三鏈輪臥式電動錨機的製作方法

2023-12-12 08:47:47

專利名稱：三鏈輪臥式電動錨機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種深水半潛式鑽井平臺的深水錨泊定位系統，尤其是一種臥式電動錨機。
背景技術：
深水錨泊定位系統作為深水半潛式鑽井平臺的關鍵設備之一，具有結構簡單、可靠、經濟性好等特點，已廣泛應用於深水平臺的作業中，進行海上油氣資源的勘探與開發。目前世界上在役的半潛式平臺，包括最先進的第六代半潛式鑽井平臺，多數配備了多點錨泊定位系統。每套錨泊設備主要由錨、錨索、錨絞機、錨索導向裝置等組成。(注錨絞機分為錨機和絞車兩種型式，本文所講內容都是錨機)
深水錨泊定位用錨機與船用航行起錨機一樣，都採用臥式結構。船用航行錨機用來拋錨系泊用，一般都為單鏈輪(可以是帶捲筒和絞纜筒的組合錨機)或雙鏈輪的結構，沒有三鏈輪結構。同時船用航行起錨機一般採用液壓或電動驅動方式；液壓驅動一般採用低速大扭矩液壓馬達驅動開式齒輪，從而帶動錨鏈輪運轉；電動驅動一般採用電機驅動一套齒輪箱和開式齒輪，再驅動錨鏈輪運轉。錨機結構上，可以在水平的驅動軸上安裝一套或兩套錨鏈輪；一套驅動裝置同時只能驅動一套錨鏈輪，因此安裝兩套錨鏈輪的，錨鏈輪之間安裝有動力切換裝置(一般都為離合器)。同時錨鏈輪與驅動裝置(動力源)之間設有離合器能將動力斷開，而且錨鏈輪上都安裝有制動器，一般採用帶式剎車。一般負載較小的錨機，離合器和帶式剎車都通過手操來實現的，負載比較大由液壓來控制。船用航行錨機水深不大(一般都為82. 5m)，拋錨時用帶式剎車控制拋錨速度，不會配置專門的拋錨限速裝置，因此拋錨過程帶剎車發熱嚴重，產生的衝擊和振動比較大。船用航行錨機工作負載和支持負載都不大、結構簡單、功能相對簡單、錨索不長(一般為300nT500m)，控制要求不高，設備配置也相對簡單(電機功率小)，而且使用的錨鏈都是普通船用錨鏈(錨鏈等級不超過AM3)。因此，船用航行錨機雖然結構上與定位錨機相似，但無法勝任定位系泊錨機。錨泊定位用錨機結構複雜，根據平臺定位要求一般採用雙鏈輪或三鏈輪結構，甚至四鏈輪結構因此其要求更高、更嚴格，一般有如下特點
a.錨鏈等級高，採用海洋系泊鏈(R3以上，一般採用R4或R4S，甚至R5)，而非船用錨
鏈；
b.工作負載大，通常達到錨索破斷負荷的1/3，剎車支持負載一般與錨索破斷負荷相當，本錨機是目前國內自行研製的負載最大的定位錨機，額定工作負載為2694kN，支持負載達到 8418kN ；
c.錨索很長，所以其收錨索速度快；一般採用變頻電機驅動，電機功率大；
d.在深水中使用的錨機，設置自動限制錨索拋出速度的機構(一般採用水動力剎車)，能控制拋錨時產生的動負載，保證錨索連續放出；
e.錨機採用機旁控制，同時平臺所有錨機的信息能遠距離集中顯示，並且在集中顯示臺上能進行應急釋放等操作；
f.其它功能錨索張力測量及指示、錨索拋出長度指示、起拋錨索速度指示儀等
發明內容

本發明是要提供一種三鏈輪臥式電動錨機，用於解決深水半潛式鑽井平臺的深水錨泊定位裝置的錨機布錨及拋錨速度控制、錨機結構、錨機傳動結構、錨機大功率變頻驅動裝置選型、錨機剎車和離合器控制及錨機電氣控制的技術問題。為實現上述目的，本發明的技術方案是一種三鏈輪臥式電動錨機，包括錨機本體裝置、錨鏈導向裝置、傳動裝置、掣鏈器、液壓系統、電氣控制系統，其特點是三個錨機本體裝置分左、中、右布置，並分別通過離合器與傳動裝置的傳動軸連接，錨機本體裝置下面裝有掣鏈器和錨鏈導向裝置，電氣控制系統由電控箱、啟動箱、變頻驅動箱、電阻箱、現場控制盤組成，現場控制盤分別與啟動箱和電控箱連接，啟動箱分別與變頻驅動箱和液壓系統中的電控系統連接，變頻驅動箱與傳動裝置中的變頻電機連接，水冷剎車與傳動裝置中的變速齒輪箱連接；液壓系統中的電控系統通過液壓泵站分別連接錨機本體裝置中的帶式剎車裝置、離合器控制裝置、掣鏈器、傳動裝置中的盤式制動器、齒輪箱換擋裝置，並將帶式剎車裝置、離合器控制裝置、盤式制動器、齒輪箱換擋裝置的位置信號以及錨機本體裝置的錨鏈張力、長度及速度信號分別反饋給電控箱，用於實現錨機的動力起/拋錨、拋錨和布錨、應急釋放、速度限制；液壓系統與電氣控制系統之間通訊連接，電氣控制系統中的PLC控制系統安裝在電控箱內，用於數據處理及所有錨機集成同步控制、數據採集、信息檢測及反饋、應急自動釋放。錨機本體裝置包括基座支架、制動輪、錨鏈輪、傳動銷、主軸、大齒輪、編碼器、測力裝置、齒輪防護罩、帶式剎車裝置、離合器控制裝置，錨鏈輪通過主軸安裝在基座支架上，錨鏈輪一端面上裝有大齒輪，另一端面上裝有制動輪，制動輪外面裝有固定在基座支架上的帶式剎車裝置，主軸的一側軸承端蓋上安裝有編碼器，用來檢測錨鏈放出長度和移動速度，在錨鏈出鏈方向，基座支架支撐處安裝有兩個銷軸式測力裝置，用於定時檢測錨鏈張力；用作左、右錨機本體裝置，大齒輪與輸入小齒輪嚙合連接，小齒輪通過離合器與傳動裝置的傳動軸連接；用作中間錨機本體裝置，大齒輪與小齒輪套嚙合連接，小齒輪套通過牙嵌離合器與傳動裝置的傳動軸連接；離合器或牙嵌離合器與離合器控制裝置連接。傳動裝置包括變速齒輪箱、齒輪箱傳動軸、電機聯軸器防護罩、盤式制動器、中間聯軸器、變頻電機、水冷剎車，變速齒輪箱為平行軸箱體式結構，四軸三級傳動，其中，輸入軸通過盤式制動器與變頻電機連接，中間軸通過中間聯軸器與水冷剎車連接。錨鏈導向裝置包括上基座、下基座、上轉軸、下轉軸、支架、鏈輪軸、鏈輪，上基座下面和下基座上面分別設有上轉軸和下轉軸，上轉軸和下轉軸之間轉動連接支架，支架前端通過鏈輪軸活動連接鏈輪。帶式剎車裝置和離合器控制裝置中的油缸進、出油口裝有單向節流閥，用於控制帶式剎車裝置、離合器控制裝置的開、關速度。電控箱內安裝有電氣控制系統中的PLC系統的開關量模塊、模擬量模塊和FM350編碼器計數模塊，並通過通訊模塊與液壓控制系統、現場控制盤和變頻器驅動箱連接，實現系統集成控制，同時與中央控制臺連接接受中央控制臺的指令信號，完成集控和聯控功能；其中，PLC控制系統包括下列控制模塊
1)液壓機組控制模塊用於接收響應液壓控制系統的檢測信號，並向其發出動作執行
信號;
2)變頻器控制模塊用於接收變頻器的控制信號，並向其發出響應的執行信號，控制調整變頻器實現變頻電機的正轉、反轉和停止，顯示變頻器的工作狀態以及對變頻器報警響應和復位；
3)錨鏈張力採集模塊用於實時採集三個錨鏈輪上錨機張力信號，並記錄在數據塊
中；
4)編碼器採集模塊用於採集三個錨鏈輪上的編碼器信號，並記錄長的數據，實時計算錨鏈速度；
5)通訊模塊用於實現主站與從站以及中央控制中心之間的通訊和數據交換；
6)系統聯動控制模塊用於當操作人員通過現場控制盤上的按鈕、轉換開關、操縱手柄進行操作時，依照控制邏輯關係，發出組合控制盤指令信號，實現裝置的功能性操作；
7)顯示處理模塊用於PLC控制系統對錨機工作狀態、張力數值、錨鏈長度、運行速度、液壓機組工作狀態、變速箱的工作狀態實時檢測，並將數據處理後，傳遞到液晶屏實時顯示；
8)液晶觸控螢幕模塊用於液晶屏通過MPI接口與PLC控制系統連接，實時接受PLC控制系統的數據信號，在液晶屏上編寫人機界面。錨鏈輪為五齒結構，錨鏈輪主體材料採用ZG20Mn低合金鑄鋼，鏈輪與錨鏈嚙合處補焊一塊20SiMn2MoV或20CrMnMoB高硬度合金鋼，調質後表面硬度達到HB270，用於長期使用磨損後，補焊修復。帶式剎車裝置採用雙帶結構，包括鋼帶組件、拉杆組件、力臂板組件、帶式剎車油缸組件、推板、帶式剎車放油閥、銷軸，鋼帶組件一端通過拉杆組件和力臂板組件與油缸組件連接，鋼帶組件另一端通過銷軸與力臂板組件連接，力臂板組件通過銷軸與推板連接，帶式剎車油缸組件連接帶式剎車放油閥。離合器控制裝置包括油缸組件、撥杆支架、半撥杆、撥軸、隔板、撥杆組件、墊片、銷軸、限位板、接頭、放油閥，半撥杆與撥杆組件固定連接，半撥杆和撥杆組件頂部分別裝有撥軸，撥杆組件中間連接撥杆支架，下面通過銷軸與油缸組件連接，下端裝有限位板和接頭，油缸組件與放油閥連接。變速齒輪箱的四軸三級傳動，分為低速檔、高速檔和空擋，高速檔傳動比為27. 9，低速檔傳動比為77. 4，額定扭矩為400kNm，過載扭矩為620kNm。變頻電機為六極電機，三相電壓為690V，基準頻率為50Hz，功率為585kW，額定扭矩為5701Nm，最大扭矩為12150Nm。本發明的有益效果是
本發明通過對 錨機布錨/拋錨速度控制、錨機本體裝置結構、錨機傳動裝置結構、錨機大功率變頻驅動裝置選型、錨機剎車和離合器控制技術、錨機電氣控制技術等六方面的研究，經過製造和試驗驗證，掌握了深水定位錨機一系列關鍵技術，為定位系泊系統國產化積累了一些經驗，能為我國的海洋工程設備提供配套，改變目前深水系泊系統均需進口的狀態，有利於降低我國的海洋平臺建設成本，增加我國海工設備建造的國際競爭能力。
( I )布錨/拋錨速度控制
布錨/拋錨時變速齒輪箱處於空擋位置，帶式剎車鬆開，水冷剎車通入冷卻水，然後拋出錨鏈，隨著錨鏈移動速度增加，水冷剎車慢慢起作用。整個拋錨過程中，速度變化可以穩定控制，變化比較平穩，速度上限一般控制在8(Tl00m，最大 150m/min，整個過程對錨鏈的長度、速度和張力時時檢測；發現有異常，帶式剎車可以立即制動。( 2 )錨機本體裝置結構
錨鏈輪採用五齒結構，主體材料採用低合金鑄鋼，整體正火處理；鏈輪與錨鏈嚙合處焊接有一塊耐磨材料；齒形適當加厚了齒面厚度，保證在起/拋錨時不能發生跳鏈、滑鏈等現象，錨鏈輪到達使用要求。錨鏈輪裝置結構大齒輪和制動輪與錨鏈輪通過傳動銷傳遞扭矩，能降低主軸的尺寸，降低軸的彎矩，提高軸的抗彎性能，同樣使錨機承受負載時主軸不承受扭矩。把制動輪和錨鏈輪分開鑄造，能降到模具製造難度，降低製造成本和加工難度，提高鑄件質量。
基座支架材料採用Q690高強度結構鋼，強度和剛度都有很大的安全裕度。結構採用鋼板焊接成箱體的結構，結構簡單緊湊、強度和剛度比較好，重量相對較輕，同時採用對半式法蘭結構有利於錨鏈輪裝置的拆裝。( 3 )錨機傳動裝置結構和匹配
變速齒輪箱作為傳動裝置中最主要的部件，分高速/低速/空三檔，滿足不同工況和最大負載的要求。齒輪箱輸出軸是鎖緊盤的方式來傳遞扭矩，這種結構簡化了加工工藝、方便了安裝和拆卸，而且提高了軸的連接的剛性和機械軸的抗彎、抗扭能力，減少了輸出軸端的變形，而且使得齒輪箱裝配具有一定的可調範圍。齒輪箱的空擋設在中間軸低速軸上，軸直接與水冷剎車相連接；高/低速檔設在中間軸高速軸上，軸與變頻電機相連接。為了便於加工和安裝以及簡化軸的受力狀態，將傳動軸設計成分段結構——傳動軸和齒輪箱軸，兩軸通過花鍵連接套連接。( 4 )錨機大功率變頻驅動裝置選型
錨機採用變頻驅動方式具有無級調速、調速範圍寬、調速精度高以及調速過程平穩等優點，同時可以實現錨機對錨鏈張力和收放速度的精確控制，顯著改善錨泊系統的運行性能。變頻電機能與變速齒輪箱等設備協調運行以完成各種複雜工況；同時，滿足海洋平臺上搖擺、衝擊、振動、潮溼、鹽霧和黴菌等惡劣環境條件；變頻驅動裝置也兼顧了電網、變頻器與電機之間的電壓匹配。( 5 )錨機剎車和離合器控制
剎車和離合器控制裝置都實現自動化操作和控制，採用液控方式使得剎車和離合器控制具備遠距離遙控的功能。帶式制動器能承受100%的錨鏈破斷負荷(8418kN)，盤式傳動制動器承受飛0%的錨鏈破斷負荷(4200kN);所有的剎車都設計為F-Safe型形式，確保在失電情況或者故障情況下都能立即自動制動。(6)錨機電氣控制
電氣控制系統的核心內容是錨機系統進行實時控制、數據處理及實現與集控系統通訊。錨機系統進行實時控制錨機系統的控制對象涉及到大型變頻器控制器，PLC與變頻器之間採用模擬量控制、總線控制和信號給定控制三種方式，分析三種方式的適用環境，保證控制手段有效，提高系統相應的可靠性。對液壓閥件控制信號給定量進行算法優化分析，提高模擬量控制精度和穩定性。數據處理對多路採集信號進行分析比較，實現執行策略的優化。集控系統通訊通過RS485、RS422和工業乙太網與集控中心進行多總線數據通訊，實現可靠傳輸，實現了較好的通訊效果。


圖I是本發明的系統組成框 圖2是本發明的總體布置 圖3是圖2的左視 圖4是圖2的俯視 圖5是本發明的安裝示意圖；
圖6是錨機本體裝置用作左、右布置時的結構主視 圖7是圖6的左視 圖8是圖6中沿A —A的剖視 圖9是錨機本體裝置用作中間布置時的結構主視 圖I 0是圖9的左視 圖I I是圖9中沿A —A的剖視 圖I 2是錨鏈輪結構剖視 圖I 3是圖I 2的左剖視 圖I 4是基座支架結構主視 圖I 5是圖I 4的左視 圖I 6是圖I 4的俯視 圖I 7是傳動裝置結構示意 圖I 8是帶式剎車裝置結構立體示意 圖I 9是離合器控制裝置結構立體示意 圖2 0是錨鏈導向裝置結構主視 圖2 I是圖2 0的左視 圖2 2是液壓系統原理 圖2 3是液壓系統泵站立體示意 圖2 4是電控系統控制示意 圖2 5是電控系統控制框圖。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。如圖I至圖2 5所示，本發明的三鏈輪臥式電動錨機，主要包括機械部分三套錨機本體裝置、一套傳動裝置、一套錨鏈導向裝置、掣鏈器等；電氣控制系統包括一套電控箱、一套啟動箱、一套變頻驅動箱、一套現場控制盤以及四套電阻箱等；液壓系統主要為一套液壓泵站和一套液壓電控系統。三個錨機本體裝置分左、中、右布置，並分別通過離合器與傳動裝置的傳動軸連接，錨機本體裝置下面裝有掣鏈器和錨鏈導向裝置，電氣控制系統由電控箱、啟動箱、變頻驅動箱、電阻箱、現場控制盤組成，現場控制盤分別與啟動箱和電控箱連接，啟動箱分別與變頻驅動箱和液壓系統中的電控系統連接，變頻驅動箱連接傳動裝置中的變頻電機，水冷剎車與傳動裝置中的變速齒輪箱連接；液壓系統中的液壓電控系統通過液壓泵站分別控制錨機本體裝置中的帶式剎車裝置、離合器控制裝置、掣鏈器、傳動裝置中的盤式制動器、齒輪箱換擋裝置，並將帶式剎車裝置、離合器控制裝置、盤式制動器、齒輪箱換擋裝置的位置信號以及錨機本體裝置的錨鏈張力、長度及速度信號分別反饋給電控箱，用於實現錨機的動力起/拋錨、拋錨(布錨)、應急釋放、速度限制；液壓控制系統與電氣控制系統之間通訊連接，PLC控制系統安裝在電控箱內，用於數據處理及所有錨機集成同步控制、數據採集、信息檢測及反饋、應急自動釋放。本發明的主要技術指標
a.錨鏈直徑O84 (R5)，有檔焊接錨鏈
b.工作負載與速度
(i)齒輪箱低速檔2694kN-9m/min，1200kN-18m/min
(ii)齒輪箱高速檔980kN-25m/min，430kN-50m/min
c.電機堵轉時(過載)錨機負載3367kN( 40%的錨鏈破斷負荷)
d.盤式制動器制動時錨機負載4200kN( 50%的錨鏈破斷負荷)
e.錨機支持負載8418kN(錨鏈破斷負載)
f.拋錨最大負載與速度1350kN-160m/min 物理接口
I)機械接口
a.錨機機械各部件與液壓泵站與安裝基座用螺栓剛性聯接，錨機本體裝置、變速齒輪箱等用環氧樹脂與安裝臺面澆注。b.電控箱、啟動箱，電阻箱通過減振墊與安裝基座用螺栓彈性連接；變頻驅動箱、現場控制盤與安裝基座用螺栓剛性聯接。2)電源接口
三相交流690V 50Hz 功率700kW
3)水接口
a.介質淡水
b.流量85m3/h
c.壓力0.I 0. 3MPa
d.進口水溫<400C
注液壓泵站用水6m3/h,水冷剎車用水79m3/h。4)油源
a.液壓泵站用油HM46液壓油1000L
b.減速器潤滑油N320齒輪潤滑油430L
c.潤滑脂鋰基潤滑脂。如圖2，3，4所示，三個錨機本體裝置分左、中、右布置，錨機本體裝置通過離合器與傳動裝置的傳動軸連接，錨機本體裝置下面裝有掣鏈器84和錨鏈導向裝置86 (圖5 )。如圖5所示，安裝平臺上面分別裝有左、中、右錨機本體裝置8 0，8 I，8 2和傳動裝置83，以及現場控制盤85，左、中、右錨機本體裝置8 0,8 1,8 2下面分別裝有掣鏈器84和錨鏈導向裝置86，安裝平臺內還裝有電控箱87、啟動箱88、變頻驅動箱89、電阻箱90、液壓泵站電控櫃91、液壓泵站92。如圖6至圖I I所示,錨機本體裝置包括基座支架I、制動輪2、錨鏈輪3、傳動銷
4、主軸7、大齒輪8、編碼器9、測力裝置10、齒輪防護罩11、帶式剎車裝置12、離合器控制裝
置13等。錨鏈輪3通過主軸I安裝在基座支架I上，錨鏈輪3 —端面上裝有大齒輪8，另一端面上裝有制動輪2，制動輪2外面裝有固定在基座支架I上的帶式剎車裝置12，主軸7的一側軸承端蓋上安裝有編碼器9，用來檢測錨鏈放出長度和移動速度，在錨鏈出鏈方向，基座支架I支撐處安裝有兩個銷軸式測力裝置10，用於定時檢測錨鏈張力。其中錨鏈輪3、制動輪2和大齒輪8通過傳動銷4聯接成一整體，通過大齒輪8和制動輪2擱在錨鏈輪3主軸7上，主軸7採用兩點支撐，大齒輪8和制動輪2支撐點靠近主軸7支撐點靠，同樣的負 載條件下，能降低主軸彎矩，從而減小主軸的直徑，降低主軸重量。傳動裝置的輸出扭矩通過開式齒輪，直接傳遞給錨鏈輪，同樣帶式制動器的制動扭矩由制動輪傳遞給錨鏈輪。為了進一步減低主軸重量，主軸7採用心軸結構(只承受彎矩，不承受扭矩)；主軸7與錨鏈輪3為剛性連接，錨鏈輪3旋轉時帶動主軸7旋轉，測速裝置通過測出主軸7的轉速即可獲得錨鏈的長度和速度。用作左、右錨機本體裝置(圖6，7，8)，大齒輪8與輸入小齒輪6嚙合連接，小齒輪6通過離合器5與傳動裝置的傳動軸17連接。離合器5與離合器控制裝置13。用作中間錨機本體裝置(圖9，10，I I )，大齒輪8與小齒輪套14嚙合連接，小齒輪套14通過牙嵌離合器15與傳動裝置的傳動軸17連接。牙嵌離合器15與離合器控制裝置13連接。如圖I 2，I 3所示，錨鏈輪3為五齒結構，錨鏈輪3主體材料採用ZG20Mn低合金鑄鋼。錨鏈正常工作包角 165°，齒形設計也跟CB/T3179有不同的特點。首先滿足錨鏈輪3與錨鏈能正常嚙合(錨鏈輪節圓與五齒多邊形相外接)，保證在起/拋錨時不會發生跳鏈、歪鏈等現象，其次需要對齒形厚度等局部修正使其滿足強度要求，最後製造工藝等方面來保證齒面硬度，使得鏈輪不會很快被磨損。錨鏈輪主體材料採用低合金鑄鋼(ZG20Mn)，具有良好的鑄造性和焊接性，擁有良好的綜合力學性能，強度介於ZG270-500和ZG310-570之間，錨鏈輪整體正火處理。錨鏈在起/拋錨時，鏈輪與錨鏈嚙合處通常都是帶滑動的，若鏈輪嚙合處齒面硬度不高，很容易被錨鏈擠壓變形甚至很快被磨損掉，通過調研，R5系泊錨鍊表面硬度達到HB345以上，錨鏈輪的齒廓表面硬度在必須達到HB28(T310左右，因此在嚙合處補焊一塊硬度較高、焊接性能較好的材料(20SiMn2MoV或20CrMnMoB)，調質後表面硬度能達到HB270左右；即使長期使用後被磨損後，也可以補焊進行修復。如圖I 4，I 5，I 6所示，基座支架I採用鋼板焊接結構，結構簡單緊湊、強度和剛度比較好，重量相對較輕。安裝小齒輪和帶式剎車為箱體結構，安裝錨鏈輪主軸支撐支架採用對半式法蘭安裝，有利於錨鏈輪裝置的整體拆卸。基座支架材料採用Q690高強度結構鋼(GB/T16270)，支持負載下支架總體受力比較好，強度和剛度都有很大的安全裕度，安裝帶式剎車的支架處也採取了降低應力集中的措施(增加鋼板厚度和添加鋼套)。如圖I 7所示，傳動裝置83包括變速齒輪箱20、齒輪箱的傳動軸17、電機聯軸器防護罩22、盤式制動器23及電機聯軸器、中間聯軸器防護罩24、中間聯軸器25、變頻電機26、水冷剎車27及支架等。變速齒輪箱20為平行軸箱體式結構，四軸三級傳動，其中，輸入軸通過盤式制動器23及電機聯軸器與變頻電機26連接，中間軸通過中間聯軸器25與水冷剎車27及支架連接。電機採用變頻方式驅動，具有無級調速、調速範圍寬、調速精度高以及調速過程平穩等優點。較液壓驅動相比，能避免漏油汙染，配置大型液壓泵站等問題，具有體積小，單位能效高，造價相對較低等特點。目前大多數海洋平臺錨泊系統均採用變頻驅動方式。經選型，電機選用法國EMERSON產品，變頻電機26採用六極電機，690V的三相電壓，基準頻率為50Hz，功率為585kW，額定扭矩為570 INm，最大扭矩為12150Nm，是額定扭矩的2. 13倍。首先，變頻電機26要與變速齒輪箱20 —體協調地工作，能保證整套錨機正常運行，根據不同工況下錨機和變速齒輪箱20的運行與傳動特性，對變頻電動機26的機械特性以及大容量變頻器的輸出特性進行詳細研究，實現變頻驅動裝置與變速齒輪箱和錨機的最佳匹配。其次，錨 泊定位系統包括多種複雜的運行工況，每種工況對電機的要求不盡相同，在拋錨階段，拋錨結束後，需要確認拋錨是否成功；在錨泊階段，海洋工程平臺受風、浪、流、潮的影響會發生移動，此時，需要根據平臺的移動情況頻繁地調整相應錨鏈的張力；在起錨階段，根據錨鏈回收的情況，對錨鏈張力和速度進行精確控制和調整。第三，錨泊定位系統中的電機需要適應十分惡劣的運行環境，除搖擺、衝擊、振動、潮溼、鹽霧和黴菌等因素外，還要特別做到海浪對裝置產生直接影響，使其可以長期適應惡劣的環境條件。最後，由於電機的工作條件比較惡劣，傳統電機會帶來效率降低、發熱嚴重、振動和噪聲增加等一系列的問題，從而導致電機的可靠性和使用壽命大大降低；另外，除了滿足功率、轉速範圍和電壓等級時，還必須全面考慮電機的冷卻方式、防護等級、轉速範圍、絕緣水平、共振問題和軸電流問題，以便電機能夠安全可靠的長期運行，因此選用變頻電機。兩側左、右錨機本體裝置的小齒輪6採用齒輪軸形式，通過離合器5實現與齒輪箱軸及傳動軸17連接，離合器5與小齒輪6及傳動軸17採用矩形花鍵連接。中間錨機本體裝置設有牙嵌離合器15，傳動軸17穿過牙嵌離合器15傳遞扭矩。由於每套錨機由一臺齒輪箱傳遞動力，錨機之間距離較大，因此左、右錨機本體裝置的開式小齒輪6與傳動軸17之間的同軸度要求很高，否則離合器5無法對上，甚至會影響齒輪傳動，同時引起很大的附加彎矩等，影響傳動軸的剛度和齒輪箱的性能。該結構便於錨機的整體安裝，小齒輪6與傳動軸17之間的同軸度要求也容易調整得到保證。為了便於安裝和製造，傳動軸17設計成分段式結構，中間用花鍵聯軸器相連，傳動軸17隻傳遞扭矩，不承受彎矩。較短的齒輪箱傳動軸17穿過齒輪箱，並和齒輪箱右錨機本體裝置齒輪相配；較長的傳動軸17和變速齒輪箱20右邊右錨機本體裝置與中間錨機機本體裝置相配。三臺錨機通過離合器實現動力與小齒輪的通斷，當其中一臺錨機工作時離合器閉合，其它兩臺都脫開。離合器是由離合器控制裝置控制，該裝置液壓控制，在液壓動力控制的作用下，離合器油缸推動或拉動撥叉，使離合器處於脫開或閉合狀態，離合器所處狀態有相應的行程開關檢測。變速齒輪箱20作為傳動裝置最為關鍵的部件，採用為平行軸箱體式結構，四軸三級傳動，分低速檔、高速檔和空擋，高速檔傳動比為27. 9，低速檔傳動比為77. 4，在負載比較大時採用低速檔；在負載比較輕時採用高速檔；當拋錨水冷剎車作用時採用空擋。齒輪箱的額定扭矩為400kNm，過載扭矩為620kNm。高/低速檔設在低速中間軸上，空檔設在高速中間軸上，高/低速檔與空擋分開，有利於保證齒輪箱換擋過程可靠、準確，不會出現滑檔、停檔現象。齒輪箱換擋撥叉也是通過齒輪箱變擋調速油缸28控制，位置也有相應的行程開關檢測，與離合器控制裝置一樣，都由液壓系統提供動力。齒輪箱輸出軸是以空心低速軸帶鎖緊盤的方式來傳遞扭矩，取代普通的鍵連接，這種結構簡化了加工工藝、方便了安裝和拆卸，而且提高了軸的連接的剛性和機械軸的抗彎、抗扭能力，減少了輸出軸端的變形，同時正由於輸出軸與減速箱的分體，使得傳動裝置與兩側錨機本體裝置的裝配有一定的可調範圍。平臺定位錨機一般配置水冷剎車作為布錨/拋錨制動器，提供足夠的制動能力控制拋錨時產生的動負載，保證能夠連續放出錨鏈，限制錨鏈速度，避免錨鏈速度過快發生事故。水冷剎車把機械能轉換熱量，通過冷卻系統冷卻，達到制動和持續散熱的要求。剎車工作時內部轉子和殼體之間的相對轉動產生阻力，將錨鏈移動的動能迅速轉化為熱能，冷卻水將吸熱量，並將熱量帶走。該型剎車能將下降負載控制在某一速度範圍內，阻礙其速度加快但不能完全將負載剎住；通過流入水冷剎車的冷卻水流量來控制制動力矩，當沒有冷卻 水通入時，就不產生制動力矩；當冷卻水通入並逐漸加大，產生制動力矩也逐漸加大，直至最大極限。盤式制動器23安裝在齒輪箱的輸入軸上，產生的額定製動扭矩能使錨機以承受50%的錨鏈破斷負載。該制動器為集成件，結構緊湊，安裝方便，彈簧制動，液壓鬆開，選用瑞典丹納SKP95-27型產品，最大額定製動扭矩為8040Nm，並帶剎車指示開關。如圖I 8所示，帶式剎車裝置12包括鋼帶組件4 I、拉杆組件4 2、力臂板組件4
3、帶式剎車油缸組件4 4、推板4 5、帶式剎車放油閥46、銷軸4 7,鋼帶組件4 I 一端通過拉杆組件4 2和力臂板組件4 3與帶式剎車油缸組件4 4連接，鋼帶組件4 I另一端通過銷軸4 7與力臂板組件4 3連接，力臂板組件4 3通過銷軸4 7與推板4 5連接，帶式剎車油缸組件4 4連接帶式剎車放油閥46。帶式剎車承受錨鏈破斷負載，採用雙帶結構，單根剎車帶制動扭矩為2410kNm，剎車帶採用緊邊和松邊組成的Half結構，液壓鬆開，彈簧制動，即F-safe型。帶式制動器能承受2 X 4209kN的拉力(每根剎車帶相當於承受50%的錨鏈破斷負荷，雙帶必須能承受錨鏈破斷負荷)，帶式剎車的制動力矩很大，用普通的圓柱彈簧制動器結構必然尺寸很大，無法安裝，因此採用碟片式彈簧(彈力大，行程短)。制動器油缸雙腔進油，具有支持剎車和打開剎車功能，在應急情況下若碟簧產生的制動力不夠的情況下，安裝碟簧的一腔進油可以加大剎車制動力矩。在剎車鋼帶採用D36材料，考慮到緊邊受力比較大，松邊受力相對小的情況，為了達到等強度的目的，緊邊鋼帶厚度適當加厚。剎車襯墊採用耐磨、耐熱、比壓強度高、摩擦係數相對高和穩定的材料。由於制動輪尺寸較大，並且受較大的彎曲作用力，制動帶比壓和磨損不均勻，可以通過調整裝置拉緊緊邊，保證制動鋼帶內弧形摩擦片的貼合均勻性。錨機在承受支持負載時，帶式剎車所有的受力零部件應力都不超過材料屈服極限的85%。剎車位置帶有位置指示功能。如圖I 9所示，離合器控制裝置13包括油缸組件5 I、撥杆支架5 2、半撥杆5 3、撥軸5 4、隔板5 5、撥杆組件5 6、墊片5 7、銷軸5 9、限位板6 0、接頭6 I、放油閥6 2等。半撥杆5 3與撥杆組件5 6固定連接，半撥杆5 3和撥杆組件5 6頂部分別裝有撥軸5 4，撥杆組件5 6中間連接撥杆支架5 2，下面通過銷軸5 9與油缸組件5 I連接，下端裝有限位板
6O和接頭6 1，油缸組件5 I與放油閥6 2連接。在沒有液壓動力控制的作用下，可通過手動推動撥叉使離合器保持脫開或閉合狀態；在液壓動力控制的作用下，離合器油缸推動或拉動撥叉，使離合器處於脫開或閉合狀態，離合器所處狀態有相應的行程開關檢測。如圖20，2 I所示，錨鏈導向裝置86包括上基座3 I、下基座3 2、上轉軸3 3、下轉軸3 4、支架3 5、鏈輪軸3 6、鏈輪3 7等。上基座3 I下面和下基座3 2上面分別設有上轉軸3 3和下轉軸3 4，上轉軸3 3和下轉軸3 4之間轉動連接支架3 5，支架3 5前端通過鏈輪軸3 6活動連接鏈輪3 7。錨鏈導向裝置86安裝在平臺立柱側面，平時都浸在海水之中，因此必須具有很高的耐腐蝕性等要求，同時作為錨鏈導向之用，包角一般比較小，錨鏈包角在20°、0°之間，在包角範圍內必須能夠承受錨鏈破斷負載。
鏈輪37作為錨鏈導向裝置86的關鍵零件，其結構直接影響了導向裝置運行的平穩性，導向鏈輪37採用七齒結構，由於錨鏈導向裝置是安裝在平臺的張力腿上，而且工作時主要在海平面以下工作的，故對於錨鏈導向裝置86的抗海水腐蝕性能的要求就特別高。為此，為了進一步提高整體結構的防腐性能，除了在各關節處軸及導鏈輪軸採用噴焊不鏽鋼塗層的方法來進行防腐處理之外，還將通過特殊的油漆及加陰極防腐的方法進行防腐處理。如圖2 2,2 3所不,液壓系統由兩套分液壓系統和一套電控系統組成。通過對PLC可編程控制器的控制，液壓控制系統合理、有序的為錨機帶式剎車裝置12、離合器控制裝置13、盤式制動器23、水冷剎車27和掣鏈器84提供液壓動力，以實現錨機的動力起/拋錨、拋錨(布錨)、應急釋放、速度限制。分液壓系統主要由油箱、加熱器、液位液溫傳感器、濾油器、液壓泵、電動機、壓力傳感器、蓄能器、壓力繼電器、電磁溢流閥、電磁控制閥組、冷卻器等組成。其中一套分液壓系統與錨機帶式剎車裝置12和離合器控制裝置13連接，為錨機帶式剎車和離合器控制裝置提供液壓動力，另一套分液壓系統與盤式制動器23、齒輪箱換擋裝置和掣鏈器84連接，為盤式制動器23、齒輪箱換擋裝置和掣鏈器84提供液壓動力。根據使用要求，採用液壓泵和蓄能器組成液壓動力源，設計成以蓄能器供能為主，以液壓泵供能為輔的方式，短時間Imin)向液壓執行裝置提供液壓能。蓄能器帶有壓力檢測，一旦壓力低於設定值時，泵站會產生信號給總體，提示要開啟泵站，給蓄能器充壓。主要控制迴路調壓迴路、卸荷迴路、調速迴路、減壓迴路和保護裝置。I)調壓迴路主要是負責液壓系統的壓力調節。系統中採用電磁溢流閥進行壓力調節，兼安全閥使用。2)卸荷迴路是當液壓泵向蓄能器充油時，所有蓄能器全部充滿、系統壓力達到壓力繼電器設定的壓力24MPa時，通過電磁溢流閥使液壓泵卸荷，液壓泵輸出的油液經電磁溢流閥、過濾器濾器、冷卻器流回油箱。此時，液壓系統用油則由蓄能器供油；當蓄能器放油使系統壓力降至壓力繼電器設定的壓力15MPa時，電磁溢流閥恢復原狀，使液壓泵停止卸荷。電磁溢流閥不僅能實現泵的卸荷，而且當系統或泵出口壓力過高時可高壓溢流兼作泵的安全閥使用。3)調速迴路進/出口節流調速迴路，主要採用單向節流閥來控制錨機帶式剎車裝置、離合器控制裝置的開/關速度。4)減壓迴路是通過減壓閥將泵出口壓力或蓄能器壓力油減壓為合適壓力後，送往盤式制動器、齒輪箱換擋裝置油缸、離合器控制裝置以及掣鏈器等使用。(帶式剎車裝置和離合器控制裝置中的油缸進、出油口裝有單向節流閥，用於控制帶式剎車裝置、離合器控制裝置的開、關速度)。5)保護裝置在回油濾器上，有壓差傳感繼電器，當濾器兩端的壓力差達到其調定值時，壓差繼電器發訊使指示燈發亮，從而提示操作人員停機，檢修清洗或更換濾芯。液壓泵站的電控系統主要組成元件有控制箱、S7-300 CPU314C-2DP可編程控制器(PR0FIBUS-DP接口，同時提供乙太網接口，RS485/422接口，MPI接口)、接線盒、線纜等。電控系統主要用於液壓控制系統中控制閥組、壓力傳感器、壓力繼電器、電磁溢流閥、加熱器、液位液溫傳感器等的信號傳輸和邏輯控制，以及錨機帶式剎車裝置、離合器控制裝置等行程開關的信號傳輸。它與錨機主體電控系統之間的通訊方式採用PR0FIBUS通訊方式，在 錨機整套控制系統中，處在從屬位置。如圖2 4，2 5所示，錨機的電氣控制系統由一套電控箱87、一套啟動箱88、一套變頻驅動箱89、一組電阻箱90、一套現場控制盤85等組成。液壓系統與主控系統之間通過PR0FIBUS通訊網線連接。I)電控箱 87
電控箱外形尺寸 1750X1200X500，防護等級為IP23，主要由如下部分組成主斷路器、中間繼電器、控制開關、PLC控制器、輸入、輸出模塊、指示燈。在電控箱87內安裝一組西門子S7系列PLC控制系統，PLC控制系統對錨機系統、變頻驅動系統、液壓機組系統等進行檢測和控制。系統啟動時，PLC首先對系統進行自檢，發現故障發出報警型號。在電控箱87的面板上，有工作狀態指示燈，PLC控制系統可以實時對系統工作狀態進行逐個監測。PLC—旦檢測到系統的異常狀態，立即發出報警信號。低油位報警，電機過載報警，油高溫報警，濾器堵塞報警等報警會實時顯示在現場控制盤和遠程控制盤上，指示出故障狀態，提示用戶進行故障處理。PLC控制系統還將各種報警信號、重要的工作狀態實時傳送到專題四中的集控中心上。2)啟動箱 88
啟動箱88外形尺寸 2080 X 1000 X 600，防護等級為IP23，由如下部分組成主斷路器、繼電器、中間繼電器、控制開關、控制變壓器、按鈕、指示燈等。在進行起拋錨作業操作時，首先接通啟動箱上的主電源開關，為液壓系統供電，待油泵電機，液壓系統運行正常，操作人方可在控制盤上進行起錨和拋錨的上操作。在裝置操作使用過程中，對應不同的工作位置，電控箱上的工作狀態指示燈，會相應亮起。啟動箱為液壓機組系統提供電源。安裝有液壓機組油泵啟動/停止控制按鈕，控制油泵的啟動和停止；在啟動箱面板上有運行時間顯示、電源開關、電源指示燈、電壓顯示、電流顯示、指示燈。3)變頻驅動箱89
變頻驅動箱89選用芬蘭VACON公司NXC櫃機產品，外形尺寸 2200 X 1600 X 600，該變頻器諧波抑制能力能夠滿足定位平臺電網電能質量要求，櫃機功率重載630kW，額定輸入電壓690V，防護等級IP44。變頻驅動箱89需要通過變壓器或直接與平臺電網相連，此時需要兼顧電網、變頻器與變頻電機之間的電壓匹配問題，達到合理選擇變壓器、變頻器和變頻電機，從而優化整個錨機裝置的體積、重量和設備費用。此外變頻驅動裝置可能會對電網電能質量產生諧波汙染，從而影響其他平臺裝置的正常工作，因此需要優化變頻器·控制策略必要情況下考慮添加相應的濾波裝置或措施。綜合考慮，變頻驅動箱89採用十二脈衝型式，把二套整流橋以移相變壓器供電，在電源中通過消除最低次的諧波來減少諧波畸變總量，滿足錨機起錨、拋錨、剎車、變速等工作條件。4)電阻箱 9O
電阻箱90共四套，每套電阻箱外形尺寸 2080\820\700，每套電阻箱制動單元881^，阻值50 Q，4臺電阻箱並聯後，總功率約為350kW，是變頻器額定功率的60%，符合變頻器制動的配比要求。在錨機系統運行時，通常情況下不進行急速剎車操作。當進行錨機剎車時，機械剎車裝置配合進行制動，可有效減少制動電阻發熱功率。5)現場控制盤85
現場控制盤85外形尺寸 1150 X 900 X 650，防護等級為IP56，作為簡潔的現場控制裝置，通過功能選擇，可以實現對錨機的全功能控制，並具有狀態檢測功能，實時發出報警信息。通過面板上的液晶屏幕實時顯示錨機的工作狀態，顯示電壓、電流、功率等電氣參數；顯示液壓系統的壓力、溫度、液位等液控參數；顯示水溫、水壓等水系統參數。6)錨機電控系統操作介紹
正常情況下對錨機的操作在現場控制盤上完成。當將控制權限切換到中央控制方式時，可以通過中央集控操作臺，對錨機進行操作控制。液壓泵站和啟動箱、電控箱也可以對錨機進行操作和控制，這種操作和控制一般用於系統調試和調整以及維修和檢測，操作人員正常狀態下，不進行這類操作控制。a.上電前檢查
設備在較長時間(一般為30天)沒有通電運行時，在上電前應進行檢查。檢查內容包括主電路電纜連接是否牢固，測試主電路的絕緣電阻，絕緣電阻應大於IOMQ，元器件上無明顯的灰塵和凝露；確認無滴水、噴水及水珠凝結。即使切斷了交流電後，變頻器內的電容器仍保持充電狀態且電壓很高。若變頻器此前已經上電，則須將交流電源切斷十分鐘以上方可開始維護工作。通常，內置電阻器會使電容器放電。但在某些異常情況下，電容器可能並未放電，或因輸出端子帶有電壓而無法放電。b.系統上電和自檢
在對錨機進行操作，首先為控制裝置接通電源。(I)接通變頻器的總電源，變頻器的工作電源是三相交流690V，變頻器電源指示燈亮，系統自檢完成後，顯示狀態正常，進入待機狀態。在初次使用時，應依照變頻器控制器使用手冊，認真核實變頻器控制參數，確認輸入的參數與控制要求一致。某些參數對變頻器運行有很大影響，更改此類參數之前，須仔細考慮後果，不建議使用人員修改變頻器參數。(2)在接通啟動箱電源前，確認箱體內的開關處於接通狀態，電控箱和液壓機組、現場控制盤等處於上電狀態。在初次調試時，應先接通啟動箱總電源，再逐個接通每部分的電源。
(3)通過啟動箱和液壓機組上的控制按鈕啟動液壓泵組，檢查液壓泵組的運行情況。確認液壓泵運行平穩，管路壓力正常，沒有滴漏現象發生。(4)觀察現場控制盤上的工作指示燈和液晶屏顯示的狀態，當發生報警時，應及時處理。(5) PLC控制系統
安裝在電控箱內的PLC系統由一臺S7300 CPU314C-2DP和開關量模塊、模擬量模塊FM350編碼器計數模塊組成。這組PLC是錨機控制系統的主站，通過PR0FIBUS-DP連接液壓機組、現場控制盤和變頻器驅動器，實現系統集成控制。同時與中央集中控制臺連接接受中央集中控制臺的指令，完成集控和聯控功能。在PLC上電後首先通過PR0FIBUS-DB連接線檢測連接主站和從站的工作狀態，在連接正常進入運行狀態，連接異常時，PLC系統發出報警信號，應依照提示故障信息及時處 理。系統診斷模塊對通訊狀態進行檢驗，當檢測狀態正確時，進入系統工作準備狀態；當檢測發現錯誤時，檢測程序發出通訊報警信號，等待對報警狀態進行處理，系統運行後，實時進行FR0FIBUS數據交換和共享。PLC功能檢測模塊對系統的初始狀態進行檢測，當檢測狀態正確時，進入系統工作準備狀態；當檢測發現錯誤時，檢測程序發出報警信號，等待對報警狀態進行處理。PLC控制系統中主要包括下列控制模塊
1)液壓機組控制模塊用於接收響應液壓控制系統的檢測信號，並向其發出動作執行
信號;
2)變頻器控制模塊用於接收變頻器的控制信號，並向其發出響應的執行信號，控制調整變頻器實現變頻電機的正轉、反轉和停止，顯示變頻器的工作狀態以及對變頻器報警響應和復位；
3)錨鏈張力採集模塊用於實時採集三個錨鏈輪上錨機張力信號，並記錄在數據塊
中；
4)編碼器採集模塊用於採集三個錨鏈輪上的編碼器信號，並記錄放出錨鏈長度，實時計算錨鏈速度；
5)通訊模塊用於實現主站與從站以及中央控制中心之間的通訊和數據交換；
6)系統聯動控制模塊用於當操作人員通過現場控制盤上的按鈕、轉換開關、操縱手柄進行操作時，依照控制邏輯關係，發出組合控制盤指令信號，實現裝置的功能性操作；
7)顯示處理模塊用於PLC控制系統對錨機工作狀態、張力數值、錨鏈長度、運行速度、液壓機組工作狀態、變速箱的工作狀態實時檢測，並將數據處理後，傳遞到液晶屏實時顯示；
8)液晶觸控螢幕模塊液晶屏通過MPI接口與PLC控制系統連接，實時接受PLC控制系統的數據，在液晶屏上由WINCC編寫設計良好的人機界面，人機界面包括狀態顯示、系統設置、基本功能控制、報警顯示和記錄等。同時WINCC組態軟體中包括比較豐富的幫助文檔，使用者可以方便地獲得幫助信息，更好地完成錨機的操作和控制。c.基本控制功能
電源總開關在啟動箱上，使用設備時，首先合上電源總開關。
在電控箱有一組變頻器控制按鈕和指示燈。操作這些按鈕可以對變頻器進行控制，電控箱上的按鈕用於變頻器動作控制，僅在系統調試時使用。按下正轉按鈕，變頻器輸出正轉控制指令，變頻電動正轉，正轉指示燈亮；按下反轉按鈕，變頻器輸出反轉控制指令，變頻電動反轉，反轉指示燈亮；當變頻器發生故障時，變頻器故障報警指示燈量，按下故障復位按鈕，可進行故障復位。電控箱上的正轉和反轉按鈕，與所有的剎車制動、離合狀態沒關聯和連鎖，在操作時，應將剎車制動器、離合器調整到相應的狀態。在電控箱上，有液壓泵站機組啟動和停止開關，在電控箱上可以操作液壓泵站。液壓機組有獨立的電氣控制系統和操作面板，在分系統調試時，使用操作面板上可對所有的液壓執行部件進行控制。當液壓泵站的PLC控制系統與電控箱中的PLC控制系 統通過PR0FIBUS-DP連接後，液壓泵站的PLC作為一個從站，接受主站的控制指令，向主站發送檢測和報警信號。此時操作面板上除液壓泵站的啟動、停止和急停外其他操作功能將被屏蔽。d.錨機操作控制
正常情況下，通過現場控制盤對錨機進行操作。現場控制盤的操作面板上包括以下內
容
(I)數字顯示儀表數字儀表選用OMRON K3HB-S系列產品，採用易於識別判斷的彩色顯示屏，彩色顯示屏根據數值的區間可以在紅綠之間轉換。採樣周期0. 5ms，最大輸出相應時間1ms，滿足實時數據顯示的要求。數字顯示儀表接受PLC的數據，在系統運行是可以顯
示拉力/速度/長度。(2)控制全轉換開關選擇控制權限。當選擇現場控制方式時，使用現場控制盤操作錨機；當選擇集中控制方式時，使用集控中心控制方式操作錨機；當選擇調試方式時，用於調試和維修調整。(3)離合器控制轉換開關選擇離合器控制方法。選擇聯動方式時，離合器隨操作手柄和控制指令自動分開和嚙合；選擇離合器分開方式，離合器始終在分開狀態；選擇離合器嚙合方式，離合器始終在嚙合狀態。離合器轉換開關上有操作鑰匙，使用人員不可隨意操作，正常情況下，設置在聯動方式。(4)操作狀態設置按鈕分別設置⑶R，⑶L-I、⑶L三組錨機的操作方式，三組按鈕分別設置三個錨機的操作，對於電機操作方式每次只有一個控制功能有效，三組停車控制同時有效。(5)指示燈&按鈕設置和顯示減速箱的檔位狀態
(6)電源開關接通或斷開現場控制盤的電源。(7)緊急停止按鈕在出現非正常危險狀態時，按下緊急停止按鈕，設備停止運行，所有裝置處於安全停止狀態。(8)緊急釋放按鈕在裝置處於停車狀態時，當出現極度危險情況，將會導致錨鏈斷裂、平臺被撞擊、傾覆事態時，按下緊急釋放按鈕，快速放出錨鏈。(9)液晶屏由WINCC組態，通過MPI接口與PLC連接，實時接受PLC的數據，在液晶屏上由WINCC編寫設計良好的人機界面，人機界面包括狀態顯示、系統設置、基本功能控制、報警顯示和記錄等。同時WINCC組態軟體中包括比較豐富的幫助文檔，使用者可以方便地獲得幫助信息，更好地完成錨機的操作和控制。(10)操縱手柄控制錨鏈的收放。當手柄向前推時，錨鏈放出；當手並向後拉時，錨鏈收回。手柄的推拉角度，決定收放速度。在完成自由拋錨設置後，推出手柄，實現自由拋錨，手柄回到中位，拋錨停止。本發明的主要功能
I )動力起/拋錨
平臺復位調整位置或平臺需要撤離起錨時，錨機進行起拋錨作業。起拋錨過程中，等所有程序和檢測到位後，讓需要動作的錨機離合器合上之後，便可扳動操作手柄進行作業。起拋錨過程中，錨鏈的張力、長度、速度等信息實時顯示。起錨工況若錨鏈張力比較大，變速齒輪箱必須掛在低速檔；當錨鏈張力比較小時，變速齒輪箱可以掛高速檔。起錨過程中不允許離合器脫開，或者變速齒輪箱換擋，必須在電機停止以後進行操作，若發生應急情況，電機必須停止，帶式制動器閉合將錨鏈輪剎住。 2 )布錨/拋錨
平臺布錨/拋錨時，錨鏈由承擔拋錨任務的工作船拖出，在拋出過程中水冷剎車控制錨鏈拋放速度；根據實際工況需要，帶式剎車可以配合水冷剎車一同作用。布錨/拋錨過程中，錨鏈的張力、長度、速度等信息實時顯示。3 )應急釋放
當平臺遭遇最大風暴、惡劣環境條件，錨鏈張力超過設定值時；或者有緊急異常情況時(有失常船舶撞向平臺)，此時錨鏈應急釋放功能開啟，離合器脫開，帶式剎車鬆開，放出錨鏈。應急釋放的最終目的一般都是快速棄鏈。
權利要求
1.一種三鏈輪臥式電動錨機，包括錨機本體裝置、錨鏈導向裝置(86)、傳動裝置(83)、掣鏈器(84)、液壓系統、電氣控制系統，其特徵在於三個錨機本體裝置分左、中、右布置，並分別通過離合器與傳動裝置(83)的傳動軸(17)連接，錨機本體裝置下面裝有掣鏈器(84)和錨鏈導向裝置(86)，電氣控制系統由電控箱(87)、啟動箱(88)、變頻驅動箱(89)、電阻箱(90 )、現場控制盤(85 )組成，現場控制盤(85 )分別與啟動箱(88 )和電控箱(87 )連接，啟動箱(88)分別與變頻驅動箱(89)和液壓系統中的電控系統連接，變頻驅動箱(89)與傳動裝置中的變頻電機(26 )連接，水冷剎車(27 ) 與傳動裝置中的變速齒輪箱(20 )連接；液壓系統中的電控系統通過液壓泵站分別連接錨機本體裝置中的帶式剎車裝置(12)、離合器控制裝置(13)、掣鏈器(84)、傳動裝置(83)中的盤式制動器、齒輪箱換擋裝置，並將帶式剎車裝置(12)、離合器控制裝置(13)、盤式制動器、齒輪箱換擋裝置的位置信號以及錨機本體裝置的錨鏈張力、長度及速度信號分別反饋給電控箱(87)，用於實現錨機的動力起/拋錨、拋錨和布錨、應急釋放、速度限制；液壓系統與電氣控制系統之間通訊連接，電氣控制系統中的PLC控制系統安裝在電控箱(87)內，用於數據處理及所有錨機集成同步控制、數據採集、信息檢測及反饋、應急自動釋放。
2.根據權利要求I所述的三鏈輪臥式電動錨機，其特徵在於所述錨機本體裝置包括基座支架(I)、制動輪(2)、錨鏈輪(3)、傳動銷(4)、主軸(7)、大齒輪(8)、編碼器(9)、測力裝置(10)、齒輪防護罩(11)、帶式剎車裝置(12)、離合器控制裝置(13)，錨鏈輪(3)通過主軸(7 )安裝在基座支架(I)上，錨鏈輪(3 ) 一端面上裝有大齒輪(8 )，另一端面上裝有制動輪(2 )，制動輪(2 )外面裝有固定在基座支架(I)上的帶式剎車裝置(12 )，主軸(7 )的一側軸承端蓋上安裝有編碼器(9)，用來檢測錨鏈放出長度和移動速度，在錨鏈出鏈方向，基座支架(I)支撐處安裝有兩個銷軸式測力裝置(10)，用於定時檢測錨鏈張力；用作左、右錨機本體裝置，大齒輪(8)與輸入小齒輪(6)嚙合連接，小齒輪(6)通過離合器(5)與傳動裝置的傳動軸(17)連接；用作中間錨機本體裝置，大齒輪(8)與小齒輪套(14)嚙合連接，小齒輪套(14)通過牙嵌離合器(15)與傳動裝置的傳動軸(17)連接；離合器(5)或牙嵌離合器(15)與離合器控制裝置(13)連接。
3.根據權利要求I所述的三鏈輪臥式電動錨機，其特徵在於所述傳動裝置(83)包括變速齒輪箱(20)、齒輪箱傳動軸(17)、電機聯軸器防護罩(22)、盤式制動器(23)、中間聯軸器(25)、變頻電機(26)、水冷剎車(27)，變速齒輪箱(20)為平行軸箱體式結構，四軸三級傳動，其中，輸入軸通過盤式制動器(23)與變頻電機(26)連接，中間軸通過中間聯軸器(25)與水冷剎車(27)連接。
4.根據權利要求I所述的三鏈輪臥式電動錨機，其特徵在於所述錨鏈導向裝置(86)包括上基座(3 I)、下基座(3 2)、上轉軸(3 3)、下轉軸(3 4)、支架(3 5)、鏈輪軸(3 6)、鏈輪(3 7)，上基座(3 I)下面和下基座(3 2)上面分別設有上轉軸(3 3)和下轉軸(3 4)，上轉軸(3 3)和下轉軸(3 4)之間轉動連接支架(3 5)，支架(3 5)前端通過鏈輪軸(36)活動連接鏈輪(3 7)。
5.根據權利要求I所述的三鏈輪臥式電動錨機，其特徵在於所述帶式剎車裝置(12)和離合器控制裝置(13)中的油缸進、出油口裝有單向節流閥，用於控制帶式剎車裝置、離合器控制裝置的開、關速度。
6.根據權利要求I所述的三鏈輪臥式電動錨機，其特徵在於所述電控箱(87)內安裝有PLC控制系統的開關量模塊、模擬量模塊和FM350編碼器計數模塊，並通過通訊模塊與液壓系統、現場控制盤(85)和變頻驅動箱(89)連接，實現系統集成控制，同時與中央控制臺連接接受中央控制臺的指令信號，完成集控和聯控功能；其中，PLC控制系統包括下列控制模塊 1)液壓機組控制模塊用於接收響應液壓控制系統的檢測信號，並向其發出動作執行信號; 2)變頻器控制模塊用於接收變頻器的控制信號，並向其發出響應的執行信號，控制調整變頻器實現變頻電機的正轉、反轉和停止，顯示變頻器的工作狀態以及對變頻器報警響應和復位； 3)錨鏈張力採集模塊用於實時採集三個錨鏈輪上錨機張力信號，並記錄在數據塊中； 4)編碼器採集模塊用於採集三個錨鏈輪上的編碼器信號，並記錄放出錨鏈長度，實時計算錨鏈速度； 5)通訊模塊用於實現主站與從站以及中央控制中心之間的通訊和數據交換； 6)系統聯動控制模塊用於當操作人員通過現場控制盤上的按鈕、轉換開關、操縱手柄進行操作時，依照控制邏輯關係，發出組合控制盤指令信號，實現裝置的功能性操作； 7)顯示處理模塊用於PLC控制系統對錨機工作狀態、張力數值、錨鏈長度、運行速度、液壓機組工作狀態、變速箱的工作狀態實時檢測，並將數據處理後，傳遞到液晶屏實時顯示； 8)液晶觸控螢幕模塊用於液晶屏通過MPI接口與PLC控制系統連接，實時接受PLC控制系統的數據信號，在液晶屏上編寫人機界面。
7.根據權利要求2所述的三鏈輪臥式電動錨機，其特徵在於所述錨鏈輪(3)為五齒結構，錨鏈輪(3)主體材料為ZG20Mn低合金鑄鋼，錨鏈輪(3)與錨鏈嚙合處補焊一塊20SiMn2MoV或20CrMnMoB高硬度合金鋼，調質後表面硬度達到HB270，用於長期使用磨損後，補焊修復。
8.根據權利要求2所述的三鏈輪臥式電動錨機，其特徵在於所述帶式剎車裝置(12)採用雙帶結構，包括鋼帶組件(4 I )、拉杆組件(4 2)、力臂板組件(4 3)、帶式剎車油缸組件(4 4)、推板(4 5 )、帶式剎車放油閥(46 )、銷軸(4 7 )，鋼帶組件(41) 一端通過拉杆組件(4 2)和力臂板組件(4 3)與帶式剎車油缸組件(4 4)連接，鋼帶組件(4 I )另一端通過銷軸(4 7)與力臂板組件(4 3)連接，力臂板組件(43)通過銷軸(47)與推板(4 5)連接，帶式剎車油缸組件(44)連接帶式剎車放油閥(46 )。
9.根據權利要求2所述的三鏈輪臥式電動錨機，其特徵在於所述離合器控制裝置(13)包括油缸組件(5 I)、撥杆支架(5 2)、半撥杆(5 3)、撥軸9 5 4)、隔板(5 5)、撥杆組件(5 6)、墊片(5 7)、銷軸(5 9)、限位板(6 O )、接頭(6 I)、放油閥(6 2)，半撥杆(5 3)與撥杆組件(5 6)固定連接，半撥杆(5 3)和撥杆組件(5 6)頂部分別裝有撥軸(5 4)，撥杆組件(5 6)中間連接撥杆支架(5 2)，下面通過銷軸(5 9)與油缸組件(5 I)連接，下端裝有限位板(6 0)和接頭(6 1)，油缸組件(5 I)與放油閥9 6 2)連接。
10.根據權利要求3所述的三鏈輪臥式電動錨機，其特徵在於所述變速齒輪箱的四軸三級傳動，分為低速檔、高速檔和空擋，高速檔傳動比為27. 9，低速檔傳動比為77. 4，額定扭矩為400kNm，過載扭矩為620kNm ;所述變頻電機(26)為六極電機，三相電壓為690V，基 準頻率為50Hz，功率為585kW，額定扭矩為5701Nm，最大扭矩為12150Nm。
全文摘要
本發明涉及一種三鏈輪臥式電動錨機，三個錨機本體裝置分左、中、右布置，並通過離合器與傳動裝置的傳動軸連接，錨機本體裝置下面裝有掣鏈器和錨鏈導向裝置，錨機本體裝置中的帶式剎車裝置、離合器控制裝置、傳動裝置中盤式制動器、水冷制動器和齒輪箱換擋裝置以及掣鏈器分別與液壓控制系統連接，電氣控制系統中的啟動箱分別與變頻驅動箱和電控箱連接，電控箱與傳動裝置中的變頻驅動箱連接，變頻驅動箱與傳動裝置中的變頻電機連接，液壓控制系統與電氣控制系統之間通訊連接，現場控制盤和中央控制器與電控箱連接，用於數據處理及所有錨機集成同步控制、數據採集、信息檢測及反饋、應急自動釋放。
文檔編號B63B21/24GK102745309SQ20121024990
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月19日 優先權日2012年7月19日
發明者餘德泉, 卓濤, 王煒, 胡曉東, 董俊, 顧炳 申請人:中國船舶重工集團公司第七0四研究所