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ULSTEIN TENFJORD 5801-SD100C

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ULSTEIN TENFJORD 5801-SD100C 是全球领先的船舶与海工设备制造商挪威乌斯坦集团(Ulstein Group)旗下坦菲尤德(TENFJORD)品牌生产的一款 高精度多合一船舶状态传感器。它集成了舵角反馈可调桨(CPP)桨叶螺距角反馈的关键测量功能于一个坚固的壳体之内,是船舶推进与操控系统(如动力定位DP、综合桥楼系统IBS)中不可或缺的核心反馈单元,直接决定了船舶航向保持与机动性能的精准度。
在北海风高浪急的海域,一艘高端平台供应船(PSV)正执行动态定位(DP)作业,稳稳地将补给物资输送到一座浮式生产储油卸油装置(FPSO)旁。此时,任何一个微小的舵角或螺距指令偏差,都可能导致数万吨的船舶与价值数十亿的平台发生灾难性碰撞。确保每一个指令都被忠实执行的“眼睛”,正是像 ULSTEIN TENFJORD 5801-SD100C 这样的传感器。它实时、精确地将舵叶的实际转角与可调螺距螺旋桨(CPP)的桨叶角度,转化为可靠的电气信号,反馈给DP控制系统。控制系统据此进行每秒数十次的闭环修正,对抗风、浪、流的持续干扰。它解决的,是在极端海况下,将船长的操控意图转化为船舶毫米级精度的位移控制,其可靠性与精度是保障海上作业安全与效率的生命线。

核心参数速览:

主要参数
数值/说明
产品型号
5801-SD100C
制造商
Ulstein TENFJORD (挪威)
产品类别
船舶舵角/螺距角反馈传感器 (冗余/双通道)
测量对象1
舵轴转角 (Rudder Angle)
测量对象2
可调螺距螺旋桨桨叶角 (CPP Pitch Angle)
反馈类型
同步机 (Synchro) 或 解析器 (Resolver) 输出,或双通道冗余设计
输出信号
典型为 3-wire synchro格式 (S1, S2, S3) 或 数字/模拟信号可选
测量范围 (舵角)
通常 ±35° 至 ±70° (取决于船舶设计)
测量范围 (螺距角)
通常 -20° (全倒车) 至 +20° (全正车) 或类似范围
精度
极高,通常优于 ±0.1° (对DP系统至关重要)
防护等级
至少 IP66/IP67, 防海水、盐雾、高湿度
环境温度
工作范围宽,适应 -25°C 至 +70°C 的船用环境
机械接口
重型法兰连接,通过联轴器与舵杆/桨毂内部机构精密耦合
认证标准
符合 DNV-GL, ABS, LR 等各大船级社要求

技术原理与创新价值:

  • 创新点1:机械-电气精密耦合与冗余安全设计。 SD100C 的核心在于其内部精密的机械传动机构,它通过弹性联轴器或齿轮组,将外部舵杆或CPP桨毂的旋转运动,无背隙、无滑差地传递到内部的高精度旋转变压器(同步机或解析器)转子上。其“C”型版本通常代表 “Combined”“Coaxial” ,意味着舵角和螺距角两套独立的测量系统被精巧地集成在一个单元内,共享安装接口但物理隔离,或采用 双通道(Dual-Channel) 冗余设计。当一个通道发生故障时,系统可自动无缝切换至备用通道,极大提升了DP系统的可用性等级。
  • 创新点2:绝对位置测量与超凡的抗干扰能力。 与依赖计数的增量式编码器不同,同步机/解析器提供的是 绝对位置 信号。这意味着系统上电瞬间即可获知准确角度,无需回零操作,且不受停电或干扰导致的计数丢失影响。这种模拟式电磁感应原理,对船舶环境中常见的强电磁干扰(来自大功率发电机、变频驱动、雷达)具有天生的免疫力,信号稳定可靠,是船舶关键安全系统传感器的首选技术。
  • 创新点3:面向极端环境的全寿命周期可靠性工程。 从材料到密封,SD100C 为终身服役于最恶劣的海洋环境而设计。外壳采用高等级耐腐蚀铝合金或不锈钢;轴承为终身润滑的海洋级产品;所有电气连接处采用多重密封(O型圈、环氧灌封)。其设计理念是在安装后,在整个船舶生命周期内无需内部维护,仅需进行定期的功能校验。这种“装之即忘”的可靠性,是船舶运营者对核心部件的最苛刻要求。

应用案例与行业价值:

案例:一艘新建造的动力定位(DP2级)破冰型科考船推进系统集成。
该船配备双舵、双CPP的全回转电力推进系统,要求DP系统在极地冰区仍能保持极高的定位精度。
  • 应用流程: 在每个推进器(推进吊舱或Z型传动)的舵杆和CPP桨毂的根部,均安装一台 ULSTEIN TENFJORD 5801-SD100C 传感器。传感器通过专用支架与船体结构刚性连接,其测量轴通过精密的柔性联轴器与舵杆/桨毂传动轴耦合。信号电缆直接敷设至位于冗余控制柜内的推进器控制单元(TCU)和DP控制系统。
  • 带来的改进: 在北海和巴伦支海的试航中,DP系统的闭环控制响应迅速且稳定,船舶在强风横流下仍能保持设定航向,证明了角度反馈信号的绝对精准和零延迟。船舶机电长反馈:“我们在冰区进行了数周的密集操纵,传感器的读数始终与驾驶台的指令和实际船舶响应完美对应。它们经受了剧烈的振动和温度变化,但表现无懈可击。这为我们的科学作业提供了稳定的平台基础。”
  • 行业价值: 此案例彰显了 SD100C 这类高端船用传感器在支持先进船舶功能(如DP、自动舵、动力管理系统PMS)中的基础性作用。它们提供的不仅仅是数据,更是安全与信心。其卓越性能直接提升了船舶的作业能力、安全冗余和运营效率,是高端特种船舶和海洋工程装备彰显其技术价值的关键硬件基石。

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相关产品组合方案:

一套完整的船舶推进操控反馈系统,围绕 ULSTEIN TENFJORD 5801-SD100C 传感器,需要以下关键部件协同:
  1. 推进器控制单元 (TCU) 或 本地控制箱:接收传感器信号的第一个智能节点,通常由 西门子、ABB乌斯坦 自家系统提供。
  2. 动力定位控制系统 (DP):如 康斯伯格 K-Pos罗罗(罗尔斯·罗伊斯) 的DP系统,是角度反馈信号的最终用户和指令发出者。
  3. 信号调理/转换模块 (RDC):将传感器输出的同步机/解析器原始信号转换为控制系统可用的数字量或标准模拟量。
  4. 冗余网络交换机:将处理后的信号通过双冗余网络(如以太网)传输至驾驶台工作站和各个控制节点。
  5. 综合桥楼系统 (IBS) 显示终端:在驾驶台以图形化方式实时显示舵角与螺距角。
  6. 同系列其他传感器
    • ULSTEIN TENFJORD SD100:单功能舵角传感器。
    • ULSTEIN TENFJORD PT100:桨轴推力测量传感器。
    • ULSTEIN TENFJORD TR20:舵柄角测量传感器。
  7. 船舶电站管理系统 (PMS):根据螺距角和船舶负载,优化发电机的投入与功率分配。
  8. 专用安装支架与柔性联轴器:确保传感器与运动轴之间精确、可靠、无应力的机械连接,这是保证测量精度的物理前提。

安装维护与全周期支持:

安装与调试: SD100C 的安装是一项高精度的钳工和电气作业,必须由经验丰富的船厂技师执行。核心在于 精确对中:传感器法兰与船体基座之间,以及其内部测量轴与舵杆/桨毂传动轴之间,必须使用百分表确保极小的同轴度误差,然后使用液压张力螺栓精确紧固。电气接线需使用船用水密接头,并做好防振处理。调试包括:测量机械零位与电气零位的标定、全行程范围校验、以及双通道信号的同步性与冗余切换测试。
维护与全周期支持: 日常维护仅限于外部检查(检查密封、电缆状况、机械连接有无松动)。定期(如每年进坞时)需进行功能测试,利用便携式校验单元模拟输入,验证输出信号的准确性。


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