Azipod® — инновации ABB для нефтегазового сектора России
Разведка арктического шельфа стала причиной строительства современных судов ледового класса. Чтобы обеспечить безопасность судов, необходимы знания, накопленные десятилетиями.
Для российских нефтегазовых компаний, владеющих судами ледового класса, слово «азипод» стало практически нарицательным. Но Azipod® — зарегистрированная торговая марка, уникальная технология, созданная немного менее 30 лет назад инженерами компании ABB.
За чуть более чем четверть века применение этой пропульсивной системы показало фантастические результаты: более 80 судов ледового класса сегодня оснащено этой системой, суммарная наработка оборудования перевалила за 15 млн. часов, при этом ледовых повреждений установки еще не разу не случалось. Сегодня Azipod® — это не просто винто-рулевая колонка, это полноценное решение с поддержкой самых передовых технологий.
Судно, оборудованное движителем Azipod®, способно работать в режиме «двойного действия», движение кормой вперед повышает ледопроходимость и позволяет работать без ледокольной проводки.
Azipod® – безредукторная система, в которой электродвигатель расположен в гондоле за пределами корпуса судна. Гондола может вращаться на 360 градусов, обеспечивая большую маневренность для судов по сравнению с обычными силовыми установками, что особенно важно при работе во льдах.
Ее главные составные части – электрический двигатель и сопряженный частотный преобразователь. Для судов, путешествующих по ледовым путям, необходим чрезвычайно высокий крутящий момент вала гребного винта. Здесь у электродвигателей есть преимущество перед дизельными: они могут обеспечивать максимальный крутящий момент при низких значениях частоты вращения гребного винта и даже при его останове или перегрузке.
5 преимуществ системы Azipod® для судов ледового класса
Во-первых, высокая маневренность в самых тяжелых условиях северных морей позволяет судну, оснащенному Azipod®, разворачиваться на 360° – даже при останове гребного винта и при реверсировании система обеспечивает полный крутящий момент и тягу.
Во-вторых, прочная механическая конструкция без зубчатых передач означает использование крутящего момента без ограничений.
В-третьих, прочность. Рамная конструкция Azipod® и короткий жесткий валопровод выдерживают резкие изменения тяги и высокие ударные нагрузки во время дробления льда.
В-четвертых, проектная гибкость. Azipod® позволяет разрабатывать суда с лучшими эксплуатационными характеристиками как для ледовых путей, так и для открытой воды.
В-пятых, низкая вибрация и шум, несмотря на высокую скорость или труднопроходимый участок ледового пути.
Что такое Azipod® с технической точки зрения?
Винто-рулевая система Azipod® состоит из движительного и рулевого модуля. В гондоле движительного модуля расположен электродвигатель, который приводит в движение винт фиксированного шага. Частотный преобразователь позволяет регулировать скорость и направление вращения мотора.
Для установки на суда ледового класса и ледоколы используются движители Azipod® серий VI и ICE. В Azipod® VI используется электродвигатель синхронного типа. Azipod® ICE оснащен электродвигателем на постоянных магнитах – наиболее оптимальной технологией для невысоких мощностей.
Для каждого судна АВВ выполняет индивидуальный проект винта с учетом особенностей и конструкции судна.
Важная техническая особенность системы Azipod® – использование преимущественно гребного винта тянущего типа, что позволяет двигаться носом вперед, а также способность колонок Azipod® VI и ICE (модели для ледовых условий) разворачиваться на 360° вокруг своей оси. Модель Azipod® VI предназначена для работы в диапазоне мощностей, от 6 до 17 мВт в зависимости от размера и характеристик судна. Модель Azipod® ICE разработана для более низкой мощности от 2 до 6 мВт. Решения, как правило, оснащены системой дистанционного управления и силовой установкой (включая генераторы и распределительные щиты) ABB, при необходимости — и силовыми трансформаторами.
В течение всего жизненного цикла судна АВВ помогает заказчикам сокращать расходы и поддерживать работоспособность оборудования для обеспечения бесперебойной навигации по Северному морскому пути.
Концепция двойного действия
Применение Azipod® на судах ледового класса позволило внедрить в повседневную эксплуатацию принцип «двойного действия» («Double Acting Ships») — концепцию, запатентованную компанией Aker Arctic Technology Inc. Ее суть заключается в том, что в открытой воде судно движется носовой частью вперёд, а попадая в сложные ледовые условия, в торосы, оно разворачивается кормой. Получается своеобразный «тяни-толкай», в котором корма и нос меняются местами в зависимости от условий мореплавания.
Разворачиваясь кормой вперед, судно при помощи винта Azipod® фрезерует лед. Причем практические испытания доказали, что толщина преодолеваемых торосов для судна с пропульсивной установкой ABB уже превысила 2 метра. И речь, конечно, о сплоченных ледовых полях.
При принципе двойного действия существенно снижается мощность. Обычный танкер, требующий мощности 10 МВт при движении в открытой воде, будет нуждаться в установленной мощности 20 МВт для путешествия во льдах носом вперед. Если же его конструкция предусматривает движение кормой вперед, требуемая снижается до 12 МВт.
Но самое главное, что принцип двойного действия делает судно абсолютно самостоятельным во льдах, и движение по Северному морскому пути не требует ледокольного сопровождения. Все это позволяет получить беспрецедентную экономическую эффективность в транспортировке углеводородов по Северному морскому пути.
Единственный поставщик комплексных систем энергетического оборудования и электродвижения для судов ледового класса – ABB. Разработки ABB в области судовых систем производства и распределения энергии обеспечивают защиту и сводят к минимуму риск перебоев в электроснабжении судов в сложнейших условиях Арктики. Постоянные инвестиции АВВ передовые разработки и многолетний опыт работы в Арктике позволяет производителю удерживать лидирующие позиции.
Объем поставки ABB для ледокольного судна обычно включает в себя движители Azipod® VI, частотный преобразователь электродвигателя, систему производства электроэнергии, систему распределения электроэнергии, электродвигатели носового ПУ и дистанционную систему управления движительной установкой.
Удаленное управление движительным и рулевым модулем Azipod® гарантирует система дистанционного управления ABB (RCS). Современное оборудование на мостике и ЦПУ, а также онлайн инструкции для оператора повышают эффективность и безопасность управления судном.
Опция Marine Pilot Control из портфолио цифровых решений ABB Ability™ обеспечивает более оптимальное маневрирование. Интуитивно понятный сенсорный интерфейс упрощает работу для еще большей безопасности. Marine Pilot Control ABB Ability™ снижает нагрузку на экипаж: решение позволяет решать задачи автоматически и не требует внимания штурмана. Подсистема легко интегрируется на бортовой станции, ей не нужно сложное техническое обслуживание.
Экспертиза ABB для российского рынка
Система электродвижения ABB заслужила признание на российском рынке и используется на десятках судах ледового класса при перевозках по Северному морскому пути. Компании, которые располагают судами высокого ледового класса – «Совкомфлот», «Норильский Никель», «Газпром нефть» — уже много лет оснащают свои суда системами Azipod®.
АВВ предлагает своим заказчикам поддержку на протяжении всего срока эксплуатации. Глобальная сервисная сеть и возможность повсеместной доставки запасных частей, а также опытные сервисные инженеры помогут обеспечить бесперебойную работу оборудования.
Статья «Azipod® — инновации ABB для нефтегазового сектора России» опубликована в журнале «Neftegaz.RU» (№9, Сентябрь 2019)
Судовые движители типа Azipod
В последние десятилетия в качестве судовых движителей все шире применяются винторулевые колонки (ВРК), которые представляют собой объединение движительного и рулевого комплекса в одном агрегате. Они используются в роли как главных, так и резервных движителей или подруливающих устройств, облегчающих маневрирование при швартовке и т. п.
Колонки устанавливаются как пропульсивные системы на круизных лайнерах, контейнеровозах, танкерах арктического типа, ледоколах, паромах, десантных кораблях, научно-исследовательских и рыболовных судах, а также судах технического флота, буксирах, плавкранах, вспомогательных плавсредствах и самоходных буровых установках.
Общей причиной широкого применения ВРК является ряд их преимуществ перед традиционными движительными комплексами. Они обеспечивают высокий пропульсивный КПД, низкую виброактивность, упрощение компоновки и монтажа механической установки за счет отказа от длинного валопровода, позволяют значительно сократить размеры ма-шинного отделения, в результате чего при одной и той же длине судна грузовое пространство возрастает на 2–8 %.
ВРК более функционально, чем в обычных движительных системах: улучшены маневренные качества судна, возможен реверс за счет разворота колонок без изменения направления вращения гребных валов, а в определенных случаях — движение судна лагом (рис. 1, 2). Имеются и сугубо специфические предпосылки к применению ВРК. Так, например, для крупных круизных судов это улучшение комфорта пассажиров благодаря устранению низкочастотной вибрации от главных двигателей, для судов ледового плавания — повышенная ледопроходимость, для паромов и буксиров — высокая маневренность, для вспомогательных плавсредств и самоходных буровых платформ — удобство при эпизодичности использования.
В отличие от обычных рулей, ВРК обеспечивают хорошую управляемость на заднем ходу. Это особенно важно на судах двойного действия DAS (double action ship), под которыми понимаются суда ледового плавания (танкеры, балкеры), движущиеся в ледовых условиях задним ходом. При движении кормой вперед ВРК, работая как носовой движитель, снижает ледовое сопротивление и повышает ледопроходимость.
Продолжение статьи читайте в июльском номере журнала «Наука и техника» за 2019 год. Доступна как печатная, так и электронная версии журнала. Оформить подписку на журнал можно здесь.
На нашем сайте вы можете приобрести уникальные монографии-фотоальбомы Анатолия Верстюка, посвященные эскадренным миноносцам. В магазине на сайте также можно купить магниты, календари, постеры с авиацией, кораблями, сухопутной техникой.
Винторулевые колонки (ВРК) и системы Азипод
Винто-рулевые колонки (ВРК) и системы с поворотным погруженным двигательно-движительным комплексом Азипод (Azipod), которые могут эксплуатироваться и в ледовых условиях — это относительно новые типы движительно-рулевого комплекса (ДРК) судов.
Движительно-рулевая колонка (ДРК) — это движитель судна, гребной винт которого установлен на ВРК, расположенной под его днищем и поворачивающейся вокруг своей вертикальной оси на 360 0 , что позволяет ДРК заменить собой руль и рулевую машину.
Azipod ( azimuth и pod — гондола двигателя) — тип электрических гребных двигателей (ДРК), позволяющий судну маневрировать вперед-назад, влево -вправо.
Такие двигатели, к примеру, стоят на вертолетоносцах Мистраль и нефтеналивных танкерах типа Михаил Ульянов.
ДРК располагаются в кормовой оконечности.
Но паромы и ледоколы челночного типа кроме кормовых ДРК оборудуются рулями и винтами в носовой оконечности.
Поворотная ВРК — средство активного управления судном. Представляет собой гребной винт (или гребной винт — насадка), направление тяги которого может быть изменено в широких пределах за счет поворота устройства относительно вертикальной оси.
ВРК могут использоваться в качестве главных или вспомогательных движителей и обеспечивать как ходовые, так и маневренные качества судна.
Преимущества ВРК:
- могут применяться на различных морских и речных судах: пассажирских, грузовых, ледоколах, паромах, буксирах,
- высокая надежность, позволяют уменьшить объем машинного отделения, увеличить грузоподъемность или уменьшить габариты судна,
- сравнительная простота обслуживания,
- хорошая маневренность при любых скоростях хода,
- снижение уровня шума и вибрации,
- ВРК с винтами противоположного вращения приводит к более высоким пропульсивным качествам (до 15%).
Недостаток ВРК:
- относительно высокая стоимость.
ВРК определяют всю концепцию пропульсивной установки судна и влияют на стоимость и технологичность постройки.
В РФ производством ВРК озаботились в 2011 г., объединив усилия ЦС Звездочка, НПО Винт и Веги, дочки ОСК и создав Центр пропульсивных систем (ЦПС).
Позже к разработке электротехнической части ВРК подключился РУСЭЛПРОМ.
Система Azipod® компании ABB: 30 лет успешной эксплуатации
Созданная три десятилетия назад пропульсивная система Azipod® совершила революцию в судоходном мире и сегодня занимает лидирующие позиции на рынке движительных систем благодаря своей беспрецедентной производительности, энергоэффективности и надежности.
В 1991 году на финском ледокольном судне Seili была впервые установлена система Azipod® компании ABB. Сегодня суммарное время ее работы составляет 20 миллионов часов при впечатляющей отказоустойчивости – 99,9 %. Благодаря установке Azipod® на одних только круизных судах удалось сэкономить около 1 000 000 тонн топлива.
Компания ABB разрабатывает пропульсивные системы Azipod® уже более трех десятилетий, учитывая различные требования, судовладельцев и старается повысить производительность судов самого разного типа. Сегодня винторулевая колонка (ВРК) Azipod® установлена на судах 25 типов — от круизных лайнеров до грузовых судов, на ледоколах, паромах и суперъяхтах. За 30 лет компания ABB произвела и установила более 700 ВРК Azipod®.
«Уже более века ABB играет роль новатора в области электротранспорта. Изобретение технологии Azipod в 1991 году ознаменовало новую эру в двигательных судовых установках и упрочило вклад ABB в снижение воздействия судоходной отрасли на окружающую среду. Я убежден, что эта инновационная технология будет и впредь играть важную роль в поддержании наших лидирующих позиций в области экологически безопасного транспорта», — комментирует исполнительный директор ABB Бьорн Розенгрен (Björn Rosengren).
Среди значимых достижений в истории АВВ – поставка системы Azipod® на самые крупные в мире круизные суда и пересечение Северного морского пути (СМП) газовозом, оборудованным ВРК Azipod®, без помощи ледокола.
«Технология Azipod® помогает судну сократить расход топлива и объем выбросов углекислого газа. Это высококачественное решение, которое постоянно обновляется и совершенствуется, чтобы оставаться лучшим на рынке электропропульсии, – комментирует руководитель подразделения ABB «Морская промышленность» Юха Коскела (Juha Koskela). – Независимое исследование, проведенное в 2019 году, показало, что система Azipod® помогает владельцам паромов экономить до 1,7 миллионов долларов США в год на топливе в расчете на одно судно, и сократить объем выбросов CO2 примерно на 10 000 тонн. Международная морская организация (IMO) ставит цель снизить выбросы парниковых газов в два раза к 2050 году, и я уверен, что система электродвижения Azipod® внесет свой вклад в устойчивое развитие судоходной отрасли на протяжении следующих 30 лет и далее».
Электродвигатель ВРК Azipod® размещен в погружной гондоле, которая разворачивается на 360°, обеспечивая судну беспрецедентную маневренность. С установкой Azipod® самые большие суда легко заходят в док, даже если в порту ограничен радиус разворота. Суда, оборудованные движительной системой Azipod® гораздо эффективнее в эксплуатации: гидродинамические показатели выше, а расход топлива на 20 % меньше по сравнению с традиционными системами. За счет размещения двигателя вне корпуса освобождается пространство для кают, груза и других целей.
Технология Azipod® спроектирована с учетом требований завтрашнего дня и может быть адаптирована к любому источнику питания. Электродвигатель Azipod® может работать от энергии, полученной от аккумулятора, топливных элементов и других технологий, предлагаемых судовладельцами. Суда, работающее на электроэнергии, намного комфортнее для экипажа: ниже уровень шума и вибрации.
ВРК Azipod® является неотъемлемой частью общей системы электродвижения судна. Колонка легко интегрируется с компонентами бортовой системы питания. Система управления гребной установкой АВВ обеспечивает связь с бортовыми системами, а система управления питанием и энергопотреблением АВВ (PEMS™) используется для эффективного распределения нагрузок. В комплексе ВРК Azipod® и энергосистема ABB позволяют обеспечить оптимальную производительность, экономить ресурсы и снизить объем выбросов.
Сегодня линейка Azipod® включает решения мощностью от 1 до 22 МВт. Колонки производятся на двух фабриках в Финляндии и на одной в Шанхае. Колонки Azipod® нового поколения имеют улучшенные гидродинамические характеристики, они компактные, прочные, легко монтируются и не требуют сложного технического обслуживания. До 95 % материалов, используемых при производстве ВРК Azipod®, подлежат переработке, что подтверждает экологичность технологии, разработанной в концепции устойчивого развития отрасли.