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刊名:江苏海洋大学学报
曾用名:淮海工学院学报(自然科学版);淮海工学院学报(人文社科版);淮海工学院学报&连云港化工高等专科学校学报;淮海工学院学报
主办:江苏海洋大学
ISSN:2096-8248
CN:32-1892/N
语言:中文
周期:季刊
被引频次:6777
数据库收录:
文摘杂志(2013);CA化学文摘(2013);期刊分类:高等教育

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深海工作级液压系统供电设计研究

来源:江苏海洋大学学报 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-03-21

【作者】网站采编

【关键词】

【摘要】:本文详细介绍深海工作级ROV的供电系统负载情况,分析了ROV供电系统设备选型的关键技术问题,针对ROV供电系统特殊需求提出了关键参数的选择计算方法。最后,以6000米级150hp ROV为例进

本文详细介绍深海工作级ROV的供电系统负载情况,分析了ROV供电系统设备选型的关键技术问题,针对ROV供电系统特殊需求提出了关键参数的选择计算方法。最后,以6000米级150hp ROV为例进行供电系统关键参数选择计算,并通过仿真及实际应用验证说明其可行性。

1. 引言

遥控水下机器人(Remotely Operated Vehicle,简称ROV)被验证为人类探索开发大海最为实用的工具之一。按照国际海事承包商协会(IMCA)定义,将ROV分为Class I、II、III、IV及V五类,分别代表纯观测ROV、有带载能力观测ROV、工作级ROV、海床工作ROV及处于原理机或开发阶段水下机器人ROV。其中工作级ROV根据功率等级又可分为A、B、C三个等级,分别对应功率范围为100马力以下、100马力到150马力和150马力以上(Capocci R.&G.Dooly& Remotely Operated Vehicles-A Review:Marine Science and Engineering,2017)。从ROV水下动力源不同进行划分则可以分为液压驱动ROV和电驱ROV两种。其中工作级液压ROV是一种由母船水面通过脐带缆来供电驱动电机后提供的液压源作为动力源的一种水下可运动装备,是当前水下作业领域应用最为广泛的一种ROV(蒋新松,封锡盛,王棣棠著.水下机器人:辽宁科技出版社,2000)。为了满足深海作业需要,用于给ROV水下供电和通信的脐带缆通常会很长,常见的包括3000米、6000米、甚至最深可到达米及以上。长距离输电会带来明显电压降,过大的电压降会导致整个系统电能传输效率降低、从而降低脐带缆终端电机输出功率和输出转矩,甚至可能损坏水下电机。工程中经常通过增加输电线截面积或提高供电电压来降低脐带缆上产生的电压降,但受水下设备绝缘等级、水下电机加工工艺和整体系统经济性等因素限制,工程师往往需要同时增加脐带缆动力线截面积、提高供电电压等级来解决上述电压降过大的问题。船舶供电通常为低压380V/50Hz或690V/50Hz或440V/60Hz,因此需要通过升压变压器来提高水下输电电压。所以如何正确选择升压变压器的输出电压和脐带缆动力线缆截面积尺寸是深海工作级液压ROV高效、可靠供电的关键。本文针对150hp 6000米ROV系统具体分析进行水下设备电压等级、功率及脐带缆截面对稳态运行电压降带来的影响,提出一种ROV供电系统参数选择计算方案,以解决多个因素相互制约下的ROV供电系统参数优化设计问题。

2. 供电系统介绍

工作级液压ROV系统主要有水面控制单元、供电单元、脐带缆、布放绞车、A架、水下TMS(Tether Management System,脐带缆管理系统,选配)、ROV本体以及辅助调试HPU单元组成。其中水面及水下负载主要包括ROV电机、ROV POD(ROV水下电子仓)、TMS电机、TMS POD(TMS水下电子仓)、集装箱配电、水面控制系统、LARS(Launch and Recover System,布放回收系统)系统。对应150hp液压ROV的负载分配情况如表1所示:

表1 150hp液压ROV负载情况序号 位置 负载说明 负载容量 相数1 水下 ROV电机,异步电机驱动液压泵 200kVA 三相2 水下 ROV POD,为ROV水下仪器设备供电 6kVA 单相3 水下 TMS电机,异步电机驱动液压泵 10.5kVA 三相4 水下 TMS POD,为TMS水下仪器设备供电 3kVA 单相5 水面 集装箱,照明、空调等 10kVA 三相6 水面 甲板调试泵站,异步电机及控制部件 18.5kVA 三相7 水面 控制部件 17.5kVA 单相8 水面 绞车液压泵站,异步电机及控制部件 270kVA 三相

根据水面和水下负载划分情况,将ROV供电系统分为2路船舶供电输入,如图1所示:ROV进线表示船电输入1,三相440V/60Hz,供电设备包含ROV水下电机、ROV POD、TMS水下电机、TMS POD、水面控制系统、集装箱配电柜、甲板调试泵;LARS进线表示船电输入2,对应三相440V/60Hz,用于对LARS系统单独供电。

图1 150hp液压ROV供电系统QF0~QF7——断路器;KM1~KM4——接触器;T1~T7——变压器;M1~M2——水下电机;POD1和POD2分别为ROV水下电子配电和TMS 水下电子配电。

水下供电回路包括:ROV电机回路1、ROV POD回路2、TMS电机回路3、TMS POD回路4,各支路设置断路器及接触器,实现自动通断控制及保护。ROV电机和TMS电机由水面供电系统通过三相升压变压器后由脐带缆供电。ROV POD和TMS POD由水面供电系统两相供电,通过单相变压器后脐带缆输送再经水下降压后供电。

水面供电回路包括:水面控制回路5、集装箱配电回路6、甲板调试泵站回路7,采用断路器直接供电。回路5由多绕组变压器向ROV进线取电后变换出230V及110V绕组。其中230V绕组经UPS后接开关电源为各控制部件供电,110V为控制辅助部件供电。


文章来源:《江苏海洋大学学报》 网址: http://www.hhgxyxb.cn/qikandaodu/2021/0321/584.html


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