一种用于风电施工船的船舶定位系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于风电施工船的船舶定位系统及方法，本方案由DP1控制系统以及两组全回转螺旋桨和两组定位绞车配合构成；其中第一组全回转螺旋桨设置在风电施工船的船艉部，第二组全回转螺旋桨设置在风电施工船的船艏部，DP1控制系统同时控制两组全回转螺旋桨；第一组定位绞车设置在船艉部甲板上，第二组定位绞车设置在船艏部固桩架平台上。本方案能够快速、便捷的对风电施工船进行定位，且动力定位能力强，运行可靠性高，可保证风电施工船安全可靠的工作。
【专利说明】
一种用于风电施工船的船舶定位系统及方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种风电施工船，具体涉及风电施工船上的动力定位技术。
【背景技术】
[0002]风电施工船也是一种海上平台。目前风电施工船大致分为两类:
[0003]第一类为非自航自升式风电施工船，这类船舶比较简单，船体就是一个简单的驳船，靠甲板绞车抛锚定位完成移船，工作时依靠锚机定位移船，调遣靠大型拖轮拖带。这种甲板绞车抛锚定位方案操作繁琐、效率低且定位精度不高。
[0004]第二类为自航自升式，这类船舶配置有功率较大的推进系统，配备有动力定位系统，工作时依靠自身舵桨动力定位系统进行定位(不需抛锚)。该动力定位系统方案相对于甲板绞车抛锚定位方案来说具有定位时间短、效率高，也更安全，依靠自身也可航行调遣等优点;但是现有的动力定位系统在实际应用过程中存在定位能力差、定位精度不高、维修不方便等问题。
【发明内容】
[0005]针对现有风电施工船上的船舶定位技术所存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种动力定位能力强、定位精度高的船舶定位系统；同时基于该船舶定位系统，还提供一种船舶定位方法。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0007]提供一种用于风电施工船的船舶定位系统，该定位系统包括DPI控制系统以及两组全回转螺旋桨，其中第一组全回转螺旋桨设置在风电施工船的船艉部，第二组全回转螺旋桨设置在风电施工船的船艏部，DPI控制系统同时控制两组全回转螺旋桨。
[0008]优选的，所述第一组全回转螺旋桨包括两台1470kW全回转螺旋桨。
[0009]优选的，所述两台1470kW全回转螺旋桨对称安装在船艉靠近左右舷位置，由电机带动，螺旋桨在导流管内转动。
[0010]优选的，所述第二组全回转螺旋桨包括两台SOOkW全回转螺旋桨。
[0011]优选的，所述两台SOOkW全回转螺旋桨对称安装在船艏靠近左右舷位置，由电机带动，螺旋桨在导流管内转动。
[0012]优选的所述DPI控制系统由操作单元、控制单元、姿态仪、风速风向仪、DGPS单元组成，所述操作单元控制连接控制单元，所述控制单元分别控制连接姿态仪、风速风向仪、DGPS单元以及两组全回转螺旋桨。
[0013]优选的，所述定位系统还包括两组定位绞车，所述第一组定位绞车设置在船艉部甲板上，所述第二组定位绞车设置在船艏部固粧架平台上。
[0014]优选的，所述第一组定位绞车包括2台定位绞车，并设置在船艉甲板上;所述第二组定位绞车包括2台定位绞车，并设置在船艏固粧架平台上。
[0015]基于上述的船舶定位系统，提供一种用于风电施工船的船舶定位方法，该定位方法首先通过DPI控制系统中设置好船舶将要到达的位置坐标及艏向，接着由DPI控制系统通过控制两组全回转螺旋桨的转向和转速自动将船舶移动到指定位置并固定。
[0016]优选的，当DPl控制系统或螺旋桨故障情况下，将定位绞车控制的定位锚抛出，通过分别控制每台绞车的张紧力将船舶移动到指定位置。
[0017]基于上述方案构成的用于风电施工船的船舶定位方案能够快速、便捷的对风电施工船进行定位，且动力定位能力强，运行可靠性高，可保证风电施工船安全可靠的工作。
[0018]另外，本船舶定位方案成本低，且后期维修方便，实用性强。
【附图说明】
[0019]以下结合附图和【具体实施方式】来进一步说明本发明。
[0020]图1为本发明实例中DPl动力定位系统的示意图；
[0021]图2为本发明实例中全回转螺旋桨和甲板绞车的布置示意图；
[0022]图3为本发明实例中船舶动力定位系统拓扑图；
[0023]图4为本发明实例中船舶定位系统的船舶动力定位能力效果图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0025]参见图1和图2本实例中的船舶定位系统采用一套DPl动力定位系统100和4台40T液压甲板绞车200相配合的方案对风电施工船300进行定位O。
[0026]该方案中以DPl动力定位系统100为主对风电施工船进行定位和自航;在DPl动力定位系统100失效的情况下，再利用4台40T液压甲板绞车200来完成船舶定位和移船。
[0027]参见图1，在实现时，为了使船舶具备良好的动力定位能力，本方案中DPl动力定位系统100主要由DPl控制系统101以及两组全回转螺旋桨102、103配合构成，其中第一组全回转螺旋桨102设置在风电施工船的船艉部，第二组全回转螺旋桨103设置在风电施工船300的船艏部，DPl控制系统同时控制两组全回转螺旋桨。
[0028]参见图2，具体在船艉部设置两台1470kW全回转螺旋桨102a、102b，船艏部设置两台800kW全回转螺旋桨103a、103b。
[0029]同时，两台14 7 O k W全回转螺旋桨1 2 a、1 2 b为固定螺距，4片桨叶，桨叶直径2400mm，桨叶转速?220rpm，对称安装在船艉靠近左右舷位置，由电机带动，螺旋桨在导流管内转动。
[0030]两台800kW全回转螺旋桨103a、103b为固定螺距，4片桨叶，桨叶直径1800mm，桨叶转速?220rpm，对称安装在船艏靠近左右舷位置，由电机带动，螺旋桨在导流管内转动。
[0031]由此设置的螺旋桨推进装置，相对于现有船舶采用的艉部全回转螺旋桨而艏部采用侧推固定螺旋桨的方案，具有如下好处:
[0032]一、当两台1470kW全回转螺旋桨作推进不足时，两台SOOkW全回转螺旋桨也可参与推进；
[0033]二、船靠码头时艏、艉皆可作为船头，动作方便；
[0034]三、两台SOOkW全回转螺旋桨相比侧推固定桨维修方便。
[0035]参见图3，对于本方案中的DPI控制系统101，主要由操作单元101a、控制单元101b、姿态仪101 C、风速风向仪1ld、DGPS单元1le等部分组成。
[0036]其中，操作单元1la为整个DPl控制系统的操作中心，形成相应的操作指令。本实例中的操作单元包括设置在驾驶室控制台中的操作站和便携遥控器，以实现本地(驾驶室控制台)操作和便携遥控操作。
[0037]控制单元1lb为整个DPl控制系统的数据处理中心，其与操作单元书连接连接(通过有线的方式与操作站数据连接，通过无线的方式与便携遥控器数据连接)，控制连接四台全回转螺旋桨，同时与姿态仪1I c、风速风向仪1I d、DGPS单1I e数据连接。
[0038]该控制单元1lb在获取到操作单元形成的操作指令后，从姿态仪、风速风向仪、DGPS单元中实时获取船体的姿态、风速风向数据以及位置数据，再根据操作单元发送的操作指令，结合实时获取的船体姿态、风速风向以及位置等数据进行实时计算，形成相应的推进控制指令，并分别控制螺旋桨推进装置，实现对船舶纵向、横向及艏向三个运动自由度的控制。
[0039 ]由此，通过本DPI控制系统1I不仅可以本地(驾驶室控制台)操作，还可以便携遥控，通过控制4个推进器的转向和转速，从而能够实现船舶纵向、横向及艏向三个运动自由度的手动或自动控制。
[0040]与上述的DPI动力定位系统100配合，本方案中的4台40T液压甲板绞车200分为两组，第一组定位绞车包括两台40T液压甲板绞车200，对称的设置在船艉部甲板301上，第二组定位绞车同样也包括两台40T液压甲板绞车200，两组对称的设置在船艏部固粧架平台302 上。
[0041 ]本实例中的40T液压甲板绞车200主要由定量低速大扭矩液压马达、墙架、减速装置(带齿轮罩壳)、轴、主卷筒、离合器、制动器等组成;其额定拉力(第三层)500KN，支持负载1120KN，容绳量600m。
[0042]针对分为两组的4台40T液压甲板绞车200，本实例中通过一控制系统进行协同控制。该控制系统将采用由微处理器为核心的PLC系统，在具体实现时，该控制系统可独立设置或由DPl控制系统101中的操作单元1la和控制单元1lb配合来实现控制功能。
[0043]本实例中通过PLC系统来实现安全、可靠、有效的控制功能，同时将4台甲板绞车分别设置在船艉部甲板和船艏部固粧架平台上，减少了对甲板可用面积的占用。
[0044]基于上述方案构成的船舶定位系统，应用在风电施工船上，可实现风电施工船的动力定位和移船。
[0045]当DPl控制系统及螺旋桨都正常的情况下，首先通过DPl控制系统中的操作单元，设置好船舶将要到达的位置坐标及艏向；
[0046]操作单元根据设置的到达的位置坐标及艏向信息，形成对应的操作指令，并传至DPl控制系统中的控制单元；
[0047]DPl控制系统中的控制单元从姿态仪、风速风向仪以及DGPS单元中实时获取当前风电施工船的姿态信息(如船艏方向)、当前的风速和风向以及当前风电施工船的位置等信息，控制单元从操作指令中获取到达的位置坐标及艏向等信息，再根据获取到的当前风电施工船的姿态信息、风速和风向以及当前风电施工船的位置等信息进行计算，确定最佳的行驶路线和方式，由此确定当前4个螺旋桨的转向和转速，并形成对应的控制指令；
[0048]控制单元根据形成的控制指令分别独立的实时控制4个螺旋桨，以实时调整每个螺旋桨的转向和转速，驱动风电施工船以最佳的行驶路线和方式面向设定的到达位置坐标及艏向移动。
[0049]由此，通过实时控制4个螺旋桨的转向和转速自动将船舶稳定、快速移动到指定位置并固定;同时根据需要也可手动操作DPl控制系统将船舶移动到指定位置。
[0050]当DPl控制系统或螺旋桨故障情况下，可将4台甲板绞车分别控制的定位锚抛出，通过分别控制每台绞车的张紧力将船舶移动到指定位置。
[0051]两种定位系统配合使用，不仅提高了船舶定位的效率和精度，还提高了安全性、可靠性。
[0052]本船舶定位系统应用在风电施工船上时，具有很好的动力定位能力，在浪高2.0m、表面流速2kn、4个螺旋桨全部工作的情况下，动力定位能力校核结果(达到的风速)如图4所不O
[0053]另外，配合船舶定位系统，相应的船舶动力装置采用四台1800kW/690V发电机和一台500kW/380V发电机组，柴油机采用MAN B&W中速(100rpm)机，其油耗192g/kW.h，比常规高速机油耗210g/kW.h明显要低，这样可以降低使用中的油耗成本。
[0054]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种用于风电施工船的船舶定位系统，其特征在于，所述定位系统包括DPI控制系统以及两组全回转螺旋桨;其中第一组全回转螺旋桨设置在风电施工船的船艉部，第二组全回转螺旋桨设置在风电施工船的船艏部，DPl控制系统同时控制两组全回转螺旋桨。2.根据权利要求1所述的一种用于风电施工船的船舶定位系统，其特征在于，所述第一组全回转螺旋桨包括两台1470kW全回转螺旋桨。3.根据权利要求2所述的一种用于风电施工船的船舶定位系统，其特征在于，所述两台1470kW全回转螺旋桨对称安装在船艉靠近左右舷位置，由电机带动，螺旋桨在导流管内转动。4.根据权利要求1所述的一种用于风电施工船的船舶定位系统，其特征在于，所述第二组全回转螺旋桨包括两台SOOkW全回转螺旋桨。5.根据权利要求4所述的一种用于风电施工船的船舶定位系统，其特征在于，所述两台SOOkW全回转螺旋桨对称安装在船艏靠近左右舷位置，由电机带动，螺旋桨在导流管内转动。6.根据权利要求1所述的一种用于风电施工船的船舶定位系统，其特征在于，所述DPl控制系统由操作单元、控制单元、姿态仪、风速风向仪、DGPS单元组成，所述操作单元控制连接控制单元，所述控制单元分别控制连接姿态仪、风速风向仪、DGPS单元以及两组全回转螺旋桨。7.根据权利要求1所述的一种用于风电施工船的船舶定位系统，其特征在于，所述定位系统还包括两组定位绞车，所述第一组定位绞车设置在船艉部甲板上，所述第二组定位绞车设置在船艏部固粧架平台上。8.根据权利要求7所述的一种用于风电施工船的船舶定位系统，其特征在于，所述第一组定位绞车包括两台绞车，并设置在船艉部甲板上;所述第二组定位绞车包括两台绞车，并设置在船艏部固粧架平台上。9.一种用于风电施工船的船舶定位方法，其特征在于，所述定位方法首先通过DPI控制系统中设置好船舶将要到达的位置坐标及艏向，接着由DPl控制系统通过控制两组全回转螺旋桨的转向和转速自动将船舶移动到指定位置并固定。10.根据权利要求9所述的一种用于风电施工船的船舶定位方法，其特征在于，当DPl控制系统或螺旋桨故障情况下，将定位绞车控制的定位锚抛出，通过分别控制每台绞车的张紧力将船舶移动到指定位置。
【文档编号】B63B21/50GK105857521SQ201610200598
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】卢益峰, 胡灵斌, 黄超, 汪峥, 陈健章
【申请人】中交第三航务工程局有限公司