一種用于風(fēng)電施工船的船舶定位系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于風(fēng)電施工船的船舶定位系統(tǒng)及方法，本方案由DP1控制系統(tǒng)以及兩組全回轉(zhuǎn)螺旋槳和兩組定位絞車(chē)配合構(gòu)成；其中第一組全回轉(zhuǎn)螺旋槳設(shè)置在風(fēng)電施工船的船艉部，第二組全回轉(zhuǎn)螺旋槳設(shè)置在風(fēng)電施工船的船艏部，DP1控制系統(tǒng)同時(shí)控制兩組全回轉(zhuǎn)螺旋槳；第一組定位絞車(chē)設(shè)置在船艉部甲板上，第二組定位絞車(chē)設(shè)置在船艏部固樁架平臺(tái)上。本方案能夠快速、便捷的對(duì)風(fēng)電施工船進(jìn)行定位，且動(dòng)力定位能力強(qiáng)，運(yùn)行可靠性高，可保證風(fēng)電施工船安全可靠的工作。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種用于風(fēng)電施工船的船舶定位系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種風(fēng)電施工船，具體涉及風(fēng)電施工船上的動(dòng)力定位技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)電施工船也是一種海上平臺(tái)。目前風(fēng)電施工船大致分為兩類(lèi):
[0003]第一類(lèi)為非自航自升式風(fēng)電施工船，這類(lèi)船舶比較簡(jiǎn)單，船體就是一個(gè)簡(jiǎn)單的駁船，靠甲板絞車(chē)拋錨定位完成移船，工作時(shí)依靠錨機(jī)定位移船，調(diào)遣靠大型拖輪拖帶。這種甲板絞車(chē)拋錨定位方案操作繁瑣、效率低且定位精度不高。
[0004]第二類(lèi)為自航自升式，這類(lèi)船舶配置有功率較大的推進(jìn)系統(tǒng)，配備有動(dòng)力定位系統(tǒng)，工作時(shí)依靠自身舵槳?jiǎng)恿Χㄎ幌到y(tǒng)進(jìn)行定位(不需拋錨)。該動(dòng)力定位系統(tǒng)方案相對(duì)于甲板絞車(chē)拋錨定位方案來(lái)說(shuō)具有定位時(shí)間短、效率高，也更安全，依靠自身也可航行調(diào)遣等優(yōu)點(diǎn);但是現(xiàn)有的動(dòng)力定位系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在定位能力差、定位精度不高、維修不方便等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有風(fēng)電施工船上的船舶定位技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種動(dòng)力定位能力強(qiáng)、定位精度高的船舶定位系統(tǒng)；同時(shí)基于該船舶定位系統(tǒng)，還提供一種船舶定位方法。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0007]提供一種用于風(fēng)電施工船的船舶定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)包括DPI控制系統(tǒng)以及兩組全回轉(zhuǎn)螺旋槳，其中第一組全回轉(zhuǎn)螺旋槳設(shè)置在風(fēng)電施工船的船艉部，第二組全回轉(zhuǎn)螺旋槳設(shè)置在風(fēng)電施工船的船艏部，DPI控制系統(tǒng)同時(shí)控制兩組全回轉(zhuǎn)螺旋槳。
[0008]優(yōu)選的，所述第一組全回轉(zhuǎn)螺旋槳包括兩臺(tái)1470kW全回轉(zhuǎn)螺旋槳。
[0009]優(yōu)選的，所述兩臺(tái)1470kW全回轉(zhuǎn)螺旋槳對(duì)稱(chēng)安裝在船艉靠近左右舷位置，由電機(jī)帶動(dòng)，螺旋槳在導(dǎo)流管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]優(yōu)選的，所述第二組全回轉(zhuǎn)螺旋槳包括兩臺(tái)SOOkW全回轉(zhuǎn)螺旋槳。
[0011]優(yōu)選的，所述兩臺(tái)SOOkW全回轉(zhuǎn)螺旋槳對(duì)稱(chēng)安裝在船艏靠近左右舷位置，由電機(jī)帶動(dòng)，螺旋槳在導(dǎo)流管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0012]優(yōu)選的所述DPI控制系統(tǒng)由操作單元、控制單元、姿態(tài)儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、DGPS單元組成，所述操作單元控制連接控制單元，所述控制單元分別控制連接姿態(tài)儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、DGPS單元以及兩組全回轉(zhuǎn)螺旋槳。
[0013]優(yōu)選的，所述定位系統(tǒng)還包括兩組定位絞車(chē)，所述第一組定位絞車(chē)設(shè)置在船艉部甲板上，所述第二組定位絞車(chē)設(shè)置在船艏部固粧架平臺(tái)上。
[0014]優(yōu)選的，所述第一組定位絞車(chē)包括2臺(tái)定位絞車(chē)，并設(shè)置在船艉甲板上;所述第二組定位絞車(chē)包括2臺(tái)定位絞車(chē)，并設(shè)置在船艏固粧架平臺(tái)上。
[0015]基于上述的船舶定位系統(tǒng)，提供一種用于風(fēng)電施工船的船舶定位方法，該定位方法首先通過(guò)DPI控制系統(tǒng)中設(shè)置好船舶將要到達(dá)的位置坐標(biāo)及艏向，接著由DPI控制系統(tǒng)通過(guò)控制兩組全回轉(zhuǎn)螺旋槳的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速自動(dòng)將船舶移動(dòng)到指定位置并固定。
[0016]優(yōu)選的，當(dāng)DPl控制系統(tǒng)或螺旋槳故障情況下，將定位絞車(chē)控制的定位錨拋出，通過(guò)分別控制每臺(tái)絞車(chē)的張緊力將船舶移動(dòng)到指定位置。
[0017]基于上述方案構(gòu)成的用于風(fēng)電施工船的船舶定位方案能夠快速、便捷的對(duì)風(fēng)電施工船進(jìn)行定位，且動(dòng)力定位能力強(qiáng)，運(yùn)行可靠性高，可保證風(fēng)電施工船安全可靠的工作。
[0018]另外，本船舶定位方案成本低，且后期維修方便，實(shí)用性強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0019]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)例中DPl動(dòng)力定位系統(tǒng)的示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實(shí)例中全回轉(zhuǎn)螺旋槳和甲板絞車(chē)的布置示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)例中船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)拓?fù)鋱D；
[0023]圖4為本發(fā)明實(shí)例中船舶定位系統(tǒng)的船舶動(dòng)力定位能力效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0025]參見(jiàn)圖1和圖2本實(shí)例中的船舶定位系統(tǒng)采用一套DPl動(dòng)力定位系統(tǒng)100和4臺(tái)40T液壓甲板絞車(chē)200相配合的方案對(duì)風(fēng)電施工船300進(jìn)行定位O。
[0026]該方案中以DPl動(dòng)力定位系統(tǒng)100為主對(duì)風(fēng)電施工船進(jìn)行定位和自航;在DPl動(dòng)力定位系統(tǒng)100失效的情況下，再利用4臺(tái)40T液壓甲板絞車(chē)200來(lái)完成船舶定位和移船。
[0027]參見(jiàn)圖1，在實(shí)現(xiàn)時(shí)，為了使船舶具備良好的動(dòng)力定位能力，本方案中DPl動(dòng)力定位系統(tǒng)100主要由DPl控制系統(tǒng)101以及兩組全回轉(zhuǎn)螺旋槳102、103配合構(gòu)成，其中第一組全回轉(zhuǎn)螺旋槳102設(shè)置在風(fēng)電施工船的船艉部，第二組全回轉(zhuǎn)螺旋槳103設(shè)置在風(fēng)電施工船300的船艏部，DPl控制系統(tǒng)同時(shí)控制兩組全回轉(zhuǎn)螺旋槳。
[0028]參見(jiàn)圖2，具體在船艉部設(shè)置兩臺(tái)1470kW全回轉(zhuǎn)螺旋槳102a、102b，船艏部設(shè)置兩臺(tái)800kW全回轉(zhuǎn)螺旋槳103a、103b。
[0029]同時(shí)，兩臺(tái)14 7 O k W全回轉(zhuǎn)螺旋槳1 2 a、1 2 b為固定螺距，4片槳葉，槳葉直徑2400mm，槳葉轉(zhuǎn)速?220rpm，對(duì)稱(chēng)安裝在船艉靠近左右舷位置，由電機(jī)帶動(dòng)，螺旋槳在導(dǎo)流管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0030]兩臺(tái)800kW全回轉(zhuǎn)螺旋槳103a、103b為固定螺距，4片槳葉，槳葉直徑1800mm，槳葉轉(zhuǎn)速?220rpm，對(duì)稱(chēng)安裝在船艏靠近左右舷位置，由電機(jī)帶動(dòng)，螺旋槳在導(dǎo)流管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0031]由此設(shè)置的螺旋槳推進(jìn)裝置，相對(duì)于現(xiàn)有船舶采用的艉部全回轉(zhuǎn)螺旋槳而艏部采用側(cè)推固定螺旋槳的方案，具有如下好處:
[0032]一、當(dāng)兩臺(tái)1470kW全回轉(zhuǎn)螺旋槳作推進(jìn)不足時(shí)，兩臺(tái)SOOkW全回轉(zhuǎn)螺旋槳也可參與推進(jìn)；
[0033]二、船靠碼頭時(shí)艏、艉皆可作為船頭，動(dòng)作方便；
[0034]三、兩臺(tái)SOOkW全回轉(zhuǎn)螺旋槳相比側(cè)推固定槳維修方便。
[0035]參見(jiàn)圖3，對(duì)于本方案中的DPI控制系統(tǒng)101，主要由操作單元101a、控制單元101b、姿態(tài)儀101 C、風(fēng)速風(fēng)向儀1ld、DGPS單元1le等部分組成。
[0036]其中，操作單元1la為整個(gè)DPl控制系統(tǒng)的操作中心，形成相應(yīng)的操作指令。本實(shí)例中的操作單元包括設(shè)置在駕駛室控制臺(tái)中的操作站和便攜遙控器，以實(shí)現(xiàn)本地(駕駛室控制臺(tái))操作和便攜遙控操作。
[0037]控制單元1lb為整個(gè)DPl控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，其與操作單元書(shū)連接連接(通過(guò)有線的方式與操作站數(shù)據(jù)連接，通過(guò)無(wú)線的方式與便攜遙控器數(shù)據(jù)連接)，控制連接四臺(tái)全回轉(zhuǎn)螺旋槳，同時(shí)與姿態(tài)儀1I c、風(fēng)速風(fēng)向儀1I d、DGPS單1I e數(shù)據(jù)連接。
[0038]該控制單元1lb在獲取到操作單元形成的操作指令后，從姿態(tài)儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、DGPS單元中實(shí)時(shí)獲取船體的姿態(tài)、風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)以及位置數(shù)據(jù)，再根據(jù)操作單元發(fā)送的操作指令，結(jié)合實(shí)時(shí)獲取的船體姿態(tài)、風(fēng)速風(fēng)向以及位置等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，形成相應(yīng)的推進(jìn)控制指令，并分別控制螺旋槳推進(jìn)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶縱向、橫向及艏向三個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度的控制。
[0039 ]由此，通過(guò)本DPI控制系統(tǒng)1I不僅可以本地(駕駛室控制臺(tái))操作，還可以便攜遙控，通過(guò)控制4個(gè)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，從而能夠?qū)崿F(xiàn)船舶縱向、橫向及艏向三個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度的手動(dòng)或自動(dòng)控制。
[0040]與上述的DPI動(dòng)力定位系統(tǒng)100配合，本方案中的4臺(tái)40T液壓甲板絞車(chē)200分為兩組，第一組定位絞車(chē)包括兩臺(tái)40T液壓甲板絞車(chē)200，對(duì)稱(chēng)的設(shè)置在船艉部甲板301上，第二組定位絞車(chē)同樣也包括兩臺(tái)40T液壓甲板絞車(chē)200，兩組對(duì)稱(chēng)的設(shè)置在船艏部固粧架平臺(tái)302 上。
[0041 ]本實(shí)例中的40T液壓甲板絞車(chē)200主要由定量低速大扭矩液壓馬達(dá)、墻架、減速裝置(帶齒輪罩殼)、軸、主卷筒、離合器、制動(dòng)器等組成;其額定拉力(第三層)500KN，支持負(fù)載1120KN，容繩量600m。
[0042]針對(duì)分為兩組的4臺(tái)40T液壓甲板絞車(chē)200，本實(shí)例中通過(guò)一控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同控制。該控制系統(tǒng)將采用由微處理器為核心的PLC系統(tǒng)，在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，該控制系統(tǒng)可獨(dú)立設(shè)置或由DPl控制系統(tǒng)101中的操作單元1la和控制單元1lb配合來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。
[0043]本實(shí)例中通過(guò)PLC系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)安全、可靠、有效的控制功能，同時(shí)將4臺(tái)甲板絞車(chē)分別設(shè)置在船艉部甲板和船艏部固粧架平臺(tái)上，減少了對(duì)甲板可用面積的占用。
[0044]基于上述方案構(gòu)成的船舶定位系統(tǒng)，應(yīng)用在風(fēng)電施工船上，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電施工船的動(dòng)力定位和移船。
[0045]當(dāng)DPl控制系統(tǒng)及螺旋槳都正常的情況下，首先通過(guò)DPl控制系統(tǒng)中的操作單元，設(shè)置好船舶將要到達(dá)的位置坐標(biāo)及艏向；
[0046]操作單元根據(jù)設(shè)置的到達(dá)的位置坐標(biāo)及艏向信息，形成對(duì)應(yīng)的操作指令，并傳至DPl控制系統(tǒng)中的控制單元；
[0047]DPl控制系統(tǒng)中的控制單元從姿態(tài)儀、風(fēng)速風(fēng)向儀以及DGPS單元中實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前風(fēng)電施工船的姿態(tài)信息(如船艏方向)、當(dāng)前的風(fēng)速和風(fēng)向以及當(dāng)前風(fēng)電施工船的位置等信息，控制單元從操作指令中獲取到達(dá)的位置坐標(biāo)及艏向等信息，再根據(jù)獲取到的當(dāng)前風(fēng)電施工船的姿態(tài)信息、風(fēng)速和風(fēng)向以及當(dāng)前風(fēng)電施工船的位置等信息進(jìn)行計(jì)算，確定最佳的行駛路線和方式，由此確定當(dāng)前4個(gè)螺旋槳的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，并形成對(duì)應(yīng)的控制指令；
[0048]控制單元根據(jù)形成的控制指令分別獨(dú)立的實(shí)時(shí)控制4個(gè)螺旋槳，以實(shí)時(shí)調(diào)整每個(gè)螺旋槳的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)風(fēng)電施工船以最佳的行駛路線和方式面向設(shè)定的到達(dá)位置坐標(biāo)及艏向移動(dòng)。
[0049]由此，通過(guò)實(shí)時(shí)控制4個(gè)螺旋槳的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速自動(dòng)將船舶穩(wěn)定、快速移動(dòng)到指定位置并固定;同時(shí)根據(jù)需要也可手動(dòng)操作DPl控制系統(tǒng)將船舶移動(dòng)到指定位置。
[0050]當(dāng)DPl控制系統(tǒng)或螺旋槳故障情況下，可將4臺(tái)甲板絞車(chē)分別控制的定位錨拋出，通過(guò)分別控制每臺(tái)絞車(chē)的張緊力將船舶移動(dòng)到指定位置。
[0051]兩種定位系統(tǒng)配合使用，不僅提高了船舶定位的效率和精度，還提高了安全性、可靠性。
[0052]本船舶定位系統(tǒng)應(yīng)用在風(fēng)電施工船上時(shí)，具有很好的動(dòng)力定位能力，在浪高2.0m、表面流速2kn、4個(gè)螺旋槳全部工作的情況下，動(dòng)力定位能力校核結(jié)果(達(dá)到的風(fēng)速)如圖4所不O
[0053]另外，配合船舶定位系統(tǒng)，相應(yīng)的船舶動(dòng)力裝置采用四臺(tái)1800kW/690V發(fā)電機(jī)和一臺(tái)500kW/380V發(fā)電機(jī)組，柴油機(jī)采用MAN B&W中速(100rpm)機(jī)，其油耗192g/kW.h，比常規(guī)高速機(jī)油耗210g/kW.h明顯要低，這樣可以降低使用中的油耗成本。
[0054]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于風(fēng)電施工船的船舶定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位系統(tǒng)包括DPI控制系統(tǒng)以及兩組全回轉(zhuǎn)螺旋槳;其中第一組全回轉(zhuǎn)螺旋槳設(shè)置在風(fēng)電施工船的船艉部，第二組全回轉(zhuǎn)螺旋槳設(shè)置在風(fēng)電施工船的船艏部，DPl控制系統(tǒng)同時(shí)控制兩組全回轉(zhuǎn)螺旋槳。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于風(fēng)電施工船的船舶定位系統(tǒng)，其特征在于，所述第一組全回轉(zhuǎn)螺旋槳包括兩臺(tái)1470kW全回轉(zhuǎn)螺旋槳。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于風(fēng)電施工船的船舶定位系統(tǒng)，其特征在于，所述兩臺(tái)1470kW全回轉(zhuǎn)螺旋槳對(duì)稱(chēng)安裝在船艉靠近左右舷位置，由電機(jī)帶動(dòng)，螺旋槳在導(dǎo)流管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于風(fēng)電施工船的船舶定位系統(tǒng)，其特征在于，所述第二組全回轉(zhuǎn)螺旋槳包括兩臺(tái)SOOkW全回轉(zhuǎn)螺旋槳。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于風(fēng)電施工船的船舶定位系統(tǒng)，其特征在于，所述兩臺(tái)SOOkW全回轉(zhuǎn)螺旋槳對(duì)稱(chēng)安裝在船艏靠近左右舷位置，由電機(jī)帶動(dòng)，螺旋槳在導(dǎo)流管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于風(fēng)電施工船的船舶定位系統(tǒng)，其特征在于，所述DPl控制系統(tǒng)由操作單元、控制單元、姿態(tài)儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、DGPS單元組成，所述操作單元控制連接控制單元，所述控制單元分別控制連接姿態(tài)儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、DGPS單元以及兩組全回轉(zhuǎn)螺旋槳。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于風(fēng)電施工船的船舶定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位系統(tǒng)還包括兩組定位絞車(chē)，所述第一組定位絞車(chē)設(shè)置在船艉部甲板上，所述第二組定位絞車(chē)設(shè)置在船艏部固粧架平臺(tái)上。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于風(fēng)電施工船的船舶定位系統(tǒng)，其特征在于，所述第一組定位絞車(chē)包括兩臺(tái)絞車(chē)，并設(shè)置在船艉部甲板上;所述第二組定位絞車(chē)包括兩臺(tái)絞車(chē)，并設(shè)置在船艏部固粧架平臺(tái)上。9.一種用于風(fēng)電施工船的船舶定位方法，其特征在于，所述定位方法首先通過(guò)DPI控制系統(tǒng)中設(shè)置好船舶將要到達(dá)的位置坐標(biāo)及艏向，接著由DPl控制系統(tǒng)通過(guò)控制兩組全回轉(zhuǎn)螺旋槳的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速自動(dòng)將船舶移動(dòng)到指定位置并固定。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種用于風(fēng)電施工船的船舶定位方法，其特征在于，當(dāng)DPl控制系統(tǒng)或螺旋槳故障情況下，將定位絞車(chē)控制的定位錨拋出，通過(guò)分別控制每臺(tái)絞車(chē)的張緊力將船舶移動(dòng)到指定位置。
【文檔編號(hào)】B63B21/50GK105857521SQ201610200598
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】盧益峰, 胡靈斌, 黃超, 汪崢, 陳健章
【申請(qǐng)人】中交第三航務(wù)工程局有限公司