01 سياق التشغيل: مجموعة CSL وأسطول باناماكس

شركة مجموعة سي إس إل. هي شركة شحن مملوكة للقطاع الخاص ومقرها مونتريال، وهي أكبر مالك ومشغل لسفن التفريغ الذاتي في العالم.. يقوم أسطولها بنقل البضائع السائبة الجافة – خام الحديد, قمح, الفحم, ملح, المجاميع, السكر - للعملاء عبر البناء, فُولاَذ, طاقة, والصناعات الغذائية الزراعية على مستوى العالم. يقدم CSL أكثر من 70 مليون طن من البضائع السائبة الجافة سنوياً.[1]

قامت شركة CSL بتكليف تسع سفن جديدة ذاتية التفريغ من طراز Panamax من شركة Chengxi Shipyard Co. المحدودة. في مدينة جيانغين, الصين. تحدد شركة باناماكس أكبر فئة من السفن التي يمكنها عبور قناة بنما - وهي مصممة لتناسب الحد الأدنى من أبعاد هويس القناة مع حمل الحد الأقصى من البضائع المسموح بها. هذه ليست سفن صغيرة.

تم تخصيص أربع من السفن التسع لعملية طريق البحيرات الكبرى - دولوث, مينيسوتا إلى خليج سانت جون. طريق لورانس - كوحدات فئة لاكر تريليوم. أما الخمسة الباقون فكانوا متجهين إلى المحيط لطرق المياه الزرقاء الدولية. تتطلب كلتا الفئتين شهادة من Lloyd’s Registry والمكتب الأمريكي للشحن (ABS) قبل الدخول للخدمة, وتفرض كلتا هيئتي إصدار الشهادات حدًا صارمًا: إجمالي تشويه الجهد التوافقي (ثدف) يجب ألا يتجاوز نظام الإمداد الكهربائي بالسفينة 5%.[2][3][1]

تين. 1. سفينة CSL شارع باي. بول - واحدة من أربع سفن ذاتية التفريغ من طراز Laker Trillium Class Panamax مخصصة لعملية Great Lakes Seaway. مصدر: ميروس الدولية / مجموعة سي اس ال.[1]

02 الاكتشاف: 30% فوق حد THDv في التجارب البحرية

خلال التجارب البحرية في الصين, اكتشف CSL أن THDv على السفن’ تجاوزت أنظمة الإمداد الكهربائي 5% حد Lloyd's/ABS تقريبًا 30% - مما يعني أن THDv المقاس كان في حدود 30-35%. لا يمكن اعتماد السفن ولا يمكنها دخول الخدمة حتى يتم حل هذه المشكلة.[1]

استعانت شركة CSL بشركة Mirus International لتوفير حل تخفيف متناغم للأسطول بأكمله. بدأ ميروس بمنهجيتهم القياسية: المحاكاة أولا, ثم القياس الميداني للتحقق من صحة النموذج.

2.1 المحاكاة باستخدام SOLV™

استخدم مهندسو Mirus أدوات SOLV الخاصة بهم™ برنامج محاكاة توافقي لنمذجة النظام الكهربائي الكامل لكل سفينة - المولدات, هندسة التوزيع, وجميع أحمال VFD في ظروف التشغيل المختلفة. أنتجت المحاكاة مستويات THDv متوقعة عند نقاط القياس الرئيسية التي تتطلبها هيئات إصدار الشهادات.[1]

2.2 القياس الميداني على متن الطائرة

للتحقق من صحة SOLV™ نموذج, صعد مهندسو ميروس على متن إحدى السفن وأجروا قياسات توافقية في الموقع. تتطابق قيم THDv المقاسة ميدانيًا بشكل وثيق مع كل من SOLV™ تنبؤات المحاكاة وقياسات التجارب البحرية الخاصة بـ CSL - مما يؤكد أن نموذج المحاكاة يمثل بدقة النظام الكهربائي الفعلي للسفينة. هذه الاتفاقية الثلاثية (محاكاة, قياس مجال ميروس, تجربة CSL البحرية) أعطى ثقة قوية في توقعات ما بعد التصفية.[1]

03 أحمال VFD على ناقلات البضائع السائبة الحديثة: لماذا التوافقيات لا مفر منها

تمثل سفن CSL Panamax أحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا في تصميم ناقلات البضائع السائبة. يتم نشر محركات الأقراص ذات التردد المتغير في كل مكان - وليس كفكرة لاحقة, ولكن باعتبارها استراتيجية الكفاءة الأساسية:[1]

• محركات الدافع - مناورة السفينة والحفاظ على المحطة
• محركات مضخة الصابورة - إدارة القطع والاستقرار (2 × 350-400 حصان لكل سفينة)
• محركات الناقل التفريغ الذاتي - القدرة المحددة لسفينة التفريغ الذاتي; يقوم نظام النقل بتفريغ البضائع بدون المعدات الموجودة على الشاطئ (4 × 400 HP لكل سفينة)
• محركات مروحة التهوية - تهوية أماكن العمل والآلات, يتم التحكم في السرعة من أجل الكفاءة

يقدم كل من أنظمة القيادة هذه فوائد تشغيلية حقيقية: انخفاض استهلاك الوقود عند التحميل الجزئي, التحكم الدقيق في السرعة, انخفاض التآكل الميكانيكي. ولكن بشكل جماعي, إنها تمثل تركيزًا كبيرًا من الأحمال غير الخطية ذات 6 نبضات على نظام طاقة السفينة الذي يتم توفيره بالكامل بواسطة مولدات على متن السفينة - نفس المعاوقة العالية المصدر, مشكلة النظام الجزري التي تمت مواجهتها في دراسات الحالة السابقة في هذه السلسلة, تم توسيع نطاقها إلى أسطول مكون من تسع سفن.

3.1 ناقل التفريغ – مصدر توافقي مركز

يعد نظام النقل ذاتية التفريغ هو التقنية المميزة لسفن CSL وأكبر مصدر توافقي على متنها. أربعة 400 تمثل محركات الأقراص الناقلة HP التي تعمل في وقت واحد 1,600 قوة حمل مقوم 6 نبضات على حافلة سفينة واحدة. عندما تعمل محركات الأقراص هذه بكامل طاقتها أثناء تفريغ البضائع - وهو بالضبط عندما تكون السفينة بالقرب من الميناء, التشغيل بتكرار محدود للمولد - يكون التحميل التوافقي على النظام الكهربائي للسفينة عند الحد الأقصى.

وهذا هو السيناريو الأسوأ الذي يجب أن تثبت التجارب البحرية الامتثال له, وهذا هو بالضبط السيناريو الذي أنتج 30%+ تجاوز THDv الذي منع الشهادة.

04 حل: Lineator AUHF على أكبر محركات الأقراص, على مستوى الأسطول

4.1 استراتيجية وضع التصفية

بعد المحاكاة والتحليل, أوصى مهندسو شركة Mirus بتطبيق مرشحات Lineator AUHF على أكبر محركات VFD على كل سفينة - وتحديدًا محركات الناقل ومحركات مضخات الصابورة. تعكس استراتيجية التنسيب الانتقائية هذه مبدأً مهمًا للتخفيف التوافقي: تنتج أكبر المحركات أكبر تيارات توافقية مطلقة وبالتالي يكون لها التأثير الأكبر على الناقل THDv. يؤدي تخفيف المصادر التوافقية السائدة إلى تحقيق التوافق دون الحاجة إلى مرشحات على كل محرك أقراص على متن السيارة.[1]

4.2 الامتثال المؤكد للمحاكاة

SOLV™ أظهرت عمليات المحاكاة باستخدام مرشحات Lineator المثبتة أن THDv قد انخفض إلى حد كبير داخل نطاق 5% حدود Lloyd's/ABS على جميع السفن التسع في ظل جميع ظروف التشغيل النموذجية. إن نفس الاتفاق الوثيق بين المحاكاة والقياس الميداني الذي ميز خط الأساس لما قبل الترشيح أعطى الثقة في أن نتائج محاكاة ما بعد الترشيح كانت تنبؤات موثوقة لما ستؤكده التجارب البحرية.[1]

تين. 2. منظر سطح سفينة التفريغ الذاتي CSL Panamax والتي توضح البنية التحتية للناقل. الأربعة 400 تمثل محركات ناقل HP المصدر التوافقي المهيمن على ناقل السفينة وكانت الأهداف الأساسية لتثبيت Lineator AUHF. مصدر: ميروس الدولية / مجموعة سي اس ال.[1]

05 منظور جودة الطاقة: ما توضحه دراسة الحالة هذه

5.1 اكتشاف المشاكل التوافقية في التجارب البحرية – نمط متكرر

تشترك حالة CSL في ميزة هيكلية مع حالة سفينة الخدمة البحرية التي تمت دراستها سابقًا في هذه السلسلة: لم يتم التحقق من الامتثال التوافقي أثناء تصميم السفينة ولم يتم اكتشافه إلا في التجارب البحرية. في كلتا الحالتين, تم بناء السفينة وجاهزة للخدمة قبل اختبار النظام الكهربائي في ظل ظروف تشغيل حقيقية مع تشغيل جميع الأحمال الرئيسية في وقت واحد.

هذا النمط يمكن الوقاية منه. يمكن للمحاكاة التوافقية أثناء مرحلة التصميم - قبل بناء حوض بناء السفن - تحديد ما إذا كان تكملة VFD المخطط لها ستنتج THDv متوافقًا في جميع سيناريوهات التشغيل. تكلفة SOLV™ تمثل المحاكاة في مرحلة التصميم جزءًا صغيرًا من تكلفة حل التعديل التحديثي بعد البناء. لأسطول من تسع سفن, إن الحجة المؤيدة للتحليل التوافقي المبكر مقنعة.

5.2 وضع المرشح الانتقائي – استراتيجية المصدر السائد

إن القرار بتصفية أكبر المحركات فقط - الناقلات ومضخات الصابورة - بدلاً من جميع المحركات الموجودة على السفينة هو النهج الهندسي الصحيح عندما تهيمن بضعة أحمال كبيرة على الميزانية التوافقية. يتدرج حجم التيار التوافقي للمقوم ذو 6 نبضات تقريبًا مع حجم محرك الأقراص. الأربعة 400 محركات ناقل HP واثنين 400 HP (أو 350 HP) تمثل محركات مضخة الصابورة معًا ما يقرب من 2300 إلى 2400 حصان من الحمولة غير الخطية لكل سفينة. محركات الأقراص المتبقية هي محركات الدفع, مراوح التهوية - أصغر حجما ومساهمتها في حافلة THDv, بينما حقيقي, ثانوي.

تؤدي تصفية المصادر السائدة إلى جلب THDv داخل الملف 5% حد. من شأن تصفية كل محرك أقراص أن يضيف التكلفة والتعقيد دون حدوث تحسن متناسب في هامش الامتثال. SOLV™ حددت المحاكاة بالضبط مقدار التحسن الناتج عن كل موضع مرشح, تمكين التحقق من صحة الإستراتيجية الانتقائية قبل طلب أي جهاز.

5.3 اتفاقية المحاكاة والقياس كأداة هندسية

الاتفاقية الثلاثية الوثيقة بين SOLV™ محاكاة, قياسات حقل ميروس, وبيانات التجارب البحرية الخاصة بشركة CSL تستحق التأكيد عليها كنقطة منهجية. عندما يتم التحقق من صحة نموذج المحاكاة مقابل قياسات ميدانية مستقلة قبل تنفيذ الحل, تحمل نتيجة محاكاة ما بعد الحل وزنًا تنبؤيًا حقيقيًا. وهذا يختلف عن المحاكاة وحدها, والذي يعتمد على دقة البيانات والافتراضات المدخلة.

لأسطول من تسع سفن, إن الصعود إلى كل سفينة لإجراء قياس ما بعد التصفية سيكون مكلفًا ويستغرق وقتًا طويلاً. النموذج المعتمد يجعل من الممكن الدفاع عن تطبيق نفس مواصفات المرشح عبر الأسطول الكامل - بمجرد التأكد من دقة النموذج على سفينة واحدة, التنبؤ للآخرين يمكن الاعتماد عليه. هذه محاكاة كأداة هندسية, ليس كعرض مبيعات.

المراجع

1. [1] شركة ميروس الدولية, “دراسة حالة: شركة مجموعة سي إس إل. - التخفيف التوافقي لسفن باناماكس,” دراسة حالة التطبيق, برامبتون, أونتاريو, كندا. متاح: mirusinternational.com
2. [2] المكتب الأمريكي للشحن (ABS), “ملاحظات إرشادية حول التحكم في التوافقيات في أنظمة الطاقة الكهربائية,” ABS, هيوستن, تكساس.
3. [3] سجل لويدز, “قواعد وأنظمة تصنيف السفن,” سجل لويدز, لندن, المملكة المتحدة.