NO337332B1 - Redundant thruster-system for dynamisk posisjonering av et fartøy - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et redundant thruster-system for dynamisk posisjonering (DP) for et fartøy, som definert i det selvstendige krav 1.

Denne beskrivelsen fremstiller en thruster-konfigurasjon i et fartøy bestående av tre enheter av lik størrelse som i henhold til forskrifter (IMO) og klassifikasjons-krav kan betraktes som ekvivalente med fire uavhengige enheter. Konseptet kan anvendes for et hvilket som helst antall thrustere >2 utformet i en gruppe for å skape en transversal skyvekraft i en redundant DP-konfigurasjon.

Løsningen er basert på redundante kraftforsyningssystemer og hjelpesystemer. Selve thruster-enheten med dens inverter, hovedmotor og mekanisk overføring er ikke-redundante komponenter.

Kraftforsyningssystemet består av en kombinasjon av en frekvensomformer med dublisert likeretter, en kraftforsyning fra hver hovedtavlehalvdel, én eller flere isolasjonstransformatorer etter behov og redundans i alt nødvendig hjelpeutstyr, innbefattende kraftforsyningene til disse.

De følgende DP-egenskapsplottingene viser fordelen ved løsningen der hvert av de tre diagrammene viser maksimum DP-ytelse ved mest signifikante svikt. Vindkurven representerer en kombinasjon av vind, bølger og strøm, det vi si for hver vindhastighet blir en tilsvarende bølgehøyde og en vindindusert strøm definert, og innbefattet.

I en tradisjonell løsning med tre thrustere vil den mest signifikante svikten resultere i et tap av to av tre thrustere. Den gjenværende thrusterens evne til å opprettholde posisjonen vil være dimensjonskriteriene for den maksimale DP-kapasiteten. (Se fig. 1).

I dokumentet ""Maritime Electrical Installations and Diesel Electric Propulsion", 22. April 2003, av A. K. Adnanes, presenteres et redundant fremdriftssystem for et dynamisk posisjoneringsfartøy. Systemet omfatter tre thrustere (to baugpropeller og en azimuthpropell) i tillegg til to hovedpropeller. Thrusterne er koplet til en hovedtavle som er delt i to halvdeler. Systemet omfatter transformatorer og en frekvensomformer med likerettere.

Med det nye konseptet vil den mest signifikante svikten resultere i tap av bare én av tre thrustere. DP-kapasiteten (fig. 2) vil være nesten identisk med en løsning med fire tradisjonelle thruster-enheter installert (fig. 3).

Fordelen med konseptet er at i en DP-operasjon er en installasjon med tre thrustere med den redundante løsningen sammenlignbar med en tradisjonell installasjon med fire thrustere, men med færre installerte komponenter og lavere investeringskostnader.

Det vises til tegningene, hvor

Fig. 1-3 viser maksimal DP-ytelse ved en mest signifikant svikt.

Fig. 4 viser hovedtavlen og kraftfordelingssystemet.

Fig. 5 viser krafttransformatorer.

Fig. 6 viser inngangsmoduler/seksjoner for en frekvensomformer.

Fig. 7 viser det redundante thruster-systemet.

Som det vil fremgå av den følgende beskrivelse, vedrører foreliggende oppfinnelse et arrangement for et tosystemsfartøy gir treveis redundans. Formålet er i det minste å doble tilgjengelig sideveis skyvkraft ved den mest signifikante enkeltsvikt sammenlignet med en tradisjonell løsning med tre thrustere. Det foreliggende systemet er et redundant "online"-kraftforsyningssystem.

Ved å benytte forskjellige velkjente og vanlig brukt teknologier, delsystemer og utstyr, ved å kombinere disse til et thruster-system i et fartøy, vil et thruster-system i henhold til den beskrevne løsningen bli ansett som redundant med hensyn til den mest signifikante svikten for fartøyet.

Det følgende utstyret er nødvendig for å oppnå dette:

1. En hovedtavle for nettkraft inndelt i to deler ved hjelp av en utgående mateledning til thruster-systemet fra hver side av bus-bryteren. 2. Et redundant fordelingssystem for levering av kraft til hjelpesystemene (det vil si kraftforsyningene for kjølevanns-, servo-, smørings-, ventilasjonssystemer osv.). 3. Et redundant fordelingssystem for 230 VAC og 24 VDC (det vil si kraftforsyning for styresystemer og hjelpesystemer). 4. En transformatorløsning innrettet for oppstrøms spenningsnivå og nedstrøms likeretterteknologi. 5. En frekvensomformer med to kraftinnmatingsseksjoner/moduler som hver er dimensjonert i henhold til 50% -100% effektuttak fra utgangsseksjonen/modulen. 6. Redundant kraftforsyning for styresystemet for frekvensomformeren, det vil si at ingen enkelt kraftsvikt skal bringe frekvensomformeren ut av drift. 7. En thruster-enhet (en mekanisk del av en tunnel-thruster eller en azimut-th ruste r). 8. Redundante hjelpesystemer for thruster-enheten etter behov (servoolje, smøreolje, osv.), der hvert system har to pumper (i drift/reserve), én matet fra hver side av bus-bryteren i hovedtavlen. 9. Et tredje sjøvannskjølesystem som er uavhengig av de to hovedsjøvanns-kjølesystemene. Dette systemet må ha to sjøvannspumper (i drift/reserve), én forsynt fra hver side av bus-bryteren i hovedtavlen. 10. Et nødvendig antall ferskvannskjølesystemer som er uavhengig av de to hovedferskvanns-kjølesystemene, det vil si at antall kjølesystemer er avhengig av type/merke for hver utstyrskomponent i thruster-systemet. Det nødvendige antall av slike systemer/delsystemer er å ha to ferskvannspumper, én matet fra hver side av bus-bryteren i hovedtavlen. 11. Redundant luftforsyning til thruster-rommet. To vifter, hver med den nødvendige kapasiteten for å ventilere/kjøle rommet. Disse kan kjøres ved redusert kapasitet når begge er i drift. 12. Redundant kraftforsyning for styresystemet for thrusteren/propellen, det vil si at ingen enkelt kraftsvikt skal bringe thruster-styresystemet ut av drift. 13. Et grensesnitt for DP-systemet uavhengig av grensesnittene til babord-/styrbord-grensesnittsstyringsenhetene, det vil si grensesnittanordningen som skal forbindes med en tredje grensesnittsstyringsenhet.

Det ene eller de flere elektriske systemene som er vist på fig. 4, må være redundante for alle kraftforsyningssystemene som er nødvendig for thruster-systemet, det vil si alle spenningsnivåer og systemtyper (f.eks. 690, 440, 230 VAC og 24 VDC). Det må være mulig å inndele hovedtavlen og kraftfordelingssystemene elektrisk i minst to "øyer" (elektrisk isolert fra hverandre, normalt PS/SB), alternativt uavhengige systemer kan brukes. Hovedpunktet er at ingen enkelt svikt i thruster-systemet skal påvirke mer enn ett av oppstrømssystemene, fortrinnsvis ingen. Konseptene er uavhengige av spenningsnivåer, dette kan være arrangert for ethvert spenningsnivå som er anbefalt i forbindelse med klassifiseringen.

Som vist på fig. 5, må minst én nett-transformator være innbefattet i systemet, men avhengig av oppstrøms spenningsnivå og nedstrøms likeretterteknologi kan forskjellige typer og antall benyttes. Konseptet er uavhengig av type og antall transformatorer, men må være innrettet for oppstrøms spenningsnivå og nedstrøms likeretterteknologi.

Inngangsmodulene for frekvensomformeren må være dimensjonert i henhold til 2 x 50-100% av effektutgangen til den elektriske motoren, som vist på fig. 6. Både passive og aktive likerettere kan benyttes i konseptet. Med aktive likerettere vil det være mulig å regulere belastningsdelingen, med passive likerettere vil belastningsdelingen være avhengig av spenningsnivået og fasen til forsyningsspenningene. Innmatingsseksjonen med passive likerettere må likeledes være dimensjonert for 2 x 100% av utgangsseksjonen.

Utgangsmodulen/seksjonen til frekvensomformeren vil være dimensjonert i henhold til effekten til den elektriske motoren som driver inngangsakselen til thrusteren, og kan være basert på en hvilken som helst tilgjengelig omformer-teknologi.

Som styresystem for frekvensomformeren kan et standard styresystem benyttes til å regulere drivkraften, imidlertid med et signifikant tillegg. Kraftforsyningen til styresystemet må være redundant, det vil si at ingen enkelt svikt i kraftforsyningen skal bringe systemet ut av drift.

Den elektriske drivmotoren for thruster-enheten er en vanlig motor for den driftstypen, og det skal ikke være noen spesielle krav med hensyn til dette elementet. Hvis det imidlertid har en separat elektrisk kjølevifte, er redundant kraftforsyning et krav.

Ventilasjon og kjøling av ett eller flere rom hvor deler av denne thruster-løsningen er plassert, må ha et redundant ventilasjons- og kjølesystem.

Sjøvnnskjølesystemet (SW kjølesystemet) for thruster-systemet må være uavhengig av to SW-hovedkjølesystemer PS/SB. Det må ha to SW-pumper (drift/reserve) hvor én er matet fra hver side av bus-bryteren i hovedtavlen. Hvert ferskvanns-kjølesystem (FW-kjølesystem) i thruster-systemet må være uavhengig av de to FW-hovedkjølesystemene PS/SB. Det må ha to FW-pumper (drift/reserve) hvor én blir matet fra hver side av bus-bryteren i hovedtavlen. Når ytterligere FW-pumper er nødvendige i systemet, må det være to FW-pumper (drift/reserve) hvor én blir matet fra hver side av bus-bryteren i hovedtavlen.

Hvis temperaturstyringsanordningen er avhengig av elektrisk kraft, må denne være redundant, det vil si at ingen enkelt svikt i kraftforsyningen skal bringe systemet ut av drift.

Thruster-styresystemet (fjernstyringssystemet) må ha redundans i kraftforsyningen, det vil si at ingen enkelt svikt i kraftforsyningen skal bringe systemet ut av drift.

Hvis thrusteren er avhengig av et hydraulisk oljesystem, må en kraftpakke med to hydrauliske oljepumper (drift/reserve), hvor én mates fra hver side av bus-bryteren i hovedtavlen, være installert. Hvis styresystemet for kraftpakken er avhengig av elektrisk kraft, må denne være redundant, det vil si at ingen enkelt svikt i kraftforsyningen skal bringe systemet ut av drift.

Hvis thrusteren er avhengig av et smøreoljesystem (LO-system), må to smøreoljepumper (drift/reserve), hvor én blir matet fra hver side av bus-bryteren i hovedtavlen, være installert. Hvis styresystemet for LO-systemet er avhengig av elektrisk kraft, må denne være redundant, det vil si at ingen enkelt svikt i kraftforsyningen skal tvinge systemet ut av drift.

DP-grensesnittet til/fra denne thrusteren må være uavhengig av PS- og SB-systemgrensesnittene slik at en tredje grensesnittsstyrer i DP-systemet er nødvendig.

FORKORTELSER

DP: Dynamisk posisjonering, et styresystem som i kombinasjon med utformingen av fremdriftssystemet gjør det mulig for fartøyet å opptre i samsvar med visse regler

for redundans ved posisjonsopprettholdende egenskaper. DPII: DP-system med redundans i teknisk utforming.

DPMI: DP-system med redundans i teknisk utforming og fysisk separasjon.

DP-maks. kapasitet: Kurve som viser maksimale omgivelseskrefter fra forskjellige retninger, hvor fartøyet er i stand til å

opprettholde sin posisjon.

IMO: Den Internasjonale Maritime Organisasjon. Klassifikasjon: Klassifikasjonsselskap, det vil si Det Norske Veritas,

Lloyds, American Bureau of Shipping, osv.

Claims (7)

1. Redundant thruster-system for dynamisk posisjonering av et fartøy, omfattende minst tre thrustere i en gruppe for å skape transversal skyvkraft, forbundet med en hovedtavle for nettkraftforsyning der hovedtavlen er inndelt i minst to deler ved hjelp av en bus-bryter med elektrisk isolerte kraftfordelingssystemer og hjelpesystemer, der de minst to delene av hovedtavlen normalt er aktive, og at hver del er innrettet for å forsyne minst to thrustere, hvor de første og tredje thruster-systemene er forbundet med den første delen av hovedtavlen, og de andre og tredje thruster-systemene er forbundet med den andre delen av hovedtavlen, noe som gir et tosystemsfartøy en treveis redundans, karakterisert vedat de to hovedtavledelene og to kraftforsyningssystemer er galvanisk skilt fra hverandre med minst én isoleringstransformator plassert mellom minst én av hovedtavledelene og det tredje thruster-systemet, innrettet for oppstrøms spenningsnivå og nedstrøms likeretterteknologi.

2. Redundant thruster-system ifølge krav 1,karakterisert vedat kraftforsyningssystemet videre omfatter en kombinasjon av en frekvensomformer med dublisert likeretter, én kraftforsyning fra hver del av hovedtavlen og redundans i alt nødvendig hjelpeutstyr, innbefattende deres kraftforsyninger.

3. Redundant thruster-system ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat systemet omfatter et redundant fordelingssystem for levering av kraft til hjelpesystemene, der minst et av hjelpesystemene er matet fra to ulike sider av bus-bryteren i hovedtavlen.

4. Redundant thruster-system ifølge krav 1 til 3,karakterisert vedat systemet omfatter en frekvensomformer med to kraftinnmatingsseksjoner/moduler som hver er dimensjonert i henhold til 50%-100% effektuttak fra utgangsseksjonen/modulen.

5. Redundant thruster-system ifølge krav 1 til 4,karakterisert vedat systemet omfatter et styresystem for frekvensomformeren, der kraftforsyningen til styresystemet er redundant slik at ingen enkelt svikt i kraftforsyningen bringer systemet ut av drift.

6. Redundant thruster-system ifølge krav 1 til 5,karakterisert vedat både passive og aktive likerettere kan benyttes i systemet, der aktive likerettere gjør det mulig å regulere belastningsdelen og passive likerettere vil belastningsdelen være uavhengig av spenningsnivået og fasen til forsyningsspenningene.

7. Redundant thruster-system ifølge krav 1 til 6,karakterisert vedat ventilasjon og kjøling av ett eller flere rom hvor deler av thruster-systemet er plassert, har et redundant ventilasjons- og kjølesystem.