Динамическое позиционирование судов что это такое

Обновлено: 07.05.2024

Классификация судов, оснащенных системами динамического позиционирования

Интенсивная промышленная добыча углеводородсодержащего сырья в прибрежных зонах морских государств за прошедшие несколько десятилетий привела к существенному снижению уровня этой добычи. Дальнейшие ее перспективы в настоящее время связывают с освоением шельфовых районов Арктики. Приоритетными для этой задачи являются суда и платформы, оснащенные системами динамического позиционирования (ДП) и удерживаемые в заданной точке при помощи подруливающих устройств, без использования якорей (Захаров, 1995). Классификация работ под класс судов, оснащенных системами ДП, в России не приводится ни в документах Российского Морского Регистра Судоходства, ни в Правилах классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок (ПБУ) и морских стационарных платформ, ни в каких-либо других российских нормативных документах. Не были исследованы и классифицированы также системы ориентации, предназначенные для работы в северных широтах. Решению этих проблем и посвящена данная статья

Классификация судов с системами ДП

В публикации ИМО (Международная морская организация) "MSC/Circ.645, Руководящие принципы для судов с динамическими системами позиционирования", выработаны правила для классификации систем динамического позиционирования судов как класса 1, класса 2 и класса 3.

• Система динамического позиционирования класса 1 не имеет избыточности. Потеря позиции может произойти при единичном отказе.

• Система динамического позиционирования класса 2 имеет избыточность, единичный сбой в активной системе ДП не приведет к отказу. Потеря позиции не должна происходить по вине одного из активных компонентов или систем, таких как генератор, двигатель, коммутатор, дистанционно управляемые клапаны и т.д. Но может возникнуть после отказа от статических компонентов, таких как кабели, трубы, клапаны и т.д.

Класс оборудования СДП

Ручное управление положением и автоматическое управление курсом при определенных максимальных погодных условиях

Автоматическое и ручное управление местоположением и курсом при определенных максимальных погодных условиях

Автоматическое и ручное управление местоположением и курсом, при максимальных погодных условиях, во время и после единичного отказа в любом активном элементе

Автоматическое и ручное управление местоположением и курсом, при максимальных погодных условиях, во время и после любого единичного отказа активных и пассивных элементов, находящихся в любом из водонепроницаемых отсеков в результате затопления или пожара (две независимые компьютерные системы должны быть разделены водонепроницаемыми или противопожарными переборками класса А-60)

• Система динамического позиционирования класса 3 обеспечивает удержание объекта над точкой позиционирования при единичном отказе активных и пассивных элементов, находящихся в любом из водонепроницаемых отсеков и противопожарных зон, в результате затопления, пожара или взрыва.

В разделе 7.5 Правил классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок (ПБУ) и морских стационарных платформ (МСП) Российского Морского Регистра Судоходства (Конструкция систем динамического позиционирования, классы) дается определение системам динамического позиционирования. Системы ДП должны подразделяться на классы (Правила. 2001; 2003):

• Система динамического позиционирования класса 1, соответствующая по своим характеристикам знаку ДИНПОЗ-1 в символе класса судна, является системой с минимальном резервированием. При этом потеря положения ПБУ над точкой может произойти при единичном отказе.

• Система динамического позиционирования класса 2, соответствующая по своим характеристикам знаку ДИНПОЗ-2 в символе класса судна, должна иметь резервирование, которое обеспечивает удержание ПБУ над точкой позиционирования при единичном отказе в любом активном элементе.

• Система динамического позиционирования класса 3, соответствующая по своим характеристикам знаку ДИНПОЗ-3 в символе класса судна, должна иметь резервирование, которое обеспечивает удержание ПБУ над точкой позиционирования при единичном отказе элементов, находящихся в разных водонепроницаемых отсеках либо в одном из водонепроницаемых отсеков, в результате затопления или пожара, или в любом из противопожарных зон в результате пожара или взрыва.

Классификационные общества имеют свои собственные обозначения классов (см. табл.).

ИМО предоставляет право самостоятельно решить оператору судна ДП и его клиенту, к какому классу операций относится предстоящая работа. Норвежский морской директорат (НПРО) предлагает, что класс должен быть использован в соответствии с риском операции. В руководящих принципах НПРО и комментарии № 28 определены четыре класса операций:

• Класс 0, в которых возможность потери позиции по удержанию не рассматривается как угроза для человеческой жизни или причинению ущерба.

• Класс 1, в которых потеря позиции по удержанию может привести к повреждению или загрязнению окружающей среды с малыми последствиями.

• Класс 2, где потеря позиции по удержанию может привести к травме персонала, загрязнению, повреждению или к большим экономическим последствиям.

• Класс 3, когда потеря позиций по удержанию может привести к смертельному исходу, или сильному загрязнению или ущербу, с очень крупными экономическими последствиями.

Основываясь на этом, тип судна определяется по каждой операции:

• Класс 1 судна с системой ДП должен быть использован во время операции, когда потеря позиции не ставит под угрозу человеческие жизни, наносит существенный ущерб или причиняет больше чем минимальное загрязнение окружающей среды.

Класс 2 судна с системой ДП должен быть использован во время операции, когда потеря позиции может вызвать травмы персонала, загрязнение или повреждение с большими экономическими последствиями.

Класс 3 судна с системой ДП должна быть использована во время операции, когда потеря позиций может привести к смертельным исходам, сильному загрязнению или повреждению с глобальными

Таким образом, для отечественных морских подрядчиков необходимо выработать и руководствоваться отечественной классификацией работ (операций) на шельфе и определить, какой класс судна с системой ДП должен быть использован в соответствии с риском операции. Прототипом может служить вышеизложенная версия.

Под избыточностью (резервированием) системы ДП понимается дублирование или многократное резервирование ее элементов, при котором комплекс, состоящий из энергетической установки и пропульсивных механизмов с их индивидуальными системами управления, работает под управлением компьютерной системы таким образом, что выход из строя отдельных систем управления, выполнение задачи удержания ПБУ над точкой позиционирования.

Для некоторых операций резервирования не требуется, например, когда потеря позиции по удержанию не представляет угрозы для человеческой жизни или причинения ущерба, загрязнения окружающей среды с малыми последствиями. Эта операция, как правило, будет сделана в Классе 1.

Чтобы иметь достаточную избыточность, должно быть выбрано и подключено необходимое количество генераторов и движителей, тогда отказ одного из них не приведёт к потере позиции. Этот выбор остается на усмотрение оператора ДП. Для судов класса 2 и 3 система ДП производит периодически анализ состояния системы и предоставляет оператору информацию об оптимальной избыточности. Оператор имеет возможность принять рекомендации системы либо принять свое собственное решение. Таким образом, СДП является экспертной системой для принятия оператором ДП адекватных решений в любой реальной ситуации.
оптимальный тип резервной системы при выходе из строя основной. По этой причине используются три управляющих компьютера ДП, три гирокомпаса, три датчика качки и три датчика ветра для класса 3 судов. Если происходит единичный сбой, ставящий под угрозу резервирование, т.е. отказ движителя, генератора или системы ориентации, и это не может быть устранено немедленно, операцию следует остановить как можно быстрее.

Об избыточности ДП судна следует судить по результатам испытаний, которые проводятся перед каждой ответственной операцией, перед началом каждого проекта или в плановом порядке. Кроме того, выполняются ежегодные испытания ДП.

Структура систем ориентации ДП

Система ДП обеспечивает автоматическое управление курсом и позицией судна или платформы.

Рис. 2. Факторы, воздействующие на судно Рис. 3. Типы подруливающих устройств судов с ДП

Основной принцип системы управления "Альбатрос" показан на рис. 1. Все остальные вышеперечисленные системы аналогичны принципу действия этой системы.

Известно, что все суда и ППБУ подвергаются действию ветра, волн и течения. В систему ДП поступают данные, определяющие фактическую позицию и курс судна. Шумы отсеиваются с помощью техники фильтрации Калмана. В программное обеспечение компьютера входит математическая модель судна, имитирующая его динамику. Компьютер осуществляет проверку поступающих данных, отвергая при этом ложные или недостоверные сигналы. Результирующая оценка состояния судна или платформы обрабатывается оптимальным регулятором, который вырабатывает сигналы управления гребными винтами, подруливающими устройствами и рулями. В результате обеспечиваются максимальная способность стабилизации положения и минимальный расход топлива. Особо важно отметить высокую гибкость конфигурации системы ДП, благодаря которой можно выбрать любую комбинацию имеющихся сегодня на рынке систем ориентации.

Морское судно подвергается действию ветра, волн и течения (рис. 2). Скорость и направление ветра измеряются датчиком, а волнение и течение рассчитываются системой с помощью математической модели судна. Система ДП контролирует три степени свободы судна - ВДОЛЬ, ПОПЕРЁК и РЫСКАНИЕ. Перемещения измеряются гирокомпасом и системами ориентации. Данные потом корректируются на бортовую и килевую качку с помощью датчика вертикальной ориентации (ДВО).

На рис. 3 показаны наиболее распространённые типы подруливающих устройств. Упор обычно регулируется путём изменения частоты вращения или шага гребных винтов. Путём использования руля или насадки можно также иметь дополнительный боковой упор.

Наличие точных данных о позиции судна в любое время является необходимым условием эффективной работы системы ДП. На рис. 4 показаны распространенные системы ориентации, обеспечивающие точное определение места.

Исходная точка положения судна называется началом координат и определяется с помощью системы ориентации. Желаемая позиция судна задается оператором относительно начала координат, на определенном расстоянии по осям Север и Восток. Отклонения судна от выбранных оператором желаемых позиции и курса обнаруживаются системой ориентации и гирокомпасом, обеспечивающими подачу выходных сигналов на компьютер системы в соответствии с измеренным состоянием. Компьютеры системы обеспечивают автоматическую компенсацию воздействия бортовой и килевой качки на данные, поступающие от систем ориентации, путём калибровки измерениями ДВО. Практически все системы ориентации могут быть сопряжены с системой ДП. В Арктических широтах рекомендуется применять системы ориентации ДП, выполненные в ледовом классе. Они должны использовать данные от трёх систем датчиков, классифицирующихся по минимальному составу навигационного оборудования следующим образом:

Применение системы динамического позиционирования (СДП; система ДП) в морском флоте растет, и теперь различные типы судов оборудуются системами ДП для улучшения контроля и управления судами в море. Хотя суда с динамическим позиционированием обычно используются для операций на шельфе, многие современные грузовые и пассажирские суда также оснащаются системами ДП.

Система Динамического Позиционирования это интегрированная система управления судном, спроектированная удерживать позицию и курс судна на автоматическом уровне, с высоким процентом точности, вблизи морских навигационных опасностей без использования якорей или швартовных концов, используя лишь судовые движители и средства активного управления (подруливающие устройства).

Все ДП системы используют принцип математического моделирования как основу функции позиционирования. ДП система содержит в себе математическую модель или описание динамики судового перемещения, что используется для предопределения позиции судна, его курса, а также перемещения. Использование этой информации, в сочетании с обработкой непрерывно поступающей информации 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, течения, волнения). Для качественного удержания ДП система всегда использует информацию от систем ориентации, работающих на разных физических принципах - гидроакустической, радиоволновой, спутниковой, электромеханической, лазерно-оптической и др. Отсюда логично, что ДП система является примером автоматического комплекса замкнутого цикла.

Математическая модель содержит не только статические данные, но и адаптивную функцию. Можно провести аналогию с управлением судна вручную. Также как и опытному рулевому необходимо приблизительно 5 минут на то, что бы почувствовать судно, так и ДП системе необходимо около 30 минут для полной адаптации к условиям окружающей среды и манёвренным характеристикам судна. В последствии этого периода, система будет адаптироваться к любому изменению условий окружающей среды и характеристик судна, как рулевой приспосабливается к состоянию моря. Эти 30 минут адаптации, должны всегда учитываться при запуске ДП системы, её использовании в определённых условиях и при определённых операциях.

Система ДП состоит из следующих элементов:

Системы питания, состоящей из: - энергоустановки; - стабилизатора напряжения и батарей аварийного питания, так называемого UPS (Uninterruptеble Power Supply Unit).
Движительно-подруливающего комплекса (включает в себя систему контроля движками и подрулями).
Вспомогательных систем (Систем ориентирования), их можно разделить на 3 вида:
1. системы контроля позиции (DGPS, SYSCAN, FANBEAM и др.);
2. система контроля курса (ГИРОКОМПАС);
3. сенсоры (датчики) такие как (WIND SENSOR, VERTICAL MOTION UNIT).
Ниже перечислены некоторые основные типы судов, обеспеченные, в настоящее время, системами ДП

Судно снабжения платформ (PSV) / оффшорное судно снабжения (OSV)

PSV (Platform Supply/Support Vessel) - судно снабжения платформ. Суда данного типа используются для транспортировки экипажей, а также для снабжения: водой, топлива, рефконтейнеров, различных смазочных материалов и химикатов, сыпучих и жидких грузов, необходимых для обеспечения нефтяных платформ. Суда снабжения платформ специально спроектированы для снабжения морских платформ и буровых установок, и считаются одними из наиболее распространенных типов судов, использующих систему ДП. Эти суда могут иметь длину от 50 до 100 метров, и способны выполнять разнообразные задачи.

Суда обеспечения водолазных работ (DSV) и суда обеспечения подводных аппаратов с дистанционным управлением (ROV)

Судно обеспечения водолазных работ (DSV - Diving Support vessel) создано как плавучая база, с которой проводятся профессиональные водолазные работы в открытом море. С развитием нефтяной индустрии, появилась необходимость в выполнении подводных работ, связанных с исследованием конструкций, ремонта и обслуживания нефтедобывающих платформ и других важных оффшорных морских конструкций. Появление первых типов этих судов приходится на 1960-1970 года, в разгар добычи нефти в Северном море и Мексиканском заливе, которые начинают проводить водолазные работы как подводной части конструкции, так и вокруг нее. Водолазы должны проводить проверочные или исследовательские работы, установку и размещение подводного оборудования, наблюдение за работой, поиск потерянного или брошенного оборудования. Наличие Системы динамического позиционирования (Dynamic Positioning System), позволяет судну сохранять его положение на воде, в независимости от состояния моря, течения и ветра. ROV - Remote Operated Vehicle или дистанционно-управляемые аппараты постепенно заменяют водолазов при выполнении большинства работ: глубоководные исследования, подводные инспекции, обеспечение буровых работ, также содействие в проведении спасательных операций.

Суда с буровой установкой

Для проведения буровых работ на мелководье и на глубине, для судна жизненно важно сохранять свое место (удерживать своё положение с точностью в пределах 1 метра) над нефтяной/газовой скважиной, чтобы трубопровод (стояк), соединяющий судно со скважиной находился почти в прямом и вертикальном положении. Поэтому, суда с буровой установкой оснащены системами динамического позиционирования. Наклон нижней части главного стояка постоянно контролируется и поддерживается точно на заданном уровне, чтобы избежать нежелательных разъединений. В настоящее время, буровые суда с ДП спроектированы таким образом, чтобы работать на глубинах до 3000 м и больше с помощью высокотехнологичных дифференциальных глобальных систем позиционирования (DGPS) и акустических систем подводного позиционирования на основе длинной базы (LBL), входящих в модуль ДП.

Суда для укладки и ремонта кабелей (кабелеукладчик) - судно технического (оффшорного) флота, служит для прокладки, ремонта и обслуживания морских (океанских) линий связи и электропередачи.

Современные оптико-волоконные кабели, используемые для соединения всего мира через Интернет, являются более хрупкими, чем использовавшиеся прежде более толстые традиционные кабели. Поэтому, у них больше ограничений по нагрузке и перегибам. Во избежание нанесения серьёзных повреждений этим кабелям, сейчас является обычной практикой использование судов с ДП для работ по укладке и ремонту кабелей. На большинстве современных судов-кабелеукладчиков установлены системы ДП.

Суда-трубоукладчики

Многие операции по укладке труб выполняются баржами или судами-трубоукладчиками, оснащенными системой ДП. Суда-трубоукладчики используют различные способы укладки трубопровода. К таким основным способам относятся способы укладки трубопроводов методом S-Lay, J-Lay и Reel-Lay. Каждый из этих методов имеет свои особенности.

Дноуглубительные суда

В настоящее время большинство дноуглубительных судов нового поколения используют методы ДП для безопасного и точного выполнения операций по дноуглублению вдоль аналогичных путей. Поскольку эти пути должны находиться близко друг к другу без существенных наложений, высокий уровень точности при дноуглубительных работах в узкостях достигается с помощью применения системы ДП.

Кран-баржа или судно-кран (плавкраны)

Кран-баржи или суда-краны помогают в операциях по монтажу и демонтажу в отраслях, связанных с нефтью и газом. Эти типы судов используются также в спасательных операциях или в операциях по удалению затонувших судов. Многие кран-баржи и строительные суда, в настоящее время, оснащены системами ДП.

Суда для насыпания каменной наброски

Суда для насыпания каменной наброски используются для укладки каменной наброски (измельченной породы) на морском дне настолько точно и безопасно, насколько возможно, чтобы обеспечить защиту трубопроводам. Поэтому, эти суда оснащены системами ДП, позволяющими хорошо контролировать путь и скорость, чтобы обеспечить ровное распределение породы вдоль запланированной трассы. Этот тип судов также полезен в обеспечении достаточно защиты против рисков эрозии, вызванной приливами и отливами, которая случается в районах течений при высоких приливах.

Пассажирские суда

Современные пассажирские суда имеют небольшую осадку, чтобы получить безопасный доступ к большему количеству мест для посещения во время круизов, и спроектированы таким образом, чтобы быть способными перевозить больше пассажиров, чем когда-либо ранее, даже при большей высоте надводного борта. Эта комбинация малой осадки и высокого надводного борта может привести к многочисленным проблемам при управлении судном в местах с ограниченным местом для швартовки. В этих случаях система ДП позволяет этим рукотворным роскошным плавучим отелям маневрировать, швартоваться и даже становиться на якорь гораздо более безопасно для экипажа и пассажиров.

Полупогружные суда для перевозки тяжеловесных грузов

Суда, способные перевозить тяжеловесное оборудование в самые отдаленные места, часто будут испытывать трудности при погрузке и выгрузке своих грузов. Некоторые из этих судов являются однокорпусными или полупогружными, и могут погружаться до погрузочной осадки, позволяя, таким образом, «заплывать» грузу на борт. Типичным примером такого груза может быть буровая установка, которую необходимо перевезти на большое расстояние. Система ДП, установленная на таких судах, может быть использована для удержания положения судна во время погрузочных и разгрузочных операций.

Передвижные морские буровые установки / суда (MODU)

Применение системы ДП, в этом случае, является единственным выбором при работе на глубоководных шельфовых месторождениях. Системы ДП всё чаще используются для определения положения буровых установок перед закреплением их на якорях даже в менее глубоких водах. Системы ДП позволяют сберечь много времени, особенно при краткосрочном бурении.

Челночный танкер

Челночный танкер, как можно предположить из его названия, это судно, предназначенное для перевозки нефти или газа с морского нефтяного месторождения в любое место, где они могут потребоваться. Эти танкеры очень современны и хорошо оснащены оборудованием для погрузки и выгрузки, совместимым с инфраструктурами нефтяных месторождений. Выдерживание положения судов в течение более длительного времени обычно выполняется с помощью систем динамического позиционирования и производится в отношении расположения сооружений или плавучих установок нефтедобычи, хранения и выгрузки (FPSO). Многократно продублированные системы безопасности обеспечивают безопасное обращение с потенциально горючими нефтью и природным газом.

Плавучие установки для добычи, хранения и выгрузки или суда FPSO

Плавучая установка для добычи, хранения и выгрузки – это судно, используемое, в основном, в индустрии шельфовой добычи нефти и газа для обработки и хранения нефти и газа. Суда FPSO спроектированы для получения нефти и газа с находящихся рядом платформ или подводных структур, их обработки и хранения до момента, когда эти нефть или газ смогут быть отгружены на морской танкер или перекачаны по трубопроводу. Суда FPSO, обычно, представляют собой реконструированные нефтяные или газовые танкеры, или это могут быть суда, специально построенные для такого использования и применения. Судно, используемое только для целей хранения нефти, называется плавучее нефтехранилище (FSU).

Военные корабли и операции

Несколько передовых государств успешно используют системы ДП в своём военном флоте, береговой охране и вспомогательном флоте. Суда, используемые в море, – для противоминной борьбы, морских десантов, спасения подводных лодок и борьбы с загрязнением – все являются хорошим примером судов, оборудованных системами ДП.

Этот раздел относится к специальным судам, которые должны во время работы сохранять свою позицию без использования якорей или других устройств, крепящих судно к морскому дну.

Суда с динамическим позиционированием (ДП) включают плавучие краны, суда для прокладки кабеля и трубопроводов, для рытья траншей под трубы, камнеукладчики, суда водолазной поддержки, суда-дночерпатели и даже бункеровочные суда, большие яхты и, в последнее время, пассажирские суда при посещении экзотических мест.

Подобные системы, известные как «авто-плавание» (auto-sail) или автотрекер, также используются для управления судном при движении из одной точки в другую, и когда в данном месте запрещено бросать якорь. Всё больше и больше судов оснащаются такими системами управления.

На рисунке показаны индивидуальные консоли управления трастерами на плавучем кране и трубоукладочной барже. Эти органы управления не для самих операций ДП (потому что это почти невозможно для оператора вручную управлять судном при динамическом позиционировании), а для процедур тестирования отдельных трастеров. В центре консоли – комбинированное устройство управления, позволяющее управлять сразу всеми трастерами для общего эффекта по направлению и силе.

Основные критерии проектирования – ЧТО, ГДЕ И КАК – очень важны для применения ДП.

1. Нотации для ДП

Резервирование для судов с ДП обычно описываются как Класс 1, 2 или 3.

Класс 1 – для простой работы с единственной системой автоматического управления, имеющей запасное ручное управление, когда потеря позиции не приведет к критической ситуации. Это может быть морское резервное судно, яхта или, возможно, пассажирское судно, стоящее в определенной позиции, с людьми на мостике.

Класс 2 – для более сложной работы с продублированной автоматической системой управления, когда потеря позиции может привести к более критической ситуации. Примеры – суда-кабелеукладчики, трубоукладчики, суда для рытья траншей или суда-камнеукладчики.

Для системы управления и тяги, управляемой системой, требуется FMEA (Failure Mode and Effect Analysis, анализ видов и последствий отказов). Должен рассматриваться единичный отказ (авария), такой как пожар и (или) затопление отсека. Нотация (АА).

Класс 3 – самый высокий класс резервирования и используется на высокотехнологичных глубоководных судах-трубоукладчиках, судах для подъёма больших грузов или водолазных судов, где потеря управления может привести к опасной ситуации. Для системы управления и системы тяги требуется FMEA, основанный на единичном отказе. Также рассматривается затопление и/или пожар. Нотация (ААА) или DP3.

Когда в FMEA рассматривается затопление и пожар, жизненно важно, как проложен кабель от продублированной системы управления к трастерам и другому управляемому оборудованию.

2. Расположение системы ДП

Система ДП построена из оборудования (металлоконструкций), таких как винты или трастеры, где усилие и направление управляются компьютерами. Они получают информацию от различных датчиков, учитывая ветер, позицию, курс, скорость и т.д.

В зависимости от Классификации системы ДП, резервирование обеспечивается количеством и мощностью трастеров, компьютеров и датчиков на входе. Компьютеры обрабатывают входящую информацию и преобразовывают её в команды трастерам. В результате судно может оставаться на месте или двигаться по определённому курсу и на определённое расстояние.

Систему можно использовать для плавания вдоль заданной траектории с путевыми точками. Это обычно применяется для операции по укладке кабеля, которая может проводиться на скоростях до 10 узлов.

Важная часть системы ДП – система управления мощностью (PMS, Power Management System). Эта система управляет генерацией и распределением электричества. В период проектирования проводятся специальные расчеты рабочей нагрузки, включая потоки мощности, вопросы селективности и конфигурации распределительного щита, например закрытые или открытые шиносоединительные выключатели.

Разработчики системы ДП будут использовать полученные данные для расчета мощности системы ДП судна и создания так называемого DP-footprint. DP-footprint показывает операционные пределы судна с ДП по отношению к внешним условиям, таким как течение и ветер, и к имеющейся тяге (прим. перев.: авторы здесь ошибочно используют термин DP Footprint (Plot) вместо DP Capability Plot).

Резервирование часто определяется через FMEA (Failure Mode and Effect Analysis, анализ видов и последствий отказов), который требуется для всех судов с высокой ДП нотацией.

Этот анализ рассматривает не только систему управления, но всё оборудование, электрическое или нет, требуемое для удержания судна в позиции или работы систем auto-sail или автотрекера, как определено в первом правиле проектирования – «ЧТО».

3. Датчики для ДП

Эти датчики состоят из:

3.1. Гирокомпасы

Два или больше гирокомпасов определяют курс судна

3.2. Датчики вертикальных перемещений

Два или больше датчика, которые определяют крен (roll, бортовая качка) и дифферент (pitch, килевая качка) судна.

3.3. Скорость и направление ветра

Две или больше датчика, измеряющих скорость и направления ветра, позволяют системе ДП реагировать на усиление и порывы ветра до того, как судно начнёт двигаться.

3.4. Системы DGPS

Две или больше системы DGPS определяют позицию судна. Кроме того, если судно движется, вычисляются истинный курс и скорость. Также должно быть два или больше дифференциальных приемника для сигнала коррекции GPS.

3.5. Натянутый трос

Система с натянутым тросом – это обычно лебедка с самонатяжением, со стальным тросом, прикрепленным к грузу на дне. Трос находится под постоянным натяжением. Он проходит через карданный подвес с измерительным блоком, собирающим данные о направленном угле троса (вертикальном и горизонтальном). Таким образом определяется относительное смещение судна.

Компьютер вычисляет это движение по измеренным углам, с поправкой на отклонение самого судна от вертикали по датчикам вертикальных перемещений (качка), и измеренной длины троса или глубины места.

2. Кольцо – ограничительный выключатель для верхнего положения груза натянутого троса.
3. Компенсатор вертикальной качки
4. Угловой сенсор для измерения поперечного перемещения судна.

3.6. Системы позиционирования на основе радаров

Другая система референсного (опирающегося на референсные, базовые точки) позиционирования – ARTEMIS: радарная система измеряет расстояние и направление на одну или большее количество передающих станций с известным местоположением.

3.7. Лазерные системы

Более современная надводная система – FANBEAM, лазерная система, измеряющая расстояние и направление на отражатель с известным местоположением. Иногда эта система реагирует даже на отражатели в защитных чехлах.

3.8. Подводные системы позиционирования

Под водой системы позиционирования используют гидролокаторы, или сонары, реагирующие на расположенные на морском дне транспондеры (приемопередатчики). Транспондеры отвечают на звуковые сигналы, излученные судном, и, опять же, измеряется расстояние и направление.

4. Расположение датчиков

Для точных систем все относительные расстояния между антеннами DGPS, позициями натянутых тросов, лазерными установками и антеннами гидролокаторов должны быть известны и занесены в компьютерную систему. Сигналы, входящие в компьютер, должны быть скорректированы на эти постоянные смещения (офсеты). Изменения величин, результат движения судна, также будут откорректированы в компьютере.

Как пример, система будет пытаться удержать антенну DGPS в фиксированном положении. Бортовая качка судна будет менять положение антенны и, если оно не будет скорректировано, трастеры будут активироваться. То же самое произойдёт, если оператор перейдёт с одной системы DGPS на другую, если система не будет знать офсеты антенн.

Местоположение (точка) на судне, которое нужно удерживать неподвижным системой ДП, может быть выбрано в зависимости от вида работ. В зависимости от вида работ и расположение оборудования для этих работ на борту судна, могут быть определены и офсеты для этого оборудования. Для судна-камнеукладчика таким важным местом может быть конец укладочной трубы (fallpipe), а для плавучего крана – позиция крюка.

Плавучий кран с ДП готовится поднять верхнюю часть конструкции платформы с полупогружного судна для перевозки сверхтяжелых грузов

5. Расположение и типы движителей

Различное применение определяет различное расположение и типы движителей. Термин «движитель» выбран для обозначения разнообразных трастеров, таких как:

- неповоротный трастер с фиксированной скоростью вращения и ВРШ;
- поворотный трастер с переменной скоростью вращения и нерегулируемым винтом.

Оба этих типа также доступны как азимутальные трастеры, где направление трастера может изменяться. В свою очередь, азимутальные трастеры могут быть фиксированными и выдвижными.

Используются как реверсивные туннельные трастеры с фиксированным шагом винта и переменной скоростью, так и туннельные трастеры с ВРШ и постоянной скоростью вращения. Трастеры могут быть дизельными или дизель-электрическими, с одним или несколькими генераторами.

Документация Руководство 'DP' Стандартный комплект Комплектация системы подбирается индивидуально под каждое судно и пожелания заказчика. Наша компания выполняет работы от разработки проектной документации, до сдачи работ регистру. Весь спектр необходимых услуг с учетом Ваших пожеланий. Работы по установке, пуско-наладке, обучению экипажей выполняются опытными инженерами, имеющими все необходимые сертификаты и свидетельства.

Автоматизированная система динамического позиционирования (DP) Praxis управляет курсом и положением судна, активируя двигатели на основе информации, полученной от гирокомпаса, датчика ветра, а так же заданного положения. Режим Auto Track позволяет судну двигаться по заранее установленной траектории на низкой скорости, как определено оператором. Система (DP) Praxis уже успела зарекомендовать себя, так как устанавливалась на большое количество судов с 1980 года. Подходит для судов снабжения, буксиров, кабелеукладчиков, тяжеловесных судов и мега-яхт в полном соответствии с правилами ИМО.

Основные преимущества системы динамического позиционирования (DP) Praxis:
- Точность позиционирование выше, чем 0,5 метра в сочетании с DGPS и MRU.Более высокая точность позиции может быть достигнута, например, с лазерной системой позиционирования.
- Настройка и тестирование оборудования занимает не более трех дней. Настройка параметров уже сделана до отгрузки с завода по модели корабля и тестирование с имитатором судна.
- Высокая надежность оборудования достигнута использованием только твердотельных компонентов. 24VDC питания для всех компонентов в рамках системы DP. Все оборудование и программное обеспечение системы DP разработано и изготовлено по технологии автоматизации Praxis и применяется в других продуктах ( AMCS, VCMS, PMS, PCS, INS, и т.д.).
- Различные варианты языка интерфейса в том числе китайский, японский и другие.
Предусмотрены следующие режимы работы системы (DP) Praxis, которые могут быть выбраны с помощью панели оператора:

Автоматический режим. Сохраняется заданный курс судна и оператор имеет возможность контролировать скорость судна с помощью джойстика управления ( в прямом направлении ). В этом режиме используются только главные двигатели и рули. В режиме автосопровождения судно движется вдоль предварительно настроенных треков. Специальные режимы доступны для кабелеукладочных судов и земснарядов.

Слежение за целью. Этот режим позволяет судну автоматически следовать за движущуюся целью и держит судно с постоянной позицией относительно цели. Этот режим например используется для слежения за целью на дистанционном управлении.
- DGPS/Glonass with NTRIP (DGN-5000)
- Hydroacoustic Position Reference (HPR-5000)
- Taut wire Position Reference (TPR-5000)
Документация Руководство 'DP' Стандартный комплект Комплектация системы подбирается индивидуально под каждое судно и пожелания заказчика. Наша компания выполняет работы от разработки проектной документации, до сдачи работ регистру. Весь спектр необходимых услуг с учетом Ваших пожеланий. Работы по установке, пуско-наладке, обучению экипажей выполняются опытными инженерами, имеющими все необходимые сертификаты и свидетельства.

Кабелеукладочные суда применяются, как для укладки кабеля, так и для его ремонта. При укладке кабеля основными режимами системы ДП являются либо управление движением судна по заданной траектории, либо управление движением точки касания кабеля дна по траектории с поддержанием скорости судна и контролем натяжения кабеля. Скорость судна может быть различной: в зависимости от типа кабеля и способа его укладки и лежит в диапазоне 0.1 - 6 узлов. Воздействие кабелеукладочного оборудования на судно может быть как минимальным (при укладке кабеля на дно), так и достигать нескольких десятков тонн (при заглублении кабеля в грунт при помощи подводного плуга).

При ремонте кабеля используется большее число ДП режимов, в том числе при поиске обрыва – сопровождение судном телеуправляемого подводного аппарата (ROV), а также позиционирование в точке при подъеме кабеля на борт для ремонта.
- Ferry – большие автомобильно-пассажирские паромы (длиной от 70 до 290 метров). Суда оборудованы сложной пропульсивной установкой (два винта и руля, два или три носовых тоннельных подруливающих устройства или 2-4 винторулевые колонки). Швартовка судна вручную - сложная задача, сопряженная с риском. Учитывая, что швартовка производится по нескольку раз в день, становится понятной полезность применения для этой операции системы ДП. Здесь ДП система используется для ручного координированного управления пропульсивным комплексом, обеспечивая маневрирование и швартовку судна при помощи одного джойстика. Это позволяет сократить время швартовки, т.е. оставаться в рамках расписания, и сделать ее более безопасной.
- Круизные суда – это также очень большие и мощные суда. Система ДП используется для швартовки и, кроме того, специального режима управление судном. У пассажиров таких круизов большой популярностью пользуется морская прогулка на шлюпках по коралловым рифам. Использование якоря в этих районах запрещено, поэтому для обеспечения безопасности перехода пассажиров с судна на шлюпки и обратно (tendering) используется специальный режим динамического позиционирования, реализующий функцию «электронный якорь».
- Ледоколы – круглогодичная добыча нефти на арктическом шельфе и в высоких широтах, привела к созданию судов снабжения усиленного ледового класса и ледокольных судов снабжения. Функции ДП для этих судов являются обязательными, но вместе с тем классические системы ДП не могут работать во льдах. В настоящее время ведутся работы по созданию специализированных ДП систем - Ice DP. Одна из основных проблем здесь - необходимость работы пропульсивной установки в так называемом режиме POWER mode. Сложность реализации состоит в том, что в этом режиме отрабатываются не заданные обороты винтов, а поддерживается мощность гребных электродвигателей даже в случае остановки вращения винтов льдом.
- Дноуглубительные суда – земснаряды. Появление больших земснарядов – землесосов с емкостью бункера до нескольких десятков тысяч тонн пульпы делает практически невозможным ручное управление судном и грунтоприемником в процессе проведения дноуглубительных работ. В результате появились DP/DT системы – специфическая ДП система для земснаряда с буксируемым грунтоприемником. Основным режимом является управление движением грунтоприемника по заданной траектории с поддержанием требуемой скорости движения и контролем силы воздействия на судно. Сложность задачи определяется большими рабочими глубинами (50 м и более), значительными силами, действующими на судно со стороны грунтоприемника (десятки тонн) и большой мощностью, отбираемой грунтонасосами земснаряда (до 80% мощности двигателей, лишь 20% остается для управления движением).
- Crew Boat, FSIV (Fast Speed Intervention Vessels) – Скоростные суда снабжения. Первоначально появились CrewBoats – суда для перевозки персонала морских платформ. Использование стандартных PSV для этих целей малопригодно, так при стандартной для этих судов скорости 10-12 узлов может потребоваться 24 и более часов движения. Следовательно, суда должны иметь каюты и прочие помещения для 70 - 100 человек. Использование вертолетов также сопряжено с рядом сложностей, в первую очередь ввиду зависимости от погодных условий. Поэтому появились суда для перевозки до 100 пассажиров и небольших грузов (100-200 т) со скоростью 28 - 30 узлов. Время доставки при этом составляет 6 - 10 часов, поэтому каюты не требуются. Судно специально проектируется как скоростное и его конструкция оптимизируется под такие скорости и соответствующую мореходность. В результате получаются легкие алюминиевые суда с малой осадкой, водоизмещением 300 - 500 т, имеющие 4 винта или водометных движителя мощностью 1200 - 2500 л.с. каждый и два небольших руля.
В режиме ДП винты работают враздрай для создания нулевой продольной управляющей силы. ДП винты, будучи спроектированными для работы на максимальной скорости, оказываются «тяжелыми», что приводит к перегрузке двигателей уже на 50% от максимальных оборотов. Проблему можно решить либо использованием ВРШ, что существенно увеличивает стоимость судна, либо установкой двухступенчатого редуктора с использованием пониженной передачи в режимах ДП. Последнее также недешево, но позволяет обеспечить необходимое качество позиционирования. На некоторых судах устанавливаются муфты скольжения (trolling valves), позволяющие обеспечить скорость вращения винта, близкую к нулю. Это решение, немного улучшает ситуацию, но не решает проблему так радикально, как двухступенчатый редуктор.

Требования высоких скоростей (28 - 30 узлов) не позволяют использовать винты в насадке, как на традиционных ДП судах. Отсутствие насадок приводит к появлению существенных «паразитных» – боковой силы и момента на корпусе судна – wheel effect. Учет этих сил и моментов требует высококачественных математических моделей и серьезно усложняет алгоритмы ДП систем, к тому же в любом случае они не могут быть учтены полностью. Наличие четырехвального пропульсивного комплекса не позволяет разместить в корме подруливающее устройство. Поэтому единственная возможность создания боковой силы в корме – совместная работа руля и винта, при этом рули у скоростного судна имеют малую площадь и, следовательно, создают малые боковые силы. Эти особенности приводят к узким диаграммам удержания судна при боковых возмущениях и, как следствие, существенно осложняют достижение качества позиционирования.

Малая осадка скоростных судов приводит к неглубокому погружению винтов и носового подруливающего устройства, что является причиной кавитации на волнении и, как следствие, неконтролируемой потери тяги. И наконец, малый вес судна (300 - 500т.) и колоссальная мощность пропульсивного комплекса (4000 - 10000 л.с.) приводят к необходимости тщательной калибровки управляющих сил и высокого быстродействия, так как минимальный дисбаланс сил в продольном направлении приводит к быстрому уходу судна с позиции.

Приведенный анализ различных приложений ДП на судах показывает, что в настоящее время происходят изменения массового сознания и подхода к системам ДП.

Возникает все больше приложений ДП, появляются новые классы судов для этих приложений. Системы ДП становятся более массовыми и дешевыми. При этом они усложняются, приобретая способность решать задачи, для которых еще недавно их не пытались использовать. Ситуация напоминает истории с внедрением радара на судах в 50-х – 60-х годах и ECDIS в 90-х годах прошлого века: первоначально это оборудование устанавливалось только на уникальных судах, а в настоящее время оно устанавливается на все суда и является обязательным.

Для справки:

Компания «Навис» является одной из немногих в мире, успешно расширивших функциональность системы динамического позиционирования специальными режимами для дноуглубительных судов (земснарядов). Такая система установлена на судно «Reimerswaal» голландской компании «Reimerswaal Dredging», а также на одно из самых больших дноуглубительных судов в Азии «Tong Tu» китайской компании «China Communications Construction Co Ltd» с ёмкостью бункера более 15000 м³ и максимальной рабочей глубиной 90 м.

Компания «Навис» входит в пятерку мировых лидеров рынка систем динамического позиционирования, разработанных с учетом последних достижений в области технологии и дизайна, пожеланий опытных операторов систем ДП, рекомендаций Международной ассоциации морских подрядчиков (IMCA) и требований ведущих морских классификационных обществ (DNV, ABS, LR, BV, CCS, GL, RS).

За время работы компания «Навис» поставила более 500 ДП систем на суда самых различных типов и признана в мире надежным поставщиком систем динамического позиционирования.

Мирошников А.Н.
Генеральный директор ЗАО «Навис»

Антоненко В.П.
Заместитель директора по проектам и технической поддержке продаж ЗАО «Навис»

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: