وینچ کشنده کابل دریایی: انواع، راهنمای ساخت و انتخاب

آنچه a را تعریف می کند وینچ کشنده کابل دریایی

وینچ کابل کش دریایی یک دستگاه کشش مکانیزه است که به طور خاص برای محیط‌های کشتی و دریایی طراحی شده است، جایی که قرار گرفتن در معرض آب شور، حرکت کشتی، محدودیت‌های فضا و چرخه‌های کاری سخت، الزاماتی را تحمیل می‌کنند که کابل کش‌های استاندارد زمینی نمی‌توانند به طور قابل اعتماد برآورده کنند. نام "دریایی" آرایشی نیست - منعکس کننده مشخصات مهندسی اساسا متفاوتی است که مواد، آب بندی، طراحی ساختاری، سیستم های قدرت و حفاظت در برابر خوردگی را پوشش می دهد که این واحدها را از وینچ های صنعتی عمومی متمایز می کند.

در کشتی‌ها و سکوهای دریایی، وینچ‌های کابل کش چندین کارکرد متمایز را انجام می‌دهند: قرار دادن و بازیابی کابل‌های برق و سیگنال زیردریایی در طول عملیات نصب، جابجایی خطوط پهلوگیری و کابل‌های لنگر در حین نگه‌داری ایستگاه، کشش کابل‌های ناف بین شناورهای سطحی و ROV یا نصب‌های قابل کنترل در زیر دریا، و مدیریت به‌منظور کنترل دستی به سمت ماشین‌ها. انتقادی هر برنامه تقاضاهای متفاوتی در مورد نیروی کشش، سرعت خط، ظرفیت درام و دقت کنترل دارد.

محیط عملیاتی چالش تعیین کننده است. نمک پاشی مداوم، شستشوی موج، سطوح رطوبت نزدیک به 100٪، چرخه دما از مناطق گرمسیری به قطبی، و اثر خورنده میکروارگانیسم های دریایی مجموعاً یک محیط تخریب ایجاد می کند که ظرف چند ماه تجهیزات صنعتی استاندارد را تحت الشعاع قرار می دهد. یک وینچ کشنده کابل دریایی که به درستی مشخص شده است برای عمر مفیدی که در چند دهه در این شرایط اندازه گیری می شود، طراحی شده است.

مواد درجه دریایی و سیستم های حفاظت در برابر خوردگی

انتخاب مواد پایه و اساس دوام وینچ دریایی است. جو مملو از نمک یک محیط دریایی به سرعت به فولاد کربنی حمله می کند - فولاد ملایم محافظت نشده می تواند در هفته ها قرار گرفتن مداوم در معرض آب شور، خوردگی قابل توجهی ایجاد کند. وینچ های کشنده کابل دریایی این موضوع را از طریق ترکیبی از انتخاب مواد پایه، عملیات سطحی و آب بندی برطرف می کنند:

مصالح سازه ای

قاب ساختاری اولیه، درام و محفظه جعبه دنده وینچ های دریایی معمولاً از یکی از سه کلاس مواد بسته به شدت کار و بودجه ساخته می شوند:

• فولاد کربنی گالوانیزه گرم: مشخصات استاندارد برای اکثر وینچ های دریایی تجاری که در مناطق پاشش آب و عرشه آب و هوا کار می کنند. گالوانیزه کردن یک لایه روی 85-140 میکرومتر را رسوب می دهد که هم مانع و هم محافظت کاتدی قربانی می کند. مقرون به صرفه و قابل جوش برای تعمیرات میدانی است، اگرچه کیفیت گالوانیزه باید مطابق با ISO 1461 باشد تا از ضخامت پوشش کافی در فرورفتگی ها و نواحی رزوه ای اطمینان حاصل شود.
• فولاد ضد زنگ 316L: برای سخت‌افزار، بست‌ها، فلنج‌های درام، و اتصالات در معرض استفاده می‌شود که در آن خوردگی گالوانیکی در سطح مشترک با فلزات دیگر، یا الزامات زیبایی شناختی، پوشش‌های روی را نامناسب می‌سازد. ساختار ضد زنگ کامل 316L برای برخی از وینچ های دریایی و دریایی که دسترسی به تعمیر و نگهداری محدود است و حفاظت درازمدت در برابر خوردگی بدون پوشش مجدد مورد نیاز است، مشخص شده است.
• فولاد ضد زنگ دوبلکس و فوق دوبلکس: در اجزای بسیار خورنده زیردریایی و منطقه پاشش در سکوهای دریایی و کشتی های کابلی استفاده می شود که در آن ترک خوردگی ناشی از تنش کلریدی درجه های آستنیتی استاندارد یک خطر مستند است. هزینه مواد بالاتر با ترکیبی از استحکام بالا، چقرمگی و مقاومت برتر کلرید نسبت به 316L توجیه می شود.
• برنز و آلیاژهای تفنگ: برای یاتاقان ها، بوشینگ ها و بدنه شیرها در سیستم های هیدرولیک در معرض خنک کننده آب دریا استفاده می شود. برنج مقاوم در برابر زینک زدایی (DZR) و برنج دریایی برای اتصالات در مدارهای آب دریا با بحرانی کمتر استفاده می شود.

سیستم های پوشش

فراتر از انتخاب مواد پایه، وینچ های دریایی سیستم های پوشش محافظ چند لایه ای را دریافت می کنند که برای زنده ماندن در محیط دریایی طراحی شده اند. یک سیستم معمولی برای وینچ عرشه فراساحلی شامل آماده‌سازی سطح به Sa 2.5 (تمیز کردن با انفجار تقریباً سفید بر اساس ISO 8501-1)، یک پرایمر اپوکسی غنی از روی 60-80 میکرومتر DFT، یک لایه میانی اپوکسی 80-100 µm، و یک لایه پلی‌یورتان تاپ 6 تا 8-80 میکرومتر است. ضخامت فیلم خشک (DFT) از 200-260 میکرومتر . این سیستم یک دسته حفاظتی در برابر خوردگی C5-M یا Im2 بر اساس ISO 12944، مناسب برای مناطق غوطه‌ور شدن دائمی در دریا و مناطق جوی دریایی ارائه می‌کند.

گزینه های سیستم درایو برای وینچ های دریایی

وینچ های کابل کشی دریایی با سیستم های محرک هیدرولیک، الکتریکی و دیزلی-مکانیکی در دسترس هستند. معماری قدرت کشتی، چرخه وینچ و محل نصب، انتخاب مناسب را تعیین می کند:

درایو هیدرولیک

درایو هیدرولیک پیکربندی غالب در کشتی‌های دریایی، کشتی‌های کابل‌کش و کشتی‌های تامین سکو است. یک واحد قدرت هیدرولیک کشتی (HPU) - معمولاً یک ایستگاه پمپ هیدرولیک دیزلی یا الکتریکی - روغن تحت فشار را برای موتورهای هیدرولیک ادغام شده در جعبه دنده وینچ تامین می کند. مزایای کاربردهای دریایی قابل توجه است: کنترل سرعت نرم و بدون گام متغیر از صفر تا حداکثر؛ حفاظت ذاتی اضافه بار از طریق محدود کردن فشار شیر تسکین دهنده؛ ابعاد موتور فشرده نسبت به گشتاور تولیدی؛ و توانایی حفظ گشتاور نامی کامل در سرعت صفر برای نگه داشتن استاتیک بدون تنش حرارتی روی سیم‌پیچ‌های موتور.

سیستم‌های هیدرولیک بارهای شوک و تغییرات تنش دینامیکی را که در طول عملیات کابل در حالت‌های دریایی رخ می‌دهد، تحمل می‌کنند، جایی که عمل موج باعث بارگیری دوره‌ای می‌شود. سیال هیدرولیک به عنوان یک محیط سازگار عمل می کند که میخ های نیروی گذرا را جذب می کند که حفاظت جریان اضافی را در درایوهای الکتریکی سفت و سخت از بین می برد. فشار عملیاتی برای سیستم‌های هیدرولیک وینچ دریایی معمولاً 200 تا 350 بار است، با طرح‌های مدار دوگانه، افزونگی را برای کاربردهای حیاتی ایمنی فراهم می‌کند.

درایو الکتریکی

وینچ های دریایی با رانش الکتریکی – با موتورهای AC با درایوهای فرکانس متغیر (VFD) یا موتورهای DC با کنترل تریستور – در کشتی هایی که خطر آلودگی هیدرولیکی غیرقابل قبول است (کشتی های تحقیقاتی، قایق های تفریحی لوکس، عملیات حساس به محیط زیست) و در جایی که کنترل دقیق سرعت و تنش در آن ها اولویت دارد، ترجیح داده می شوند. درایوهای AC کنترل شده با VFD مدرن، کنترل گشتاور صاف را در محدوده سرعت کامل، قابلیت ترمز احیاکننده که انرژی را در حین بازیابی کابل به اتوبوس الکتریکی کشتی برمی‌گرداند، و یکپارچه‌سازی نظارت از راه دور از طریق پروتکل‌های فیلدباس دیجیتال (Profibus، CANbus، Modbus) ارائه می‌دهند.

رتبه بندی IP برای موتورهای وینچ الکتریکی دریایی و پانل های کنترل بسیار مهم است. موتورهای نصب شده روی عرشه هوای آزاد به حداقل نیاز دارند IP56 (محافظت در برابر جت های آب قدرتمند از هر جهت)؛ تجهیزات زیر دریا یا منطقه شستشو به IP67 یا IP68 نیاز دارند. جعبه‌های اتصال و محفظه‌های کنترلی باید الزامات گواهینامه ATEX یا IECEx را برآورده کنند، اگر در اتمسفرهای بالقوه انفجاری مانند دریچه‌های مخزن سوخت یا در عملیات کابل‌گذاری شامل کابل‌های زیر دریا با شارژ گاز نصب شوند.

دیزل مکانیکی درایو

وینچ‌های دیزلی مستقل استقلال کاملی از سیستم‌های قدرت کشتی را فراهم می‌کنند و در کشتی‌های کوچک بدون مدارهای هیدرولیک اختصاصی، کشتی‌های واکنش اضطراری که قابلیت اطمینان سیستم قدرت را نمی‌توان فرض کرد، و تجهیزات کابل کشی قابل حمل برای عملیات دریایی موقت استفاده می‌شوند. موازنه، دقت کنترل سرعت محدود در مقایسه با درایوهای الکتریکی هیدرولیک یا VFD، نیازهای تعمیر و نگهداری بالاتر، و انتشار صدا و اگزوز است که استفاده در فضای داخلی یا محدود را محدود می کند.

مشخصات فنی کلیدی برای وینچ های کشنده کابل دریایی

تعیین یک وینچ کابل کش دریایی مستلزم ارزیابی مجموعه ای از پارامترها است که از نظر تأکید با معادل های زمینی متفاوت است:

کشش خط نامی همیشه در اولین لایه طناب روی درام مشخص می شود. همانطور که لایه های طناب انباشته می شوند، شعاع موثر درام افزایش می یابد و نیروی کشش به طور متناسب کاهش می یابد - یک وینچ با 100 کیلو نیوتن در لایه اول ممکن است تنها 65-70 کیلو نیوتن را در لایه چهارم ارائه دهد. برای عملیاتی که کشش نامی کامل باید در طول کشش در دسترس باشد، درام باید به گونه ای اندازه شود که حداکثر طول طناب مورد نیاز در دو لایه اول قرار گیرد، یا وینچ باید بر این اساس ارتقا یابد.

نصب عرشه، ادغام ساختاری، و الزامات جامعه طبقه بندی

وینچ های کشنده کابل دریایی اجزای ساختاری سیستم عرشه کشتی هستند، نه صرفاً تجهیزات پیچ شده. نصب آنها باید نه تنها در برابر نیروهای واکنش ساکن ناشی از بار کششی نامی، بلکه همچنین بارهای دینامیکی ناشی از حرکت کشتی را تحمل کند - نیروهای شتاب در گام، غلتک و ارتفاع که می تواند بار موثر بر روی اتصالات عرشه را با ضریب 1.5 تا 3.0 در حالت های شدید دریایی افزایش دهد.

انجمن های طبقه بندی - DNV، Lloyd's Register، Bureau Veritas، ABS، و دیگران - قوانینی را برای نصب ماشین آلات وینچ و عرشه منتشر می کنند که به عنوان شرایط صدور گواهینامه کلاس کشتی اجرا می شود. این قوانین بر بارهای طراحی فونداسیون، مشخصات جوشکاری و بازرسی، گواهی مواد برای اجزای ساختاری، تست عملکرد ترمز و الزامات حفاظت از اضافه بار حاکم است. تایید نوع از جامعه طبقه بندی مربوطه معمولاً برای وینچ‌های نصب شده بر روی کشتی‌های طبقه‌بندی شده مورد نیاز است و تأیید می‌کند که طراحی وینچ با قوانین قابل اجرا در پیکربندی رتبه‌بندی آن مطابقت دارد.

طراحی فونداسیون به عهده مهندس سازه است اما باید با داده های بار سازنده وینچ هماهنگ شود. ورودی‌های حیاتی عبارتند از: کشش درجه‌بندی شده بولارد در سمت جلو، جهت اعمال بار، ضریب تقویت دینامیکی برای ویژگی‌های حرکت کشتی، و وزن خود و مرکز ثقل وینچ برای محاسبات بار اینرسی. پایه‌های وینچ‌های بزرگ دریایی - به عنوان مثال، کشنده‌های کابل در کشتی‌های کابل‌گذاری - می‌توانند چندین تن وزن داشته باشند و به تقویت قاب تحت وب نیاز داشته باشند که چندین قاب را در زیر آبکاری عرشه گسترش دهد.

کاربردهای خاص: کابل کشی زیر دریا، حمل و نقل ناف و پهلوگیری

وینچ های کابل کش دریایی نقش های متمایزی را در رشته های مختلف دریایی و دریایی ایفا می کنند و مشخصات بین کاربردها به طور معنی داری متفاوت است:

نصب کابل برق زیر دریا

کشتی‌های کابل‌گذاری که کابل‌های صادراتی مزارع بادی دور از ساحل و کابل‌های بین آرایه‌ای را نصب می‌کنند، از سیستم‌های کشنده - اساساً کشنده‌های چرخ گاوچرخ بزرگ با جفت‌های نواری متحرک متعدد - برای کنترل تنش کابل و سرعت تخمگذار به طور همزمان استفاده می‌کنند. کابل تحت فشار کنترل شده ای از کشنده عبور می کند که از چرخش آزاد جلوگیری می کند در حالی که امکان پرداخت کنترل شده در سرعت عبور کشتی را فراهم می کند. دقت کنترل کشش ± 2-5 کیلو نیوتن معمولی است و شکل کابل را در بستر دریا در پارامترهای طراحی حفظ می کند. قرقره های ذخیره سازی جداگانه یا میزهای گردان سیم پیچ کابل را حمل می کنند و اغلب چندین هزار تن کابل را برای صادرات طولانی مدت در خارج از ساحل در خود جای می دهند.

ROV و وینچ نافی

کشتی‌های پشتیبانی ROV وینچ‌های نافی اختصاصی را حمل می‌کنند که قدرت ترکیبی، فیبر نوری و ناف هیدرولیک را مدیریت می‌کنند که کشتی سطحی را به وسیله نقلیه از راه دور در طول عملیات زیردریایی متصل می‌کند. این وینچ ها نیاز دارند کنترل تنش ثابت - حفظ یک کشش مشخص در ناف بدون توجه به ارتفاع رگ - برای جلوگیری از سستی متناوب ناف و سفت شدن ناف هنگام بالا رفتن و پایین آمدن رگ به هنگام تورم. سیستم‌های جبران افزایش فعال (AHC)، اعم از هیدرولیکی یا الکتریکی، حرکت کشتی را حس می‌کنند و درام وینچ را برای پرداخت و بازیابی ناف در زمان واقعی هدایت می‌کنند و به طور موثر وسیله نقلیه زیردریایی را از حرکت کشتی جدا می‌کنند.

عملیات کابل کشی و مهار لنگر

کشتی‌های حمل لنگر از وینچ‌های با ظرفیت بالا برای استقرار و بازیابی زنجیره‌های لنگر و لنگرهای سیمی برای سکوهای تولید شناور، کشتی‌های حفاری و شناورهای نیمه شناور استفاده می‌کنند. این وینچ ها با نیروی کششی از 500 کیلو نیوتن تا بیش از 5000 کیلونیوتن عمل می کنند و باید زنجیره، طناب سیمی و طناب پلی استر را به طور جداگانه یا به صورت ترکیبی از طریق درام های تقسیم شده یا تنظیمات وینچ کششی کنترل کنند. مشخصات عملیاتی شامل کشش پایدار با فشار بالا برای استقرار لنگر و به دنبال آن بازیابی سریع خط است - چرخه کاری که تقاضاهای سنگینی را بر ظرفیت دفع حرارت سیستم هیدرولیک و استقامت حرارتی ترمز درام تحمیل می کند.

الزامات نگهداری در خدمات دریایی

محیط دریایی مکانیسم‌های تخریب را که تجهیزات خشکی به ندرت با آن مواجه می‌شوند تسریع می‌کند، و نظم و انضباط تعمیر و نگهداری پیشگیرانه را برای قابلیت اطمینان وینچ و عمر مفید مهم‌تر می‌کند:

• بازرسی پوشش و لمس: آسیب مکانیکی به پوشش های محافظ - ناشی از پارگی طناب، ضربه ابزار و سایش در حین عملیات عرشه - باید به سرعت قبل از انتشار خوردگی در زیر لبه پوشش، تعمیر شود. بازرسی سالانه پوشش با اندازه‌گیری DFT، مناطقی را که به پایان عمرشان نزدیک می‌شوند، قبل از شروع خوردگی بستر شناسایی می‌کند.
• بازرسی و تعویض مهر و موم: مهر و موم شفت، هواگیر گیربکس و مهر و موم اتصالات هیدرولیک در معرض اشعه ماوراء بنفش و جو نمک با سرعت بیشتری نسبت به محیط های صنعتی تخریب می شوند. جایگزینی برنامه ریزی شده در فواصل زمانی مشخص شده توسط سازنده - معمولاً 2 تا 3 سال برای آب بندی های الاستومری در معرض - از خرابی های ورودی که می تواند یاتاقان ها و قطعات داخلی گیربکس را تخریب کند، جلوگیری می کند.
• روغن کاری: گیربکس های وینچ دریایی از روغن های دنده مصنوعی با افزودنی های بازدارنده زنگ استفاده می کنند که برای محیط های مرطوب فرموله شده اند. تجزیه و تحلیل روغن در فواصل سالیانه ورود آب، آلودگی ذرات فلزی ناشی از سایش دنده، و کاهش مواد افزودنی را تشخیص می‌دهد که هر کدام اقدامات نگهداری متفاوتی را نشان می‌دهند. یاتاقان‌های در معرض و حلقه‌های کشنده به گریس درجه‌بندی دریایی با رتبه‌بندی NLGI 2 و مقاومت بالا در برابر شستشوی آب نیاز دارند.
• بازرسی ترمز: لنت های ترمز دیسکی و لنت های ترمز درام باید از نظر سایش و آلودگی بازرسی شوند. روغن یا گریس روی سطوح ترمز ظرفیت نگه‌داری را به شدت کاهش می‌دهد و باید به جای تمیز کردن ساده، منبع را بررسی کرد. پیش بار فنر ترمز و فشار آزادسازی هیدرولیک باید مطابق با مشخصات سازنده در طول بازرسی سالانه تأیید شود.
• وضعیت سیم و کابل: طناب های کششی و کابل های جابجایی باید بر اساس معیارهای ISO 4309 بازرسی شوند - تعداد سیم های شکسته در طول لایه، خوردگی، پیچ خوردگی و کاهش قطر که نشان دهنده تخریب هسته است. معیارهای بازنشستگی برای سیم طناب های دریایی معمولاً محافظه کارانه تر از کاربردهای زمینی به دلیل پیامد شکست در یک محیط دریایی است.