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关于7025型挖泥船水下泵综合系统国产化改造的研究

刘艺横 石坚 闫洋

天津港航工程有限公司,天津市,300345

摘要: 7025型挖泥船船型水下泵系统为电动机通过减速齿轮箱带动长传动轴来驱动泥泵运转,其综合系统的主要功能为数据采集与控制、报警监测及运转保护,随着船舶投入使用年限的增长,该系统硬件、控制模块、装置等均有老化现象,导致故障率增加,由于该系统软硬件均为荷兰IHC原装进口,维修效率较低且维修成本较高。因此,针对上述问题,根据行业内相关经验及国内现有技术,研究对水下泵综合系统国产化改造的课题,由于水下泵综合系统使用年限较长,部分硬件及控制模块老化损坏,如电动机转速转换装置损坏,不能显示电动机的转速,这对设备运行监控存在较大隐患;轴承和绕组温度监视装置出现误动作,导致水下泵系统出现保护跳闸、脱泵,设备不能正常运行;马达保护装置也因老化从而有误动作现象,导致设备间歇性无法正常启动。针对上述故障,通过检修发现需对故障硬件及模块进行换新,但部分模块因年限过长,已经停产,且进口模块周期长达数月,故综合来看,需对该系统进行国产化改造,遇到故障可及时订货更换,无论从周期,价格,稳定性等都优于原装进口方案。
关键词: 7025型挖泥船;水下泵综合系统;国产化改造
DOI:10.12721/ccn.2024.157385
基金资助:
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1.改造背景

7025型挖泥船已有将近15年的发展历史,其中天津港航工程有限公司所有的“港航浚8”就是该挖泥船的典型船舶,随着科技日益发展,该船出厂配置的水下泵综合系统一般都存在如下问题:

1)水下泵控制箱无电机轴承及绕组温度显示器,在设备运行中仅能通过机旁测温对温度进行监控;

2)控制箱无绝缘显示装置,仅能通过手动用绝缘表测量,无法对系统的绝缘进行实时监控。

3)由于系统使用年限较长,有些装置老化损坏。如电动机转速转换装置损坏,不能显示电动机的转速;轴承和绕组温度监视装置经常误动作,导致水下泵系统经常跳闸停泵,设备不能正常运行;马达保护装置也因老化经常误动作,启动困难,为了确保系统顺利运行,暂时只能采取短接保护装置,同时人员密切监视其负载情况。

如果通过单纯的采购原厂进口配件来处理上述问题,一般会存在原厂备件停产、采购周期长、维修成本高等问题,因此需制定方案对原系统进行国产化改造

2.系统优点:

1)完全替代已经停产的进口马达保护单元MSP4和温度控制单元RTD3,实现国内备件采购;

2)经济性价比更高,使用相当于MSP4价格的成本同时实现MSP4和RTD3的功能;

3)显示信息更形象、更全面;触摸屏显示信息包括电机运行数据和所有10路PT100检测温度值;

4)操作更人性化,更简便,直接在触摸屏上可以实现所有必要参数设定;

5)模块数量减少,系统更节能,发热量更小;

6)安装方便,对原有系统的改动量小;

3.系统简介:

1)系统结构:

a)系统包括:触摸屏显示面板、控制器、电流互感器;

b)替代原有1件MSP4、1件MSP4-MONITOR、4件RTD3、1件RTD3-MONITOR;

2)系统功能:

A.触摸屏:

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a)显示电机运行信息

b)显示电机和发电机的绕组及轴承温度

c)设置电机运行保护参数

d)设置电机和发电机绕组及轴承温度报警及故障值

B.控制器:

a)收集10路温度传感器信号

b)收集电机运行数据

c)处理温度传感器数据生成报警及故障输出信号

d)处理电机运行数据,输出电机保护及运行状态信号

4.系统详细功能

(1)原系统功能:

① 温度控制单元:

a.系统共包含10组温度检测单元,每块RTD3模块连接2组或3组温度传感器,系统共需要4块RTD3模块才能够实现温度检测及控制;

b.系统仅配备一块RTD3-MONITOR,可分别实现对各个模块的温度报警及故障值设定,并分别显示对应模块连接温度传感器检测到的温度数值;

c.各个模块对连接到模块本身的2组或3组温度传感器进行监视及控制,在温度达到对应设定报警及故障值后,触发报警及故障继电器动作,输出信号给控制系统;

② 电机保护单元

a.系统安装一块MSP4控制器及MSP4-MONITOR显示器

b.MSP4通过互感器检测电轴系统动力电流并输出标准4~20mA信号显示实时电流值

c.MSP4监测电轴动力电流,并实现以下功能监测:

A.延时介入控制

B.过载

C.堵转

D.启动限制

E.自动复位

F.温度传感器故障及断线

G.短路检测

(2)(HSDtec-E-MSP&RTD)替换系统功能:

① 温度控制单元:

d.系统共包含10组温度检测单元,由独立一块模块实现所有10组温度检测及控制;

e.系统仅配备一块显示单元,可同时实现对所有10组模块的温度报警及故障值设定,并同时显示所有10组温度传感器检测到的温度数值;

f.唯一控制器同时实现对所有10组温度传感器的监视及控制,在温度达到对应设定报警及故障值后,触发报警及故障继电器动作,输出信号给控制系统;

③ 电机保护单元

a.检测电轴动力3相电流值;

b.输出标准4~20mA电流信号实时显示电轴电流值;

c.在触摸屏显示器上显示10组温度值的同时,显示电轴动力电流值及运行状态;

d.实现以下监测及控制功能,并输出相应故障报警:

A.延时介入控制

B.过载

C.堵转

D.启动限制

E.自动复位

F.温度传感器故障及断线

G.短路检测

H.缺相检测

I.反相检测

5.电气特性

(1)电气参数

① 控制器

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② 温度输入模块

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③ 电流检测模块 

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④ 显示模块:

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6.功能设置捕获.PNG

(1)主界面中显示内容

① 电轴系统电流值;单位A;

② 电机绕组温度;单位℃:

③ 电机轴承温度;单位℃:

④ 发电机绕组温度;单位℃:

⑤ 发电机轴承温度;单位℃:

⑥ 滚动报警条;单位℃:

⑦ 复位按钮;只有在停机并且报警消除后,后才能够将报警复位;

(2)参数设定界面

① 马达保护参数设定

a.延时保护时间;电轴启动瞬间,电轴电流>1.5倍的额定电流,此时屏蔽保护功能一段时间;设定时间单位为ms,具体时间为输入值乘以10ms;

b.启动间隔时间;电轴停机后,电机和发电机需要一定时间冷却,防止下次启动过程中烧毁电机或发电机;单位为分钟,具体时间为输入分钟数;

c.过载电流;包括过载电流设定值和延时参数设定值;当实际电流值大于等于输入设定过电流值后,系统延迟一段时间输出故障;电流设定值为额定电流的倍数,延迟时间单位为ms,具体时间为输入数值乘以10ms;

d.堵转电流;包括堵转电流设定值和延时参数设定值;当实际电流值大于等于输入设定堵转电流值后,系统延迟一段时间输出故障;电流设定值为额定电流的倍数,延迟时间单位为ms,具体时间为输入数值乘以10ms;

e.电流互感器变比;实际装配电流互感器变比参数;

f.电机额定电流In;电机铭牌显示额定电流值,单位A;

② 温度设定

a.电机绕组温度和故障值设定

b.电机轴承温度和故障值设定

c.发电机绕组温度和故障值设定

d.发电机轴承温度和故障值设定

对该水下泵综合系统国产化改造后,该监控系统不用提前采购备件,遇到故障可及时订货更换,无论从周期,价格,稳定性等都优于原装进口方案,在港航浚8水下泵综合系统国产化改造完成后,进行充分调试,模拟各项故障,实现自行快速恢复,形成一套稳定高效的水下泵综合系统,达到单次故障处理时间不超过12小时的目标,并应用于“天津港北疆港区C段智能化集装箱码头工程”。

参考文献:【1】中国疏浚协会 中国疏浚2011;【2】挖泥船与疏浚业发展现状及研究机械工程师201706 ;【3】绞吸式挖泥船施工与管理 北京:中国水利水电出版社200512