ونش سحب الكابلات البحرية: الأنواع ودليل البناء والاختيار

ما الذي يحدد أ ونش سحب الكابلات البحرية

إن ونش سحب الكابلات البحرية عبارة عن جهاز شد ميكانيكي تم تصميمه خصيصًا للبيئات البحرية والبيئات البحرية، حيث يفرض التعرض للمياه المالحة وحركة السفينة وقيود المساحة ودورات العمل الصعبة متطلبات لا يمكن لساحبي الكابلات الأرضية القياسية تلبيتها بشكل موثوق. إن التسمية "بحري" ليست تجميلية - فهي تعكس مواصفات هندسية مختلفة تمامًا تشمل المواد، والختم، والتصميم الهيكلي، وأنظمة الطاقة، والحماية من التآكل التي تميز هذه الوحدات عن الروافع الصناعية العامة.

على السفن والمنصات البحرية، تخدم رافعات سحب الكابلات وظائف متعددة متميزة: وضع واستعادة كابلات الطاقة والإشارة تحت سطح البحر أثناء عمليات التثبيت، والتعامل مع خطوط الإرساء وكابلات التثبيت أثناء حفظ المحطة، وشد الكابلات السرية بين السفن السطحية ومركبات ROVs أو المنشآت تحت سطح البحر، وإدارة عمليات السطح مثل القطر ومناولة البضائع حيث يكون شد الكابل المتحكم فيه أمرًا بالغ الأهمية. يضع كل تطبيق متطلبات مختلفة على قوة السحب، وسرعة الخط، وسعة الأسطوانة، ودقة التحكم.

بيئة التشغيل هي التحدي الحاسم. إن رذاذ الملح المستمر، وغسل الأمواج، ومستويات الرطوبة التي تقترب من 100٪، ودورة درجة الحرارة من الظروف الاستوائية إلى القطب الشمالي، والتأثير التآكل للكائنات الحية الدقيقة البحرية مجتمعة تخلق بيئة تدهور تطغى على المعدات الصناعية القياسية في غضون أشهر. تم تصميم ونش سحب الكابلات البحرية المحدد بشكل صحيح لعمر الخدمة الذي يتم قياسه بعقود في ظل هذه الظروف.

المواد البحرية وأنظمة الحماية من التآكل

اختيار المواد هو أساس متانة الرافعة البحرية. يهاجم الغلاف الجوي المحمل بالأملاح في البيئة البحرية الفولاذ الكربوني بسرعة - يمكن أن يؤدي الفولاذ الطري غير المحمي إلى تآكل كبير في أسابيع من التعرض المستمر للمياه المالحة. تعالج روافع سحب الكابلات البحرية هذه المشكلة من خلال مجموعة من اختيار المواد الأساسية ومعالجة السطح والختم:

المواد الهيكلية

عادةً ما يتم إنشاء الإطار الهيكلي الأساسي والأسطوانة وعلبة التروس للروافع البحرية من واحدة من ثلاث فئات مواد اعتمادًا على شدة الخدمة والميزانية:

• الصلب الكربوني المجلفن بالغمس الساخن: المواصفات القياسية لمعظم الروافع البحرية التجارية التي تعمل في مناطق الرش وأسطح الطقس. ترسب الجلفنة طبقة من الزنك تبلغ 85-140 ميكرومتر والتي توفر كلا من الحماية الكاثودية العازلة والتضحية. فعالة من حيث التكلفة وقابلة للحام للإصلاحات الميدانية، على الرغم من أن جودة الجلفنة يجب أن تتوافق مع ISO 1461 لضمان سمك الطلاء المناسب في التجاويف والمناطق الملولبة.
• الفولاذ المقاوم للصدأ 316L: يستخدم للأجهزة، والمثبتات، وحواف الأسطوانة، والتجهيزات المكشوفة حيث يؤدي التآكل الجلفاني عند الواجهة مع المعادن الأخرى، أو المتطلبات الجمالية، إلى جعل طلاءات الزنك غير مناسبة. تم تحديد البناء الكامل المقاوم للصدأ 316L لبعض الروافع البحرية والبحرية حيث يكون الوصول إلى الصيانة محدودًا ويتطلب الحماية من التآكل على المدى الطويل دون إعادة الطلاء.
• الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج والفائق الازدواج: يستخدم في المكونات تحت سطح البحر شديدة التآكل ومنطقة الرش على المنصات البحرية وسفن وضع الكابلات حيث يمثل تكسير إجهاد الكلوريد للدرجات الأوستنيتي القياسية خطرًا موثقًا. يتم تبرير ارتفاع تكلفة المواد من خلال الجمع بين القوة العالية والمتانة والمقاومة الفائقة للكلوريد مقارنةً بـ 316L.
• سبائك البرونز والمعدن: يستخدم للمحامل والبطانات وأجسام الصمامات في الأنظمة الهيدروليكية المعرضة للتبريد بمياه البحر. يتم استخدام النحاس المقاوم لإزالة الزنك (DZR) والنحاس البحري في التركيبات في دوائر مياه البحر ذات الأهمية المنخفضة.

أنظمة الطلاء

بالإضافة إلى اختيار المواد الأساسية، تتلقى الروافع البحرية أنظمة طلاء واقية متعددة الطبقات مصممة للبقاء على قيد الحياة في البيئة البحرية. يتكون النظام النموذجي للرافعة البحرية من إعداد السطح إلى Sa 2.5 (تنظيف السفع شبه الأبيض وفقًا لمعايير ISO 8501-1)، وطبقة أولية من الإيبوكسي الغني بالزنك تبلغ 60-80 ميكرومتر DFT، وطبقة متوسطة من الإيبوكسي تبلغ 80-100 ميكرومتر، وطبقة علوية من البولي يوريثين أو الإيبوكسي تتراوح بين 60-80 ميكرومتر - مما يعطي سمكًا إجماليًا للفيلم الجاف (DFT) يبلغ 200-260 ميكرومتر . يوفر هذا النظام فئة حماية من التآكل تبلغ C5-M أو Im2 وفقًا لمعيار ISO 12944، وهي مناسبة للغمر البحري الدائم ومناطق الغلاف الجوي البحري.

خيارات نظام القيادة للروافع البحرية

تتوفر رافعات سحب الكابلات البحرية بأنظمة الدفع الهيدروليكية والكهربائية والديزل الميكانيكية. تحدد بنية طاقة السفينة ودورة عمل الونش وموقع التثبيت الاختيار المناسب:

محرك هيدروليكي

يعد المحرك الهيدروليكي هو التكوين السائد في السفن البحرية وسفن مد الكابلات وسفن إمداد المنصات. تقوم وحدة الطاقة الهيدروليكية على متن السفينة (HPU) - عادةً ما تكون محطة ضخ هيدروليكية تعمل بالديزل أو الكهرباء - بتزويد الزيت المضغوط للمحركات الهيدروليكية المدمجة في علبة تروس الونش. مزايا التطبيقات البحرية كبيرة: تحكم سلس ومتغير في السرعة من الصفر إلى الحد الأقصى؛ الحماية من الحمل الزائد المتأصل من خلال الحد من ضغط صمام التنفيس؛ أبعاد المحرك المدمجة بالنسبة إلى عزم الدوران الناتج؛ والقدرة على الحفاظ على عزم الدوران الكامل عند سرعة صفر للتثبيت الثابت دون الضغط الحراري على ملفات المحرك.

تتحمل الأنظمة الهيدروليكية أحمال الصدمات وتغيرات التوتر الديناميكي التي تحدث أثناء عمليات الكابلات في الحالات البحرية حيث تؤدي حركة الأمواج إلى التحميل الخاطف الدوري. يعمل السائل الهيدروليكي كوسيط متوافق يمتص طفرات القوة العابرة التي من شأنها أن تعطل حماية التيار الزائد على المحركات الكهربائية الصلبة. تتراوح ضغوط التشغيل للأنظمة الهيدروليكية للونش البحري عادةً من 200 إلى 350 بار، مع تصميمات مزدوجة الدائرة توفر التكرار للتطبيقات الحرجة للسلامة.

محرك كهربائي

الروافع البحرية المدفوعة كهربائيًا - التي تعمل بمحركات التيار المتردد ذات محركات التردد المتغير (VFDs) أو محركات التيار المستمر مع أدوات التحكم الثايرستور - مفضلة على السفن التي تكون فيها مخاطر التلوث الهيدروليكي غير مقبولة (سفن الأبحاث، واليخوت الفاخرة، والعمليات الحساسة للبيئة) وحيث يكون التحكم الدقيق في السرعة والتوتر أمرًا بالغ الأهمية. توفر محركات التيار المتردد الحديثة التي يتم التحكم فيها بواسطة VFD تحكمًا سلسًا في عزم الدوران عبر نطاق السرعة الكامل، وقدرة الكبح المتجددة التي تغذي الطاقة مرة أخرى إلى الناقل الكهربائي للسفينة أثناء استعادة الكابل، وتكامل المراقبة عن بعد من خلال بروتوكولات ناقل المجال الرقمي (Profibus، CANbus، Modbus).

تعتبر تصنيفات IP لمحركات الونش الكهربائية البحرية ولوحات التحكم أمرًا بالغ الأهمية. تتطلب المحركات المثبتة على أسطح الطقس المفتوحة الحد الأدنى من IP56 (محمي ضد نفاثات الماء القوية من أي اتجاه)؛ تتطلب المعدات تحت سطح البحر أو منطقة الغسيل IP67 أو IP68. يجب أن تستوفي صناديق التوصيل ومرفقات التحكم متطلبات شهادة ATEX أو IECEx إذا تم تركيبها في أجواء يحتمل أن تكون قابلة للانفجار، مثل بالقرب من فتحات خزان الوقود أو في عمليات مد الكابلات التي تتضمن كابلات تحت سطح البحر مشحونة بالغاز.

محرك الديزل الميكانيكي

توفر الروافع ذاتية التشغيل التي تعمل بالديزل استقلالًا كاملاً عن أنظمة الطاقة على متن السفن، وتُستخدم على السفن الصغيرة التي لا تحتوي على دوائر هيدروليكية مخصصة، وأوعية الاستجابة للطوارئ حيث لا يمكن افتراض موثوقية نظام الطاقة، ومعدات سحب الكابلات المحمولة للعمليات البحرية المؤقتة. تتمثل المقايضة في دقة التحكم في السرعة المحدودة مقارنة بالمحركات الهيدروليكية أو المحركات الكهربائية VFD، ومتطلبات الصيانة الأعلى، وانبعاثات الضوضاء والعادم التي تقيد الاستخدام الداخلي أو في الأماكن الضيقة.

المواصفات الفنية الرئيسية لرافعات سحب الكابلات البحرية

يتطلب تحديد رافعة سحب الكابلات البحرية تقييم مجموعة من المعلمات التي تختلف في التركيز عن نظيراتها الأرضية:

يتم دائمًا تحديد سحب الخط المقدر في الطبقة الأولى من الحبل على الأسطوانة. مع تراكم طبقات الحبال، يزداد نصف قطر الأسطوانة الفعال وتقل قوة السحب بشكل متناسب - قد توفر الرافعة المقدرة بـ 100 كيلو نيوتن في الطبقة الأولى 65-70 كيلو نيوتن فقط في الطبقة الرابعة. بالنسبة للعمليات التي يجب أن يكون فيها التوتر المقدر الكامل متاحًا طوال عملية السحب، يجب أن يكون حجم الأسطوانة بحيث يتناسب الحد الأقصى لطول الحبل المطلوب مع الطبقتين الأوليين، أو يجب رفع الرافعة وفقًا لذلك.

متطلبات التركيب على السطح والتكامل الهيكلي ومجتمع التصنيف

تعتبر روافع سحب الكابلات البحرية مكونات هيكلية لنظام سطح السفينة، وليست مجرد معدات مثبتة بمسامير. يجب أن يتحمل تركيبها ليس فقط قوى التفاعل الساكنة من حمل السحب المقدر، ولكن أيضًا الأحمال الديناميكية الناتجة عن حركة السفينة - قوى التسارع في الميل والتدحرج والرفع التي يمكن أن تضاعف الحمل الفعال على تركيبات السطح بعامل يتراوح بين 1.5 و3.0 في حالات البحر الشديدة.

تقوم جمعيات التصنيف - DNV، وLloyd's Register، وBureau Veritas، وABS، وغيرها - بنشر قواعد تركيب آلات الرافعات والسطح التي يتم فرضها كشروط لإصدار شهادات فئة السفن. تحكم هذه القواعد أحمال تصميم الأساس، ومواصفات اللحام والفحص، وشهادة المواد للمكونات الهيكلية، واختبار أداء الفرامل، ومتطلبات الحماية من الحمل الزائد. موافقة النوع من جمعية التصنيف ذات الصلة عادةً ما يكون هذا مطلوبًا للروافع المثبتة على السفن المصنفة، مما يؤكد أن تصميم الونش يلبي القواعد المعمول بها في تكوينه المقدر.

يقع تصميم الأساس على عاتق المهندس الإنشائي ولكن يجب أن يتم تنسيقه مع بيانات الحمولة الخاصة بالشركة المصنعة للونش. تشمل المدخلات المهمة ما يلي: سحب الحاجز المقدر عند المنطلق العادل، واتجاه تطبيق الحمل، وعامل التضخيم الديناميكي لخصائص حركة السفينة، والوزن الذاتي للرافعة ومركز الثقل لحسابات الحمل بالقصور الذاتي. يمكن لأساسات الروافع البحرية الكبيرة - شدادات الكابلات على سفن وضع الكابلات، على سبيل المثال - أن تزن عدة أطنان وتتطلب تعزيز إطار الويب الذي يمتد إطارات متعددة أسفل طلاء السطح.

تطبيقات محددة: مد الكابلات تحت سطح البحر، والمناولة السرية، والإرساء

تخدم رافعات سحب الكابلات البحرية أدوارًا مميزة عبر مختلف التخصصات البحرية والبحرية، وتختلف المواصفات بشكل كبير بين التطبيقات:

تركيب كابلات الطاقة تحت سطح البحر

تستخدم سفن مد الكابلات التي تقوم بتركيب كابلات تصدير مزارع الرياح البحرية والكابلات بين الصفيفات أنظمة الموتر - بشكل أساسي ساحبات كبيرة ذات عجلات كبيرة مع أزواج حزم مدفوعة متعددة - للتحكم في شد الكابل وسرعة التمديد في وقت واحد. يمر الكابل عبر الموتر تحت قوة إمساك متحكم بها تمنع التخزين المؤقت الحر بينما تسمح بدفع تعويضات متحكم فيها بسرعة عبور السفينة. تعد دقة التحكم في الشد التي تبلغ ± 2-5 كيلو نيوتن أمرًا نموذجيًا، مما يحافظ على شكل سلسال الكابل في قاع البحر ضمن معايير التصميم. تحمل بكرات التخزين أو الأقراص الدوارة المنفصلة ملف الكابل، وغالبًا ما تحتوي على عدة آلاف من الأطنان من الكابلات لعمليات التصدير البحرية الطويلة.

ROV والروافع السرية

تحمل سفن دعم ROV روافع سرية مخصصة لإدارة الطاقة المجمعة والألياف الضوئية والسري الهيدروليكي الذي يربط السفينة السطحية بالمركبة التي يتم تشغيلها عن بعد أثناء العمليات تحت سطح البحر. تتطلب هذه الروافع السيطرة على التوتر المستمر - الحفاظ على توتر محدد في السرة بغض النظر عن تحرك الوعاء - لمنع السرة من الركود بالتناوب والانقباض مع ارتفاع الوعاء وهبوطه في الانتفاخ. تستشعر أنظمة تعويض الارتفاع النشط (AHC)، سواء الهيدروليكية أو الكهربائية، حركة السفينة وتدفع أسطوانة الونش لدفع واستعادة السري في الوقت الفعلي، مما يؤدي بشكل فعال إلى فصل المركبة تحت سطح البحر عن حركة السفينة.

عمليات مناولة المرساة ورسو الكابلات

تستخدم سفن مناولة المرساة روافع عالية السعة لنشر واستعادة سلاسل المرساة ومراسي الحبال السلكية لمنصات الإنتاج العائمة وسفن الحفر والغواصات شبه الغاطسة. تعمل هذه الروافع عند قوى سحب تتراوح من 500 كيلو نيوتن إلى أكثر من 5000 كيلو نيوتن ويجب أن تتعامل مع السلسلة والحبل السلكي وحبل البوليستر إما بشكل منفصل أو معًا عبر براميل مقسمة أو تكوينات ونش الجر. يتضمن الملف التشغيلي سحبًا مستدامًا عالي التوتر لنشر المرساة يتبعه استرداد سريع للخط - وهي دورة عمل تضع متطلبات ثقيلة على قدرة رفض الحرارة للنظام الهيدروليكي والتحمل الحراري لفرامل الأسطوانة.

متطلبات الصيانة في الخدمة البحرية

تعمل البيئة البحرية على تسريع آليات التدهور التي نادرًا ما تواجهها المعدات البرية، مما يجعل نظام الصيانة الوقائية أكثر أهمية بالنسبة لموثوقية الرافعة وعمر الخدمة:

• فحص الطلاء واللمس: يجب إصلاح الأضرار الميكانيكية التي تلحق بالطبقات الواقية - الناتجة عن احتكاك الحبال السلكية، وتأثير الأداة، والتآكل أثناء عمليات السطح - على الفور قبل انتشار التآكل تحت حافة الطلاء. يحدد فحص الطلاء السنوي باستخدام قياس DFT المناطق التي تقترب من نهاية العمر الافتراضي قبل أن يبدأ تآكل الركيزة.
• فحص الختم واستبداله: تتحلل أختام العمود، وأجهزة تنفس علبة التروس، وأختام التركيب الهيدروليكي في التعرض للأشعة فوق البنفسجية والجو الملحي بمعدلات أسرع من البيئات الصناعية. الاستبدال المخطط له على فترات زمنية محددة من قبل الشركة المصنعة - عادة 2-3 سنوات للأختام المطاطية المكشوفة - يمنع فشل الدخول الذي يمكن أن يؤدي إلى تدمير المحامل والأجزاء الداخلية لعلبة التروس.
• التشحيم: تستخدم علب التروس للونش البحري زيوت التروس الاصطناعية مع إضافات مانعة للصدأ مصممة للبيئات الرطبة. يكشف تحليل الزيت على فترات سنوية عن دخول الماء، وتلوث الجزيئات المعدنية نتيجة تآكل التروس، واستنفاد المواد المضافة - ويشير كل منها إلى إجراءات صيانة مختلفة. تتطلب المحامل المكشوفة وحلقات الدوران شحمًا من الدرجة البحرية مع تصنيف NLGI 2 ومقاومة عالية للغسيل بالماء.
• فحص الفرامل: يجب فحص وسادات الفرامل القرصية وبطانات فرامل الأسطوانة بحثًا عن التآكل والتلوث. يقلل الزيت أو الشحوم الموجود على أسطح الفرامل من قدرة التحمل بشكل كبير ويجب التحقق من المصدر بدلاً من مجرد تنظيفه. يجب التحقق من التحميل المسبق لزنبرك الفرامل وضغط التحرير الهيدروليكي وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة أثناء الفحص السنوي.
• حالة حبل الأسلاك والكابلات: يجب فحص حبال السحب وكابلات المناولة وفقًا لمعايير ISO 4309 - عدد الأسلاك المكسورة لكل طول طبقة، والتآكل، والالتواء، وانخفاض القطر مما يشير إلى تدهور القلب. عادة ما تكون معايير التقاعد الخاصة بالحبال السلكية البحرية أكثر تحفظًا من التطبيقات البرية بسبب نتيجة الفشل في البيئة البحرية.