Направления и перспективы развития судовых энергетических установок безэкипажных судов



Рассмотрены варианты технических решений, которые могут применяться в судовых энергетических установках безэкипажных судов. Отмечена важность использования комплексных систем управления и мониторинга механизмов машинного отделения.

Ключевые слова: судовая энергетическая установка, судовой двигатель, система управления,система мониторинга , безэкипажное судно.

Variants of technical solutions that can be used in marine power plants of unmanned vessels are considered. The importance of using and implementing integrated control and monitoring systems for engine room mechanisms was noted.

Keywords: marine power plant, marine engine, control system, monitoring system, unmanned vessel.

Актуальность темы обусловлена внедрением информационных технологий в сферу морского и речного транспорта, в частности в судовые энергетические установки безэкипажных (автономных) судов.

Цель исследования. Проанализировать технические решения, которые могут применяться и использоваться в СЭУ безэкипажных судов.

Судовая энергетическая установка (СЭУ) современного судна является сложным комплексом, служащим для получения механической, электрической и тепловой энергии и обеспечивающим:

— движение самоходного судна;

— работу палубных механизмов и устройств;

— освещение, сигнализацию, работу аварийных систем, действие средств судовождения, устройств по управлению энергетической установкой;

— общесудовые нужды и нормальные бытовые условия команде и пассажирам;

— автоматизацию различных операций, выполняемых на судне во время эксплуатации.

В состав энергетической установки входят главные и вспомогательные двигатели, механизмы, устройства и трубопроводы, редукторы, валопровод, движители, судовая электростанция, котельные, холодильные и опреснительные установки, палубные механизмы, рулевое оборудование, общесудовые гидравлические механизмы, средства автоматизации управления энергетической установкой, системы отопления, вентиляции, водоснабжения и др.

Из общих эксплуатационных затрат судна расходы на СЭУ составляют 50–60 %, поэтому экономичность энергетической установки существенно влияет на эффективность эксплуатации судна [1]. Кроме того, безопасность плавания в значительной мере обеспечиваются СЭУ.

Эффективность применения СЭУ определяется по показателям массогабаритных характеристик, мощности, экономичности, автономности, надежности, маневренности, живучести, экологичности и др. СЭУ безэкипажных судов не будут иметь санитарно-бытовых систем или эти системы будут сильно упрощены, но к ним предъявляются более строгие требования, чем к СЭУ на судах с экипажем. Особое внимание уделяют показателям надежности, таким как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Энергоэффективность таких судов должна возрасти по сравнению с обычными судами.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются в данное время наиболее экономичными и распространенными тепловыми двигателями в СЭУ.

За последние время в мировом двигателестроении произошли резкие качественные изменения, основные из них [2]:

— дальнейшее форсирование дизелей с повышение эффективного КПД двигателей до 50 % и выше;

— использование в судовых двигателях, в том числе в быстроходных и на всех рабочих режимах только тяжелого (дешевого) топлива;

— внедрение систем электронного управления и диагностики двигателей;

— значительное сокращение разрыва надежности, моторесурса и экономичности между малооборотными и средне и высокооборотными дизелями.

— применение 3-й и 4-й степеней автоматизации. При 3-й степени проводится автоматическое обслуживание двигателя и его вспомогательных устройств. Осуществляется диагностика и прогнозирование остаточного ресурса работы двигателя. При 4-й степени автоматизации управление производится из единого вычислительного центра объекта.

В последнее время широкое применение получили винто-рулевые комплексы (ВРК), которые представляют собой гребной винт, установленный на азимутальной поворотной конструкции. Система совмещает функции пропульсивного движителя и рулевого устройства, что значительно увеличивает маневренность судна. При этом могут использоваться гибридные пропульсивные системы (рис. 1), сочетающие разные конфигурации передачи мощности от главного двигателя и дополнительного электродвигателя. При комплектации аккумуляторами с береговой зарядкой можно работать нулевым уровнем вредных выбросов.

В основном применяются три конструктивные схемы ВРК:

— с двигателем над колонкой и вертикальной трансмиссией (L-drive);

— с двигателем спереди или сбоку от колонки и горизонтальной трансмиссией (Z-drive);

— с двигателем, расположенном непосредственно в колонке (система Azipod — вынесенный электрический винто-рулевой комплекс (ВЭВРК)).

Рис. 1. Судовая гибридная пропульсивная система фирмы SCHOTTEL

Развитие техники показывает, что СЭУ в ближайшем будущем должны стать «умными». Следовательно, новые возможности для совершенствования и заметное усложнение. Многие фирмы представляют проекты систем управления и мониторинга двигателями и прочими механизмами, которые подойдут для внедрения на безэкипажных судах.

Например:

Комплексная система управления техническими средствами (КСУ ТС) АО «Концерн «Научно-производственное объединение «Аврора»» предназначена для автоматизированного управления техническими средствами совместно с локальными системами управления (ЛСУ) в нормальных и аварийных режимах эксплуатации судна [3]. Комплексная система управления состоит из автономных функциональных систем управления, выполненных как локальные сети с использованием стандартных межприборных средств обмена данными, которые по межсистемной магистрали объединяются в единую КСУ ТС.

Компанией AVAT Automation GmbH (Германия) в сотрудничестве с Bachmann Electronic GmbH разработана универсальная платформа (рис. 2) с открытым программным обеспечением OpenECS (ECS — Engine Control Systems) для создания систем электронного управления газовыми двигателями на базе промышленных контроллеров PLC (Programmable Logic Controller). Устройства, программные модули и сервисы, созданные с помощью платформы openECS, могут быть адаптированы для конкретных производителей двигателей [4].

Рис. 2. Модульная платформа AVAT openECS [4]

Компания Diesel United Ltd (Япония) на основе анализа больших массивов данных «Big Data Analysis» разработала диагностическую платформу универсального характера CMAXS LC-A, обладающую функциями автоматического обнаружения отказов, автоматической диагностики, а также автоматического поиска и устранения неисправностей главных судовых двигателей, а также других видов судового оборудования [4]. Для поддержки СЭУ как автономного объекта высокой надежности используются облачные технологии хранения массива данных, а также используется надежная связь по защищенным каналам между судном, изготовителями оборудования и береговыми службами.

Выводы:

Большая часть эксплуатационных затрат судна приходится на СЭУ, поэтому от неё зависит эффективность эксплуатации судна. Кроме того, безопасность плавания в значительной мере обеспечиваются СЭУ.

За счёт резких качественных изменений в мировом двигателестроении стало возможным внедрение «умных» установок, сложных систем управления и универсальных систем диагностики всей энергетической установки судна.

Для обеспечения высокоэффективной и безопасной эксплуатации СЭУ требуется автономная система мониторинга и управления двигателем, система энергоэффективности, а также функции технического обслуживания.

СЭУ беэзэкипажного судна не будет иметь систем для создания комфортных условий проживания для экипажа. Однако большой акцент будет делаться на избыточность на борту безэкипажного судна.

Литература:

1. Аксельбанд А. М. Судовые энергетические установки. Л., «Судостроение», 1970, 472 с.
2. Захаров Г. В. Техническая эксплуатация судовых дизельных установок. Учебник. — М.: ТранЛит, 2013, — 320 с., ил., Издание 3-е, исправленное и дополненное.
3. Шилов К. Ю., Сурин С. Н., Грек Б. В., «Опыт разработки перспективной комплексной системы управления техническими средствами» //Морской вестник. 2018. № 3(67). с. 93
4. Системы автоматизации и диагностирования дизелей и газовых двигателей (материалы конгресса CIMAC-2016) // Двигателестроение. — 2019. — № 1. — с. 39–56.