二定滑轮以及拉力部件，所述第一定滑轮和第二定滑轮均与所述支撑框架转动连接，所述动滑轮与所述支撑框架滑动连接，所述拉力部件朝向背离第一定滑轮侧拉紧动滑轮，所述动态电缆依次绕过第一定滑轮、动滑轮和第二定滑轮。
根据上述技术方案，优选地，所述输电滚筒的中部设有中空腔体，所述输电滚筒的侧壁开设有与中空腔体相连通的条形进线口，所述中空腔体的下端设有多组出线孔，所述动态电缆穿过条形进线口、中空腔体和出线孔。
根据上述技术方案，优选地，所述条形进线口的两侧分别通过圆弧过渡部与输电滚筒的侧壁相连接。
根据上述技术方案，优选地，所述动态电缆的最小弯曲半径不大于所述圆弧过渡部的弧度半径。
根据上述技术方案，优选地，所述条形进线口处设有多组等间距的进线通孔。
根据上述技术方案，优选地，所述输电滚筒的外侧壁设有多组与进线通孔相适配的环槽。
根据上述技术方案，优选地，所述锚泊系统包括多组系泊缆，所述系泊缆的一端与单点转塔相连接，所述系泊缆的另一端与海底相连接。
本发明的有益效果是：
（1）在现有的“滑环”装置失效无法工作情况下，仅依靠动态电缆的拖拉和机械结构盘卷，不需要现有“滑环”装置中精密的集电环和电刷，可靠性高；
（2）电力传输路径上没有滑环空腔腔体，不需要复杂的防爆或密封要求；
（3）本发明作为解决FPSO船临时供电，可临时替代“滑环”装置的有效手段，在满足“电力在旋转中输送”功能的基础上，有效降低设计制造和运行维护成本。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的简单结构示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的等轴侧结构示意图；
图3示出了根据本发明的实施例的前侧结构示意图；
图4示出了根据本发明的实施例的左侧结构示意图；
图5示出了根据本发明的实施例中输电滚筒的等轴侧结构示意图；
图6示出了根据本发明的实施例中输电滚筒的另一等轴侧结构示意图；
图中：1、单点转塔；2、FPSO船；3、输电滚筒；4、导向机构；5、锚泊系统；6、法兰；7、动态电缆；8、条形进线口；9、出线孔；10、圆弧过渡部；11、进线通孔；12、环槽；13、支撑框架；14、第一定滑轮；15、动滑轮；16、第二定滑轮；17、拉力部件。
具体实施方式
下面将结合附图对发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
本发明的基础是大量实测数据的支撑，通过近十年、多艘FPSO船2艏向角的实测数据分析，可以发现如中国南海等海域的FPSO船2的艏向角分布非常规律，而且特定季节（1季度和4季度）艏向角的偏转控制在一定弧度范围内，平均3个月发生360度整圈运动的次数在个位数以内，因此，本申请人研究用“有限次数传动系统”替代“无限次数旋转滑环装置”，实现电力在转动中传输的功能。
如图所示，本发明提供了一种适用于FPSO船2单点系泊转动输电的传动系统，包括单点转塔1、双向盘卷的输电滚筒3以及导向机构4，单点转塔1通过轴承与浮在海面上的FPSO船2转动连接，单点转塔1通过锚泊系统5与海底相对静止连接，锚泊系统5包括多组系泊缆，系泊缆的一端与单点转塔1相连接，系泊缆的另一端与海底相连接，输电滚筒3通过法兰6与单点转塔1固定连接，由于FPSO船2持续转动，因此输电滚筒3可相对FPSO船2顺时针和逆时针自由转动，而导向机构4用于拉紧动态电缆7，动态电缆7依次穿过导向机构4和输电滚筒3，并与受电海洋平台的海缆端接线箱相连接，输电滚筒3是空心的非闭合结构，可防止高压电流因盘卷产生磁感效应影响输电滚筒3受力。
根据上述技术方案，优选地，输电滚筒3的中部设有中空腔体，输电滚筒3的侧壁开设有与中空腔体相连通的条形进线口8，中空腔体的下端设有多组出线孔9，动态电缆穿过条形进线口8、中空腔体和出线孔9。
其中动态电缆7具备符合石油工业拖拽动态电缆7规格，以3根或4根（取决于用电制式，3相线及有无接地）电缆竖向垂直排列，其电缆规格由不同FPSO船2的输电参数决定；动态电缆7长度沿输电方向，从FPSO船2端接线箱起始，穿过导向机构4，并插入输电滚筒3的条形进线口8，从输电滚筒3的中空腔体下行穿过出线孔9，到受电海洋平台的海缆端接线箱结束，动态电缆7的长度满足使用期间最小盘卷圈数要求，同时可有一定的长度预留。
根据上述实施例，优选地，条形进线口8的两侧分别通过圆弧过渡部10与输电滚筒3的侧壁相连接，圆弧过渡部10便于输电滚筒3缠绕动态电缆，动态电缆7的最小弯曲半径不大于圆弧过渡部10的弧度半径，进而确保避免动态电缆7过度弯折。
根据上述实施例，优选地，条形进线口8处设有多组等间距的进线通孔11，便于多组动态电缆有序插入输电滚筒3内。
根据上述实施例，优选地，输电滚筒3的外侧壁设有多组与进线通孔11相适配的环槽12，从而使得多组动态电缆有序缠绕在输电滚筒3上。
根据上述实施例，优选地，导向机构4包括与FPSO船2固定连接的支撑框架13、第一定滑轮14、动滑轮15、第二定滑轮16以及拉力部件17，第一定滑轮14和第二定滑轮16均与支撑框架13转动连接，动滑轮15与支撑框架13滑动连接，拉力部件17朝向背离第一定滑轮14侧拉紧动滑轮15，拉力部件17可为配重部，配重部通过钢丝绳与动滑轮15相连接。
进一步的，导向机构4具有实现收放动态电缆7的功能，动态电缆7依次绕过第一定滑轮14、动滑轮15以及第二定滑轮16，最终送入输电滚筒3进行盘卷，其收放电缆长度2L（当动滑轮滑动至远离第一定滑轮的最远端时，第一定滑轮到动滑轮15的电缆长度为L），既提供了输电滚筒3卷入动态电缆7所需的长度，又提供了输电滚筒3退出动态电缆7所需的长度，输电滚筒3的盘卷最大长度nπD和导向机构4的收放电缆长度2L一致，即nπD=2L，其中n为设计使用期间输电滚筒3盘卷单向最大圈数，D为输电滚筒3直径；导向机构4总体设计为横向布局，其支撑的动态电缆7沿长度方向横向铺设，当动态电缆7根数为3~4根时，各动态电缆7垂直排列，对应的第一定滑轮14、动滑轮15以及第二定滑轮16宽度与动态电缆7堆叠高度一致；第一定滑轮14和第二定滑轮16布置在导向机构4的两端，分别为动态电缆7入口和出口，动滑轮15布置在中间位置，并可沿动态电缆7长度方向滑动，动滑轮15与配重块通过钢丝绳连接。
进一步的，配重块是平衡动态电缆7的拖拽力，在输电滚筒3卷进、退电缆时，抵消第一定滑轮14、动滑轮15、第二定滑轮16、输电滚筒3等对动态电缆7的摩擦阻力的同时，多出的拖拽力可以拉直动态电缆7，方便输电滚筒3整齐盘卷动态电缆7。
进一步的，配重部也可采用伺服电机和绞车滚筒的组合替代，不仅可以节省钢丝绳收放空间，同时避免船体晃动对配重块的干扰。
进一步的，还包括报警机构，报警机构包括行程开关和声光报警设备，行程开关安装在动滑轮的滑动轨道旁边，声光报警设备安装在单点舱及中控室，其满足防爆要求，报警电路上加装有自锁继电器，需手动复位才能消除报警；行程开关可并联两套，一套作为备用，因传动系统收纳动态电缆7的容量有限，考虑不可预见的FPSO船连续单向转动的极端情况下，动态电缆7将全部缠绕到输电滚筒3上，如FPSO船继续转动，则动态电缆7会受力过度，造成破损、人员触电及单点堆栈结构受损等安全隐患，报警机构可快速提醒工作人员进行处理。
本发明的有益效果是：
（1）在现有的“滑环”装置失效无法工作情况下，仅依靠动态电缆的拖拉和机械结构盘卷，不需要现有“滑环”装置中精密的集电环和电刷，可靠性高；
（2）电力传输路径上没有滑环空腔腔体，不需要复杂的防爆或密封要求；
（3）本发明作为解决FPSO船临时供电，可临时替代“滑环”装置的有效手段，在满足“电力在旋转中输送”功能的基础上，有效降低设计制造和运行维护成本。
在发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种适用于FPSO船单点系泊转动输电的传动系统，其特征在于，包括单点转塔、双向盘卷的输电滚筒以及导向机构，所述单点转塔通过轴承与浮在海面上的FPSO船转动连接，所述单点转塔通过锚泊系统与海底相对静止连接，所述输电滚筒通过法兰与单点转塔固定连接，所述导向机构用于拉紧动态电缆，所述动态电缆依次穿过导向机构和输电滚筒，并与受电海洋平台的海缆端接线箱相连接，所述输电滚筒是空心的非闭合结构，所述导向机构包括与FPSO船固定连接的支撑框架、第一定滑轮、动滑轮、第二定滑轮以及拉力部件，所述第一定滑轮和第二定滑轮均与所述支撑框架转动连接，所述动滑轮与所述支撑框架滑动连接，所述拉力部件朝向背离第一定滑轮侧拉紧动滑轮，所述动态电缆依次绕过第一定滑轮、动滑轮和第二定滑轮。
2.根据权利要求1所述的一种适用于FPSO船单点系泊转动输电的传动系统，其特征在于，所述输电滚筒的中部设有中空腔体，所述输电滚筒的侧壁开设有与中空腔体相连通的条形进线口，所述中空腔体的下端设有多组出线孔，所述动态电缆穿过条形进线口、中空腔体和出线孔。
3.根据权利要求2所述的一种适用于FPSO船单点系泊转动输电的传动系统，其特征在于，所述条形进线口的两侧分别通过圆弧过渡部与输电滚筒的侧壁相连接。
4.根据权利要求3所述的一种适用于FPSO船单点系泊转动输电的传动系统，其特征在于，所述动态电缆的最小弯曲半径不大于所述圆弧过渡部的弧度半径。
5.根据权利要求4所述的一种适用于FPSO船单点系泊转动输电的传动系统，其特征在于，所述条形进线口处设有多组等间距的进线通孔。
6.根据权利要求5所述的一种适用于FPSO船单点系泊转动输电的传动系统，其特征在于，所述输电滚筒的外侧壁设有多组与进线通孔相适配的环槽。
7.根据权利要求1所述的一种适用于FPSO船单点系泊转动输电的传动系统，其特征在于，所述锚泊系统包括多组系泊缆，所述系泊缆的一端与单点转塔相连接，所述系泊缆的另一端与海底相连接。
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