Совершенствование систем динамического позиционирования.

e7769e

"Viking Grace"

Материалы студенческой научно-практической  конференции 19   апреля   2012    года по   итогам    кружковой   работы   2011-2012    учебного   года

 Подготовила Л.П. Склярова – заслуженный учитель РФ, методист УМО Калининградский морской рыбопромышленный колледж «КМРК»

Гребенев  Константин, 07-СВ -15

Научный   руководитель:    старший преподаватель кафедры  судовождения  БГА РФ

                                                 Д.С. Горобченко

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ  СИСТЕМ  ДИНАМИЧЕСКОГО  ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

Содержание:

1.Системы позиционирования.

1.1.Назначение систем позиционирования.

1.2.Типы систем позиционирования.

2.Основные принципы динамического позиционирования.

2.1.Якорная система позиционирования.

2.2.Динамическое позиционирование судна.

3.Вывод.

Список литературы.

1.Системы позиционирования.

1.1. Назначение систем позиционирования

При проведении морских инженерно-геологических, буровых, трубоукладочных работ, при обеспечении загрузки танкеров нефтепродуктами с плавучих сооружений, морских ледостойких стационарных платформ (МЛСП) для управления положением судна широко применяются средства безъякорного удержания - системы динамического позиционирования (СДП). Все более широкий спектр судов оснащаются СДП: от пассажирских, транспортно-буксирных судов до плавучих буровых и нефтегазодобывающих платформ, работающих на глубоководных участках шельфа.

Система позиционирования предназначена для:

 надежного непрерывного удержания судна (плавучего технического средства) относительно заданной опорной точки по координатам x, у и курсовому углу; следования судна в автоматическом режиме по заранее заданной траектории. СДП является автоматизированным комплексом, включающим в себя энергетическую установку, движители и средства активного управления (подруливающие устройства), компьютеризированную систему управления. Система управления обрабатывает непрерывно поступающую информацию от систем ориентации и датчиков, вырабатывает управляющие сигналы в энергоустановку и движительно-подруливающий комплекс, при помощи которых компенсируется суммарный вектор сил внешнего воздействия на судно (ветра, течений, волнения). Для качественного удержания СДП всегда использует информацию от систем ориентации, работающих на разных физических принципах - гидроакустической, радио-, спутниковой, электромеханической, лазерной и др.

1.2.Типы систем позиционирования

Системы позиционирования в настоящее время делятся на два основных типа:

 -     система позиционирования с использованием якорей;

 - динамические системы позиционирования (с применением ГЭУ и подруливающих устройств).

 

 

2. Основные принципы динамического позиционирования.

2.1  Якорная система позиционирования.

Якорная система проявляет максимальную удерживающую способность при горизонтальном приложении к якорю усилия от троса. Установлено, что если угол приложения нагрузки больше 12° от горизонтали, то удерживающая способность якоря значительно уменьшается. Если принять, что якорный трос вытянут в прямую линию, то его длина для получения такого угла наклона должна быть в 4,8 раза больше глубины воды в месте бурения. Однако никакими усилиями наклонно направленный трос невозможно вытянуть в прямую линию, под действием силы тяжести он всегда провисает, и это уменьшает угол наклона его при подходе к якорю. Поэтому длину заброшенного в воду якорного троса рекомендуют принимать при безветренной погоде, отсутствии сильных течений и колебаний уровня воды больше глубины акватории в 3 - 4 раза, а при работе в неблагоприятных погодных условиях — в 2 - 3 раза. Для увеличения удерживающей силы и улучшения амортизационных свойств якорной системы рекомендуется к якорному тросу в нескольких метрах от якоря подвешивать специальный груз или между якорем и тросом устанавливать тяжелую цепь длиной 2 - 3 м.

Сила внезапных нагрузок от ветра и волнения расходуется, прежде всего, на уменьшение провеса якорного троса. Одновременно с уменьшением провеса троса увеличивается сила его натяжения, которая создает момент, препятствующий наклону судна. Таким образом, длинный якорный трос демпфирует внезапные нагрузки и уменьшает бортовую, килевую и вертикальную качку судна. Провисание тросов исключает срыв якорей при поднятии уровня воды.

Однако излишний провес, образующийся во время отлива, необходимо сразу ликвидировать натяжением тросов, иначе судно сместится с точки позиционирования.

Для предотвращения таких ситуаций необходим тщательный контроль и регистрация силы натяжения якорных тросов. Достичь этого можно, используя якорные лебедки с автоматическим регулированием силы натяжения троса.

2.2.Динамическое позиционирование судна.

Динамическим позиционированием называется процесс удержания судна с заданной точностью в заданной точке или следование по заданной траектории с заданной скоростью исключительно при помощи активных средств управления и движительного комплекса.

При работе в режиме ДП для различных видов работ определяется зона безопасности - на какое допустимое расстояние от заданной точки или траектории может смещаться судно под действием внешних факторов воздействия.

Динамически    позиционируемые суда. Современный уровень техники, а также постоянно ужесточающиеся требования по обеспечению безаварийных работ и экологической безопасности при освоении шельфа стимулировали широкое применение на судах систем ДП. В настоящее время СДП разной конфигурации применяются на судах:

- транспортно-буксировочных, судах-снабженцах, трубовозах;

- научно-исследовательских, изыскательских, инженерно-геологических;

- пожарных, аварийно-спасательных;

- буровых;

- специализированных водолазных;

- обеспечивающих подводно-технические работы;

- крановых;

- трубоукладочных;

- полупогружных платформах;

- ледоколах;

- добывающих и перерабатывающих судах и платформах, плавучих нефтехранилищах (суда типа FSO, FPSO);

- танкерах.

Судно является сложным многомашинным объектом, содержащим целый ряд локальных систем управления судовыми энергетическими и транспортно-технологическими процессами. Для исключения вероятности возникновения аварийных ситуаций, связанных с особенностями эксплуатации судна, алгоритмы управления судовым оборудованием должны быть тщательно отлажены при любых видах управляющих и дестабилизирующих воздействий на судно и его оборудование. Решение этой задачи требует достаточно длительного периода проектирования и комплексной отладки функционирования судовых средств автоматизации.

В настоящем материале показаны подходы к разработке интегрированной системы управления (ИСУ) движением, маневрированием и динамическим позиционированием судна, оснащенного главным двигателем (ГД), винтом регулируемого шага (ВРШ), винторулевой колонкой (ВРК), носовым и кормовым подруливающими устройствами (НПУ) и (КПУ). Скорость и угол направления движения судна задается рукояткой X-Y-Z джойстика ИСУ.

Задача состоит в обеспечении движения, маневрирования и динамического позиционирования судна по следующим программам:

  ·         ход судна с требуемой скоростью в заданном направлении;

  ·         разгон судна по комбинаторной характеристике совместного управления ГД и ВРШ;

 ·         линейное позиционирование судна;

 ·         угловое позиционирование судна;

 ·         разворот (вращение) судна на месте;

 ·         движение судна лагом;

 ·         отход судна носом;

 ·         отход судна кормой.

При этом учитываются параметры и направления дестабилизирующих воздействий на судно, в том числе:

 ·         величина загрузки судна;

 ·         силы ветра, течения, волнения;

 ·         глубина мелководья.

 ·        cудовые пропульсивно-энергетические комплексы, содержащие гребные установки на базе  ГД с ВФШ или ГД с ВРШ, рулевые устройства, рулевые насадки, винторулевые колонки, подруливающие устройства, балластные системы для выравнивания крена и дифферента.

Традиционные  подходы к проектированию и комплексной отладке алгоритмов управления судовым оборудованием предусматривают применение специализированных стендов с имитаторами, характеризующими судно и судовое оборудование, управляющие воздействия оператора, внешние и внутренние возмущающие воздействия на судно и его оборудование, которые дестабилизируют судовые энергетические и транспортно-технологические процессы.

Необходимо проектирование и изготовление имитаторов, проведение их испытаний и метрологической аттестации. Но даже наличие множества физических имитаторов, моделирующих такой сложный объект как судно, не предоставляет возможности в полной мере охватить все виды многофакторных воздействий, свойственных реальным процессам эксплуатации судна и его оборудования.

В еще большей мере усложняется процесс разработки алгоритмической части программного обеспечения и последующего программирования контроллеров системы управления судовым оборудованием, в особенности в тот период, когда взаимодействие конкретно примененного судового оборудования и его энергетические показатели, в полном объеме еще не отработаны.

Даже в самом простейшем рассмотрении задача формирования и построения структуры модели ИСУ путем математического описания ее межмодульных входных и выходных связей, внутримодульных связей системы и функций преобразования информации представляет повышенную сложность. Решение поставленной задачи в традиционном виде требует подробных текстовых описаний и пояснений, многостраничных выкладок с математическим анализом зависимостей между параметрами моделируемой системы, а также оценки качества поведения системы в целом. При необходимости оперативного проектирования сложных систем управления сложными объектами такой подход практически неприемлем.
В конечном итоге, требуется переход на такую технологию предпроектных исследований и проектирования судовых средств автоматизации, при которой трудозатраты и сроки выполнения проектных работ были бы сведены к минимуму.

 

3.Вывод.

Система динамического позиционирования (ДП) не уменьшает качку судна. Однако в штормовую погоду на глубинах моря более 80 м ее целесообразно применять одновременно с якорной системой стабилизации. Последняя в этих условиях иногда не в состоянии противостоять напору ветра и волн — ползут якоря или рвутся якорные тросы. Система ДП стабилизирует силу натяжения якорных тросов в пределах их прочности и исключает сползание якорей, так как обладает высокой точностью и надежностью удержания БС в горизонтальной плоскости. Основная роль якорной системы будет заключаться при этом в уменьшении качки судна.

 

Список используемой литературы.

 

  • Петров Ю.П., Червяков В.В. Системы стабилизации буровых судов. Л., Судостроение, 216 с., 1985.
  • Гофман А.Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна: справочник. Л., Судостроение,360 с., 1988.
  • Симоненко А.С. Устройство плавучих буровых установок: учебн. для ВУЗов / - СПб.: ГМТУ, 1994. - 370 с.
  • Фрейдзон И.P. Филлипов Л.Г. Автоматические системы динамического удержания буровых судов. // Судостроение за рубежом. – 1980. – № 1. – С. 13 - 27.

 

 

 

также, вы можете почитать:

You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed. You can leave a response, or trackback from your own site.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *