stringtranslate.com

Динамическое позиционирование

Морское судно поддержки Toisa Perseus и на заднем плане глубоководное буровое судно Discoverer Enterprise пятого поколения над нефтяным месторождением Тандер-Хорс . Оба оснащены системами DP.

Динамическое позиционирование ( ДП ) — это управляемая компьютером система автоматического поддержания положения и курса судна с помощью собственных гребных винтов и подруливающих устройств. Датчики положения в сочетании с датчиками ветра, датчиками движения и гирокомпасами предоставляют компьютеру информацию о положении судна, а также величине и направлении сил окружающей среды, влияющих на его положение. Примеры типов судов, использующих DP, включают суда и полупогружные мобильные морские буровые установки (MODU), океанографические исследовательские суда, суда-кабелеукладчики и круизные суда .

Компьютерная программа содержит математическую модель судна, включающую информацию о ветре и лобовом сопротивлении судна, а также о расположении двигателей. Эти знания в сочетании с информацией датчиков позволяют компьютеру рассчитать необходимый угол поворота и мощность подруливающего устройства для каждого подруливающего устройства. Это позволяет осуществлять операции в море, где швартовка или постановка на якорь невозможны из-за глубокой воды, скоплений на морском дне (трубопроводы, шаблоны) или других проблем.

Динамическое позиционирование может быть либо абсолютным, то есть положение фиксируется в фиксированной точке над дном, либо относительно движущегося объекта, такого как другой корабль или подводный аппарат. Можно также расположить корабль под выгодным углом к ​​ветру, волнам и течению, что называется флюгером.

Динамическое позиционирование используется в большей части морской нефтяной промышленности, например, в Северном море , Персидском заливе , Мексиканском заливе , Западной Африке и у берегов Бразилии . В настоящее время имеется более 1800 кораблей ДП. [1]

История

Динамичное позиционирование морского бурения началось в 1960-х годах . Поскольку бурение продвигалось на все более глубокие воды, самоподъемные баржи больше нельзя было использовать, а стоянка на якоре на глубокой воде была неэкономичной.

В рамках проекта Mohole в 1961 году буровой корабль Cuss 1 был оснащен четырьмя управляемыми гребными винтами. Проект Мохоле пытался пробурить скважину до Мохо , что требовало решения для глубоководного бурения. Удалось удержать корабль на позиции над колодцем у Ла-Хойи , Калифорния, на глубине 948 метров.

После этого у побережья Гуадалупе , Мексика, были пробурены пять скважин, самая глубокая на глубине 183 м (601 фут) ниже морского дна на глубине 3500 м (11700 футов) при сохранении позиции в радиусе 180 метров. Положение корабля определялось с помощью радара до буев и гидролокатора от подводных маяков.

В то время как Cuss 1 удерживался на месте вручную, позже в том же году Shell спустила на воду буровой корабль Eureka , который имел аналоговую систему управления, связанную с натянутым проводом, что сделало его первым настоящим кораблем DP. [2]

Хотя первые корабли DP имели аналоговые контроллеры и не имели резервирования, с тех пор были сделаны значительные улучшения. Кроме того, сегодня ДП применяется не только в нефтяной промышленности, но и на различных других типах судов. Кроме того, ДП больше не ограничивается поддержанием фиксированной позиции. Одна из возможностей — пройти по точному маршруту, удобному для прокладки кабелей , труб, изысканий и других задач.

Сравнение вариантов удержания позиции

Другими методами удержания позиции являются использование якорной расстановки и использование самоподъемной баржи. У всех есть свои преимущества и недостатки.

Хотя все методы имеют свои преимущества, динамическое позиционирование сделало возможным выполнение многих операций, которые раньше были невозможны.

Затраты падают благодаря новым и более дешевым технологиям, а преимущества становятся все более убедительными, поскольку морские работы проводятся все глубже и окружающей среде (кораллам) уделяется больше внимания. Благодаря контейнерным операциям переполненные порты можно сделать более эффективными за счет более быстрых и точных методов швартовки. Эксплуатация круизных судов выигрывает от более быстрой швартовки и без якорной стоянки у пляжей или недоступных портов.

Приложения

SBX в стадии реализации

Важные приложения включают в себя:

Объем

Можно считать, что корабль имеет шесть степеней свободы в движении, т. е. может двигаться по любой из шести осей.

Три из них связаны с переводом :

и остальные три вращения :

Динамическое позиционирование касается прежде всего управления кораблем в горизонтальной плоскости , т. е. по трем осям: волнению, покачиванию и рысканию.

Требования

Кораблю, который будет использоваться для DP, требуется:

В большинстве случаев при проектировании корабля ДП необходимо тщательно учитывать системы отсчета положения и элементы тяги. В частности, для хорошего управления положением в сложных погодных условиях тяга корабля по трем осям должна быть достаточной.

Поддерживать фиксированное положение особенно сложно в полярных условиях, поскольку ледовые силы могут быстро меняться. Корабельное обнаружение льда и смягчение его последствий недостаточно развиты для прогнозирования этих сил, но могут быть предпочтительнее датчиков, размещаемых с вертолета . [3]

Системы позиционирования

Существует несколько способов определения положения корабля в море. Большинство традиционных методов навигации судов недостаточно точны для некоторых современных требований. По этой причине за последние десятилетия было разработано несколько систем позиционирования . Производителями систем DP являются: Marine Technologies LLC, Kongsberg Maritime , Navis Engineering Oy, GE , DCNS , Wärtsilä (ex L-3), MT-div. Chouest, [ проверьте правописание ] Rolls-Royce plc , Praxis Automation Technology, Brunvoll AS. Термин «цифровой якорь» использовался для описания таких систем динамического позиционирования. [4] . Область применения и доступность зависят от типа работ и глубины воды. Наиболее распространенными системами отсчета положения (PRS) и системами измерения положения (PME) являются:

GPS- спутник на орбите
Легко натянутый провод на HOS Achiever

Системы заголовков

Более продвинутые методы:

Другие датчики

Помимо положения и курса, в систему DP через датчики подаются и другие переменные :

Системы контроля

Блок-схема системы управления

Вначале использовались ПИД-регуляторы , и сегодня они все еще используются в более простых системах DP. Но современные контроллеры используют математическую модель корабля, основанную на гидродинамическом и аэродинамическом описании некоторых характеристик корабля, таких как масса и сопротивление . Конечно, эта модель не совсем правильна. Положение и курс судна передаются в систему и сравниваются с прогнозами, сделанными моделью. Эта разница используется для обновления модели с помощью метода фильтрации Калмана . По этой причине модель также имеет входные данные от датчиков ветра и обратную связь от двигателей. Этот метод позволяет даже некоторое время не получать входные данные от какой-либо PRS, в зависимости от качества модели и погоды. Этот процесс известен как точный расчет .

Точность и точность разных PRS неодинакова. В то время как DGPS обладает высокой точностью и точностью, USBL может иметь гораздо меньшую точность. По этой причине PRS являются взвешенными. В зависимости от дисперсии PRS получает вес от 0 до 1.

Силовые и двигательные системы

Североморский гигант

Для поддержания положения азимутальных подруливающих устройств (электрических, L-привода или Z-привода ) используются носовые , кормовые подруливающие устройства, водометы , рули и гребные винты . Корабли DP обычно, по крайней мере, частично дизель-электрические , поскольку это обеспечивает более гибкую настройку и лучше справляется с большими изменениями в энергопотреблении, типичными для операций DP. Эти колебания могут быть пригодны для гибридной эксплуатации . Судно -снабженец платформы, работающее на СПГ , начало работу в 2016 году с аккумуляторной батареей мощностью 653 кВтч/1600 кВт , работающей в качестве вращающегося резерва во время DP2, что позволяет сэкономить 15-30% топлива. [11] 154-метровый «Североморский гигант» объединил 3 силовых агрегата, распределительные щиты и 2 батареи МВтч для работы в режиме DP3, используя только один двигатель, [12] [13] поддерживая нагрузку двигателя от 60% до 80%. [14]

Настройка зависит от класса ДП корабля. Класс 1 может быть относительно простым, тогда как система корабля Класса 3 довольно сложна. На судах классов 2 и 3 все компьютеры и справочные системы должны получать питание через ИБП .

Требования класса Международной морской организации

На основании публикации IMO (Международной морской организации) 645 [15] классификационные общества выпустили правила для судов с динамическим позиционированием, описываемых как класс 1, класс 2 и класс 3.

Классификационные общества имеют свои собственные обозначения классов:

Правила DNV 2011 Pt6 Ch7 представили классификационную серию «DPS», чтобы конкурировать с серией ABS «DPS».

Рекомендации Норвежского морского ведомства

Если ИМО оставляет решение о том, какой класс применяется к какому виду операции, оператору судна DP и его клиенту, Норвежское морское управление (NMA) определило, какой класс следует использовать в отношении риска операции. В Руководстве и примечаниях NMA № 28, приложение А определены четыре класса:

Исходя из этого для каждой операции указывается тип судна:

Отказ

Потеря позиции, также известная как утечка информации, может представлять угрозу безопасности операций и окружающей среде, включая возможные человеческие жертвы, травмы, ущерб имуществу или окружающей среде, а также потерю репутации и времени. Записи об инцидентах показывают, что даже суда с резервными системами динамического позиционирования могут время от времени терять свое положение, что может быть связано с человеческой ошибкой, процедурным сбоем, сбоем системы динамического позиционирования или плохой конструкцией. [16]

Нарушение динамического позиционирования приводит к неспособности поддерживать положение или контроль курса и может быть сносом, вызванным недостаточной тягой, или отрывом, вызванным неподходящей тягой. [16]

Сигнализация динамического позиционирования и реакция биения для дайверов с колоколом

Основная реакция закрытого колокола аналогична мокрому колоколу, но после укладки шлангокабелей люк будет герметизирован, чтобы можно было сохранить внутреннее давление. Колокол будет восстановлен как можно быстрее при красном предупреждении и может быть восстановлен, если есть сомнения, что желтый уровень тревоги будет понижен. [19]

Резервирование

Резервирование — это способность в режиме DP выдерживать потерю оборудования, находящегося в сети, без потери позиции или курса. Одной неудачей может быть, среди прочего:

Для некоторых операций резервирование не требуется. Например, если исследовательское судно теряет возможности ДП, обычно нет риска повреждения или травм. Эти операции обычно выполняются в классе 1.

При выполнении других операций, таких как дайвинг и подъем тяжестей, существует риск повреждения или травм. В зависимости от риска операция выполняется по классу 2 или 3. Это означает, что необходимо выбрать как минимум три системы отсчета положения. Это позволяет использовать принцип логики голосования, поэтому можно найти неисправную PRS. По этой причине на кораблях 3-го класса также имеются три компьютера управления ДП, три гирокомпаса, три МРУ и три датчика ветра. Если возникает одиночная неисправность, которая ставит под угрозу резервирование, т. е. отказ двигателя, генератора или PRS, и ее невозможно устранить немедленно, операцию следует прекратить как можно быстрее.

Чтобы иметь достаточную избыточность, должно быть подключено достаточное количество генераторов и двигателей, чтобы отказ одного из них не приводил к потере позиции. Это остается на усмотрение оператора DP. Для классов 2 и 3 в систему должен быть включен анализ последствий, чтобы помочь DPO в этом процессе.

Избыточность корабля DP должна оцениваться на основе анализа видов и последствий отказов (FMEA) и подтверждаться испытаниями FMEA. [20] Кроме того, проводятся ежегодные испытания, и обычно перед каждым проектом выполняются функциональные испытания DP.

оператор ДП

Оператор DP (DPO) оценивает, имеется ли достаточная избыточность, доступная в любой момент операции. ИМО выпустила MSC/Circ.738 (Руководство по обучению операторов систем динамического позиционирования (DP)) 24 июня 1996 года. Это относится к IMCA (Международной ассоциации морских подрядчиков) M 117 [21] как к приемлемому стандарту.

Чтобы получить квалификацию оператора DP, необходимо пройти следующий путь:

  1. вводный курс DP + онлайн-экзамен
  2. минимум 60 дней плавания в море, ознакомление с DP
  3. Продвинутый курс DP + онлайн-экзамен
  4. не менее 60 дней несения вахты на корабле DP
  5. заявление капитана корабля ДП о годности

При несении вахты на судне DP класса 1 выдается ограниченное свидетельство; в противном случае будет выдан полный сертификат.

Схема обучения и сертификации DP проводится Морским институтом (NI). НИ выдает обучающимся журналы, аккредитует учебные центры и контролирует выдачу сертификатов.

С увеличением количества кораблей DP и растущими потребностями в рабочей силе позиция DPO становится все более заметной. Эта меняющаяся ситуация привела к созданию в 2009 году Международной ассоциации операторов динамического позиционирования (IDPOA). www.dpoperators.org

В состав IDPOA входят сертифицированные DPO, имеющие право на получение стипендии (fDPO), а членами (mDPO) являются лица, имеющие опыт работы в сфере DP или те, кто, возможно, уже работает в рамках схемы сертификации DP.

Международная ассоциация морских подрядчиков

Международная ассоциация морских подрядчиков была образована в апреле 1995 года в результате слияния Ассоциации владельцев судов динамического позиционирования, основанной в 1990 году, и Международной ассоциации морских водолазных подрядчиков, основанной в 1972 году. [22]

Хотя компания начала со сбора и анализа инцидентов DP, [23] с тех пор она выпустила публикации по различным темам с целью улучшения стандартов для систем DP. Он также работает с IMO и другими регулирующими органами.

Комитет по динамическому позиционированию Общества морских технологий

Миссия Комитета по динамическому позиционированию (DP) Общества морских технологий заключается в содействии безаварийным операциям DP посредством обмена знаниями. Этот комитет преданных своему делу волонтеров приносит пользу сообществу DP, состоящему из владельцев судов, операторов, обществ морского класса, инженеров и регулирующих органов посредством ежегодной конференции DP, тематических семинаров и обширного набора руководящих документов, охватывающих философию проектирования DP, операции DP и профессиональное развитие Персонал ДП. Кроме того, постоянно растущий набор уникальных документов под названием TECHOP затрагивает конкретные темы, представляющие значительный интерес и оказывающие влияние. Материалы конференции доступны для скачивания широкой публике, что представляет собой наиболее полный единый источник технических документов отрасли DP, доступный где угодно.

Руководящие документы DP, опубликованные комитетом DP МТС, предназначены для распространения знаний, методов и уникальных инструментов, которые помогут сообществу DP в обеспечении бесперебойной работы DP. Документы можно бесплатно загрузить с веб-сайта Комитета http://dynamic-positioning.com.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Что такое динамическое позиционирование?». Морской институт. Архивировано из оригинала 25 января 2013 г. Проверено 24 января 2013 г.
  2. ^ ab Введение в динамическое позиционирование. Архивировано 26 июня 2010 г. в Wayback Machine.
  3. ^ Волден, Грета (февраль 2017 г.). «Forskning: Dynamisk Posisjonering для Arktis: Система самых сложных операций и экстремальных условий». Технический Укеблад . Проверено 2 февраля 2017 г.
  4. ^ «Реклама Mercury Marine» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 мая 2015 г. Проверено 22 мая 2015 г.
  5. ^ «IMCA M 141, Рекомендации по использованию DGPS в качестве эталона местоположения в системах управления DP». Лондон: Международная ассоциация морских подрядчиков. Октябрь 1997 года.
  6. ^ «Система Veripos DP может быть установлена ​​с несколькими системами расширения, а также с поддержкой ГЛОНАСС. Они могут отключать любой спутник или службу с помощью поправок Ultra, полученных по каналам Spotbeam или Inmarsat». Архивировано из оригинала 25 мая 2006 г.
  7. ^ «IMCA M 151, Основные принципы и использование гидроакустических систем определения местоположения в морской среде». Лондон: Международная ассоциация морских подрядчиков.
  8. ^ «IMCA M 170, Обзор морских систем лазерного позиционирования» .
  9. ^ «IMCA M 174, Обзор системы позиционирования Artemis Mk V» . Лондон: Международная ассоциация морских подрядчиков.
  10. ^ «Система относительного позиционирования RADius» . Консберг Группен. 15 августа 2011 г.
  11. ^ Стенсволд, Торе (11 октября 2016 г.). «Первая информация: ее аккумулятор заменил двигатель и критическую ситуацию». Технический Укеблад . Техниск Укеблад Медиа АС . Проверено 11 октября 2016 г.
  12. ^ Стенсволд, Торе (14 марта 2018 г.). «Et avverdens Mest Avanserte Skip er Bygget Om: Sparer 30 Prosent Drivstoff med Batteri». Ту.но (на норвежском языке). Технический Укеблад . Проверено 31 марта 2019 г.
  13. ^ «Теплоход | Гигантский заряд батареи для судоходства в Северном море» . www.motorship.com . Проверено 31 марта 2019 г.
  14. ↑ Фёрде, Томас (31 мая 2019 г.). «Этот запасной вариант и сокращение выбросов CO2 с использованием аккумуляторной системы». Ту.но (на норвежском языке). Технический Укеблад .
  15. ^ «IMO MSC/Circ.645, Руководство для судов с системами динамического позиционирования» (PDF) . 6 июня 1994 г. Архивировано из оригинала (PDF) 10 июня 2007 г.
  16. ^ abc Кастро, Александр (13–14 октября 2015 г.). Учения по чрезвычайным ситуациям DP (PDF) . Конференция по динамическому позиционированию. Хьюстон: Общество морских технологий.
  17. ^ Администратор CADC (31 октября 2012 г.). «Динамически расположенный сток судна / разрыв пуповины Bell Diver». Канадская ассоциация подрядчиков по дайвингу . Проверено 29 ноября 2018 г.
  18. ^ ab Руководство для инструкторов по дайвингу IMCA D 022, гл. 11 Подводное плавание с надводным воздухом, разд. 8 Планы действий в чрезвычайных ситуациях
  19. ^ Руководство для супервайзеров по дайвингу IMCA D 022, гл. 13 Закрытый колокол для прыжков в воду, разд. 10 планов действий в чрезвычайных ситуациях
  20. ^ «IMCA M 166, Рекомендации по анализу видов и последствий отказов (FMEA)» . Лондон: Международная ассоциация морских подрядчиков.
  21. ^ «IMCA M 117, Обучение и опыт ключевого персонала DP» . Лондон: Международная ассоциация морских подрядчиков.
  22. ^ «Позиционирование Dynamiv - Краткая история IMCA» (PDF) . Лондон: Международная ассоциация морских подрядчиков. Архивировано из оригинала (PDF) 11 марта 2006 г.
  23. ^ «IMCA M 181, Анализ данных о происшествиях на станциях за 1994–2003 годы» . Лондон: Международная ассоциация морских подрядчиков.

Источники

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с динамическим позиционированием .