(1)船舶动力系统设计分析研究
收集了主要船级社对 DP 船动力系统冗余设计的要求;分析动力定位等级对动力系统设计的影响;围绕设备布置及系统的冗余设计要求,完成了动力装置选型及设备布置的设计研究、动力辅助系统设计研究、推进装置选型及设备布置的设计研究、以及推进装置管系设计研究,形成了设计流程图。
(2)船舶电气系统设计分析研究
分析钻井船典型作业工况、主要设备配置及用电需求,研究了钻井船的负载特性,研究钻井船的电站配置方法与原则;研究了潮流计算方法,以合理地分配节点负荷;研究了短路电流计算方法,根据计算结果,选择合适的断路器和继电保护装置;分析了电力系统常见的故障模式,研究了电网协调性保护方法,包括断路器的设置以及上、下级断路器之间的协调保护措施,以有效保障电网运行的安全性;对中压变压器预充磁方法进行了深入研究,以解决变压器合闸的冲击电流引起电网电压降低和继电保护的误动作;对中性点接地方式进行了多方案比较研究,分析了其优缺点,研究认为选用中性点经高阻接地是钻井船适用的接地方式,保障了供电可靠性和安全性;考虑深水钻井船电站配置和负载特点,提出了与电站相适应的谐波抑制方案
掌握了深水钻井船动力系统设计的原则和方法。钻井船采用柴油机电力推进,由于深水作业的特殊要求,动力定位作为一种动力装置已成为深水钻井船不可或缺的配套设备。动力定位系统中,各部件、系统协同运作以保证足够、可靠的定位能力。动力定位系统的可靠性应根据失去定位能力的后果决定,后果越严重,动力定位系统应当越可靠。动力定位系统一般分为 DP-1、DP-2、DP-3 三个级别。本项目任务书要求的动力定位等级为 DP-2,通过总结各大船级社对 DP-2、DP-3 动力定位船动力系统的设计要求,掌握了动力定位船动力系统的设计理念和原则,形成了深水钻井船动力系统的设计流程。其中包括动力辅助系统设计研究: 动力系统的设计准则为,当动力需求变化时,动力系统应能适时响应。DP-1 级别的船舶动力系统设计无需冗余;DP-2 的动力系统应该分散布置为两个或两个以上系统,以保证一个系统发生故障后至少有一个系统保持运行。DP-3 的动力系统除了要求分散布置为两个或两个以上系统,以保证一个系统发生故障后至少有一个系统保持运行外,还要求两个系统分隔在不同 A-60 舱室内。若动力系统位于操作水线下,则应该同时满足水密分隔。
本项目通过十个专题的研究,全面掌握了深水钻井船设计技术、深水钻井船关键性能数值分析技术、深水钻井船水池模型试验技术、深水钻井船总体建造技术和深水钻井船建造工艺仿真技术,研究并提出了改善月池效应的技术方案。
上述设计技术成果应用于 1500 米水深钻井船工程项目的方案设计、详细设计和建造,并在工程项目实践中进行了深化和完善,确保了工程项目的顺利实施;上述设计技术研究成果还应用于 3000 米水深钻井船的开发,提出了目标钻井船的自主开发方案并完成了基本设计,顺利通过了国外船级社的审查认可,具备了推向市场接单的条件和技术基础。
通过本项目的实施,取得了全面的、系统的研究成果。具有广阔的应用前景。
研究团队由中国船舶集团有限公司第七○八研究所
上海船厂船舶有限公司的数余名专家组成。研究团队按照“关键技术取得突破,研究成果拓展应用”的总体思路,考虑我国南海油气开发背景,并结合国际市场需求,分阶段实施深水钻井船的研发。本项目研究分为“深水钻井船设计与建造关键技术研究”、“1500 米水深钻井船工程化应用研究”和“3000米水深钻井船开发设计”三个阶段开展。
项目申请并授权专利 12 件,其中发明专利 3 件,实用新型专利 9 件。发表论文 20 篇,其中 4 项为硕士论文。完成软件著作权登记 2 项。
通过本项目实施,主要实现了以下经济与社会效益:
1项目参加单位成功签署了 2+2 艘深水钻井船总包建造合同,合同总价值近 10 亿美元,实现了我国自主设计总包建造钻井船零的突破;
2 TIGER 钻井船主要钻井设备由四川宏华集团供货,实现了国内厂商首次总包深水钻井装备的钻井包,钻井设备国产化取得了里程碑式的突破;
3 完成了适用于我国南海作业的 3000米水深钻井船自主研发,标志着我国进入了国际深水钻井船自主研发设计方阵,有力提升了我国高端海洋工程装备领域的综合竞争力;
4 海洋工程装备人才培养成效显著,依托项目实施持续培养了 4 名硕士研究生,组建了一支深水钻井装备研发团队;
5 项目形成的深水钻井船设计与建造技术体系,在后续项目如工信部第七代钻井船课题、天然气水合物钻采船工程项目中持续得以应用,支撑了我国海洋工程装备研发的持续发展,产生了显著的经济和社会效益。
通过深水钻井船工程化应用研究,实现了国内深水钻井船自主设计、总包建造零的突破,4 艘钻井船合同总价值达10 亿美元,经济效益显著,同时也是国内厂商首次总包高端钻井装备的钻井包, 标志着我国深水油气资源开发关键装备研制水平取得了新突破,对我国海工装备制造业具有重大意义。此为该成果的重要转化方向。