Последние правила и стандарты, регулирующие безопасность и производительность судовых друстеров

Безопасность и производительность морских двигателей имеют решающее значение для эффективной эксплуатации судов, морских платформ и подводных транспортных средств. Последние обновления в правилах и стандартах в международных, региональных и отраслевых структурах направлены на повышение мер безопасности, обеспечение механической и электрической надежности и содействие технологическим инновациям при достижении строгих экологических целей. Эта статья предоставляет всеобъемлющий, авторитетный обзор текущего нормативного ландшафта, регулирующего проектирование, производство, испытания и эксплуатацию морских двигателей, с акцентом на последние разработки и их практические последствия для операторов флота, верфей и производителей оборудования.

Обзор морских правил Thruster

Морские двигатели - будь то азимутирующие, туннельные или струйные - подчиняются сложному и перекрывающемуся набору международных конвенций, правил классификационного общества, требований национальных морских властей и отраслевых технических стандартов. Эти правила касаются безопасности жизни на море, структурной целостности, пожарной безопасности, электрической безопасности, пределов шума и вибрации и защиты окружающей среды. Основная цель состоит в том, чтобы двигатели могли надежно выполнять свои предполагаемые функции при всех предсказуемых условиях эксплуатации, включая чрезвычайные ситуации, такие как потеря основного двигателя или рулевого управления.

Соответствие нормативным требованиям не является факультативным; это является необходимым условием для сертификации судов, страхового покрытия, входа в порт и работы в международных водах. Несоблюдение может привести к задержаниям, эксплуатационным ограничениям и значительным финансовым штрафам. Регулятивная база является динамичной, с обновлениями, обусловленными расследованиями несчастных случаев, технологическими достижениями, экологическими императивами и отраслевым консенсусом. Производители и операторы должны быть проинформированы об изменениях для поддержания соответствия и конкурентного преимущества.

Международные стандарты морской организации (ИМО)

ИМО, специализированное учреждение Организации Объединенных Наций, создает основные международно-правовые рамки для обеспечения безопасности судоходства и охраны окружающей среды.

• Международная конвенция по безопасности человеческой жизни на море (SOLAS) — Глава II-1 SOLAS устанавливает структурные, механические и электрические требования к двигательным системам, включая избыточность, аварийную работу и испытания. Недавние поправки (например, SOLAS Reg. II-1/3-12 по аварийным буксировкам) косвенно влияют на конструкцию двигателя, но более непосредственно, SOLAS Reg. II-1/28 предписывает, что суда должны быть в состоянии поддерживать маневренность с одним основным двигателем неработоспособным. Это приводит к избыточности и независимым вспомогательным требованиям к тяговому усилителю.
• Международная конвенция о грузовых линиях (LL) — влияет на отверстия туннеля подруливающего устройства, водонепроницаемость и целостность корпуса вблизи установок подруливающего устройства.
• Международный кодекс безопасности судов, использующих газы или другие низкоточечные топлива (IGF Code) — Актуальный для двигателей на судах, работающих на газе, с указанием безопасных расстояний, вентиляции и обнаружения утечек для машинных залов.
• MARPOL Приложение VI — устанавливает ограничения на выбросы оксида азота (NOx) и оксида серы (SOx). Трубы, приводимые в движение двигателями внутреннего сгорания, должны соответствовать стандартам Tier III в обозначенных зонах контроля выбросов (ECAs). Это привело к внедрению систем селективного каталитического восстановления (SCR) и альтернативных видов топлива для двигателей с первичным двигателем.

Полный перечень резолюций и циркуляров ИМО, затрагивающих двигательные установки, см. на официальном веб-сайте ИМО: https://www.imo.org .

Правила классификационного общества

Классификационные общества, такие как Lloyd's Register (LR), DNV, ABS, Bureau Veritas (BV), ClassNK и другие, переводят конвенции ИМО в подробные технические правила проектирования, материалов, производства, тестирования и обследования. Эти правила часто более предписывающие, чем конвенции, и обновляются ежегодно или раз в два года. Ключевые наборы правил для морских двигателей включают:

• DNV-RU-SHIP Pt.4 Ch.4 (Движение, выработка электроэнергии и вспомогательные системы) — охватывает азимутирующие и туннельные двигатели, включая расчеты прочности, конструкцию подшипника, испытания уплотнения и требования к системе управления.
• Правила АБС для морских судов постройки и класса — Часть 4, Главы 2-3 — Указывает выравнивание вала двигателя, сцепление и испытание гидравлической системы.
• Правила и правила реестра судов компании Lloyd — Часть 5, Глава 8 (Движение и рулевое оборудование) — Особое внимание уделяется избыточности для судов класса DP (динамическое позиционирование).
• BV Правила классификации стальных судов — Часть B, Глава 7 — Предоставляет проектные давления, марки материалов и критерии приемлемости сварных швов для фундаментов подруливающих устройств.

Классификационные общества также выдают сертификаты одобрения типа для компонентов двигателя, которые упрощают сертификацию для серийного производства. Последние правила DNV-GL (теперь DNV) для утверждения типа двигателя включают требования к тестированию аварийной остановки и восстановлению отключения. Производители должны проконсультироваться с соответствующим обществом правила и стандарты портала для текущей редакции.

Последние обновления в стандартах

За последние пять лет несколько важных обновлений изменили правила морских двигателей, которые касаются электробезопасности, экологических характеристик, шума и вибрации, а также интеграции цифровых систем управления.

Стандарты МЭК для морских электрических установок и систем управления

Международная электротехническая комиссия (МЭК) публикует серию стандартов в соответствии с МЭК 60092 - Электрические установки на судах. Поправки к МЭК 60092-201 (Системный дизайн - Общий) и МЭК 60092-203 (Системный дизайн - Электрическое оборудование) ужесточили требования к защите двигателя двигателя от коротких замыканий, перегрузки и потери питания. Для приводов переменной частоты двигателя (VFD), МЭК 60092-501 (Особые характеристики - Электродвигательный завод) теперь предписывает пределы гармонических искажений (THD < 5% при номинальной мощности) для предотвращения помех другим судовым системам.

Кроме того, IEC 61162 (Цифровые интерфейсы для навигационного оборудования) и IEC 61174 (Электронные графические дисплеи и информационные системы — ECDIS) косвенно влияют на интерфейсы управления двигателем, особенно для операций DP. Последняя редакция IEC 62600-100 для волновых преобразователей энергии включает в себя конкретные разделы для дополнительного движения на тяговом двигателе, обеспечивающие безопасную интеграцию с системами, подключенными к сетке, на морских установках. Веб-сайт IEC предоставляет полные данные: https://www.iec.ch/стандарты.

Экологические нормы: MARPOL, биообрастание и экодизайн

Экологические стандарты теперь выходят за рамки выбросов выхлопных газов. MARPOL Приложение I (Нефть) и Приложение II (Химические вещества) устанавливают строгие ограничения на утечку нефти из гидравлических систем, используемых в управлении шагом двигателя, рулевом управлении азимутом и выдвижных системах. Требования включают в себя вторичное удержание, капельные лотки и уплотнения с низким утечкой. Недавние поправки к MARPOL Конвенции (например, MEPC.328(76)) также касаются подводного излучаемого шума (URN), который в значительной степени генерируется кавитацией двигателя и взаимодействием винта. Руководящие принципы Подкомитета ИМО по проектированию и строительству судов (SDC) теперь рекомендуют ограничения URN для новых судов для снижения воздействия на морскую фауну.

Управление биообрастанием (Руководящие принципы ИМО по биообрастанию, резолюция MEPC.337(76)) затрагивает поверхности и туннели двигателей; противообрастание покрытий должно быть одобрено в соответствии с Конвенцией AFS. Между тем, Регламент ЕС 1257/2013 по утилизации судов влияет на материалы двигателей - производители должны предоставить инвентаризацию опасных материалов (IHM), документирующих вещества, такие как гексавалентный хром в покрытиях или асбест в прокладках. Будущие стандарты эко-дизайна в рамках Европейского агентства по безопасности на море (EMSA) могут поручить оценку жизненного цикла (LCA) для основного оборудования, включая двигатели, для сокращения встроенного углерода.

Кибербезопасность и автономные операции

По мере того, как двигатели становятся все более зависимыми от цифровых контроллеров, удаленного мониторинга и автоматизации DP, появились правила кибербезопасности. IMO MSC-FAL.1/Circ.3 по управлению морскими киберрисками в системах управления безопасностью (эффективный 2021 год) требует, чтобы сети управления двигателем были защищены от несанкционированного доступа. Общества классификации ответили такими правилами, как ABS CyberSafety и DNV-RP-0496 (Рекомендуемая практика для кибербезопасности). Они требуют от производителей двигателей внедрения безопасной загрузки, аутентифицированных обновлений прошивки и сегментации сети между системами управления двигателем и бизнес-сетями судов. Для автономных или дистанционно управляемых судов разрабатываются дополнительные стандарты из IMO Maritime Autonomous Surface Ships (MASS) Framework , с избыточностью двигателей и отказоустойчивой логикой в качестве ключевых областей фокусировки

Влияние нормативных актов на отраслевую практику

Совокупный эффект этих обновлений нормативных актов является глубоким, влияя на все, от проектирования концепции до обслуживания на протяжении всего срока службы. Операторы флота, верфи и OEM-производители должны адаптировать свою практику, чтобы оставаться совместимыми и конкурентоспособными.

Дизайн и сертификация

Инженеры-конструкторы Thruster теперь должны одновременно учитывать несколько регуляторных потоков. Например, азимутирующий двигатель, предназначенный для морского судна DP2, должен удовлетворять:

• Требования к резервированию SOLAS (две независимые системы двигателей с отдельными запасами);
• Классификация общества правил прочности передач, жизни подшипников и целостности уплотнения (например, правила LR требуют подшипников с рейтингом 25 лет жизни L10);
• IEC 60092 - стандарты электробезопасности и ЭМС;
• Масло MARPOL с ограничением по шуму;
• Требования к кибербезопасности MSC-FAL для системы управления.

Сертификация включает в себя серию обзоров конструкции (например, анализ конечных элементов для интеграции вала и корпуса), тестирование прототипов (включая испытания на выносливость при полной нагрузке и испытания на аварийную остановку, засвидетельствованные инспектором класса) и утверждение типа. Более новые правила также требуют режимов отказа, эффектов и анализа критичности (FMECA) для двигателей, используемых в критических системах DP, в соответствии с DNV-OS-E301 (Position Mooring) и IMO DP Guidelines MSC.1/Circ.1580 .

Производители, которые применяют подход , ориентированный на соответствие , — встраивая нормативные требования на ранних этапах цикла разработки — сокращают задержки сертификации и перерасход средств. Цифровые инструменты, такие как цифровые двойники , все чаще используются для моделирования характеристик двигателя при различных сценариях отказа и проверки соответствия до создания физических прототипов.

Испытания и техническое обслуживание

Обновленные стандарты повысили планку для тестирования. В настоящее время для проведения тестов на практикумах требуется:

• Безнагрузочные и полноразмерные ходовые испытания с измерениями вибрации и шума по ISO 20283-5 (механическая вибрация на судах — двигательные установки);
• Испытания на гидростатическое давление для гидравлических цилиндров и аккумуляторов в соответствии с требованиями EN 14359 или эквивалентного класса;
• Восстановление выключателя и автоматические испытания на перезапуск , чтобы убедиться, что двигатели могут возобновить работу в течение определенного времени после отказа питания;
• Испытание на электромагнитную совместимость (ЭМС) на МЭК 60092-204 (для проводимых и излучаемых выбросов).

В процессе технического обслуживания должны соблюдаться графики обследования классов (например, 5-летнее удаление хвостового вала, 10-летний капитальный ремонт). Однако недавние правила поощряют техническое обслуживание на основе условий (CBM) с использованием мониторинга температуры, вибрации и состояния масла в режиме реального времени. Руководящие принципы IMO по использованию методов мониторинга состояния (MSC.1/Circ.1464) позволяют увеличить интервалы обследования классов, когда доступны надежные данные о CBM. Это требует от производителей двигателей установки утвержденных датчиков и обеспечения систем управления данными, которые поступают в запланированную систему технического обслуживания судна (PMS).

Проблемы и будущие направления

Несмотря на достигнутый прогресс, в области регулирования по-прежнему существует ряд проблем, и предпринимаемые усилия направлены на их решение путем согласования и внедрения инноваций.

Гармонизация стандартов

Многообразие правил среди классификационных обществ может создать неэффективность. Двигатель, сертифицированный DNV, может нуждаться в дополнительной документации для ABS или LR, когда судно меняет флаг или класс. Международная ассоциация классификационных обществ (IACS) работает в направлении унифицированных требований (URs) для двигательных установок. Недавний IACS UR M36 (Электрические и силовые установки) стандартизирует некоторые процедуры испытаний, но национальные изменения сохраняются. Инициатива IMO Цели-ориентированные стандарты (GBS) направлена на установление функциональных требований, обеспечивая гибкость в соответствии - это может упростить сертификацию для двигателей, если она будет широко принята. Взаимное признание утверждений типа среди крупных классовых обществ для сокращения дублирования.

Новые технологии: электрическое движение, гибриды и стержни с нулевым уровнем выбросов

По мере того, как морская промышленность движется к декарбонизации, технология двигателей быстро развивается. Полноэлектрические азимутальные двигатели с двигателями с постоянными магнитами (PMM) предлагают более высокую эффективность и более низкое техническое обслуживание, но требуют новых стандартов для высоковольтных систем постоянного тока (HVDC) и сверхпроводящих материалов. МЭК начал работу над МЭК 60092-303 (электродвигательные системы - высоковольтное ширина соединения и аккумуляторное хранение), которые будут влиять на распределение мощности двигателя на гибридных батареях судов.

Для судов с нулевым уровнем выбросов (с использованием водорода, аммиака или метанола) интеграции топливных элементов двигателя и двухтопливных двигателей должны соответствовать новым поправкам Кодекса FLT:1 и ISO 21593 (Освоение для морских топливных элементов). В настоящее время в этих стандартах отсутствуют конкретные положения для вспомогательных нагрузок, приводимых в действие двигателем, поэтому производители должны работать с администрациями флага и классификационными обществами над альтернативными утверждениями конструкции в соответствии с SOLAS Reg. II-1/55.