En foco: El Proyecto de mejora de energía para los destructores Tipo 45 de la Royal Navy
El HMS Dauntless completó las pruebas en el mar como el primer barco en someterse a una actualización importante para abordar los problemas de propulsión que afectaron a los destructores Tipo 45. Como parte de nuestra serie sobre estos problemas, informamos aquí sobre el progreso y algunos aspectos técnicos del trabajo.
El conejillo de indias
Después de servir durante solo 6 años, el HMS Dauntless fue dado de baja a principios de 2016, aparentemente debido a la escasez de marineros, por lo que comenzó una revisión importante en Portsmouth a principios de 2018. Este proyecto incluyó una revisión importante del casco del barco, servicios de hospitalidad y sensores. sistemas . El radar multifuncional de Sampson se retiró y se llevó a las instalaciones de BAE Systems en la Isla de Wight para su revisión y gestión de obsolescencia. El radar de vigilancia aérea de largo alcance S1850M también se retiró y reacondicionó en las instalaciones de radar de Thales en los Países Bajos.
Se reemplazaron miles de metros de cableado y se realizaron cientos de pequeños trabajos de reparación de molduras. Freidoras, refrigeradores, congeladores y otros equipos de cocina han sido renovados o reemplazados. Inspeccionamos y reacondicionamos las dos hélices junto con más de 200 válvulas, motores y bombas submarinas antes de volver a pintar el casco por completo. El sistema de propulsión, que había estado fuera de servicio durante varios años, se volvió a poner en servicio y se realizaron pruebas para proporcionar datos de referencia con los que comparar el rendimiento posterior a la actualización.
El Proyecto de Mejora de Energía (PIP) para corregir las graves deficiencias de propulsión del Tipo 45 se entrega bajo un contrato de diseño y fabricación de £ 160 millones entre el Ministerio de Defensa y BAE Systems, entregado en colaboración con los diseñadores de barcos BMT Defense Services. El dique seco y el trabajo para instalar la nueva maquinaria se subcontrataron a Cammell Laird en Birkenhead y Dauntless, seleccionado para ser el barco líder del PIP, partió de Portsmouth para dirigirse al norte por su cuenta en mayo de 2020.
Inicialmente, Dauntless contrató a una compañía de barcos completa, ya que se esperaba que el PIP tomara alrededor de un año y no requeriría que el barco fuera 'fecha fuera de flota' como normalmente sería el caso de un barco en mantenimiento. Desafortunadamente, el proyecto tomó más del doble de lo previsto y no dejó CL hasta junio de 2022 después de 770 días en Birkenhead. Posteriormente, realizó una amplia gama de pruebas de máquinas, siendo particularmente importante probar a fondo el nuevo sistema, ya que se aplicará a sus cinco barcos hermanos. Los ingenieros del barco y los contratistas civiles a bordo durante este período dicen que las pruebas fueron bien y que "el PIP está entregando exactamente lo que se propuso hacer". Mientras estaba en el mar, se modificaron el software y el hardware para aprovechar al máximo la planta de energía mejorada.
A pesar del tiempo que ya se ha dedicado a la renovación, aún queda trabajo por hacer. Ahora, de vuelta en Portsmouth, Dauntless se dirigió a 15 Dock la semana pasada para realizar tareas de mantenimiento y actualizaciones adicionales en sus sistemas de armas, lo que debería llevar poco menos de 3 meses. (El RN tendrá que esperar hasta 2026 antes de que el primer Tipo 45 obtenga la actualización Sea Ceptor). Se espera que emerja en la primavera para pruebas adicionales, trabajo y certificación FOST. Finalmente estará lista para desplegarse en el verano de 2023 después de estar ausente de la flota de primera línea durante más de 7 años.
Localiza la diferencia. (Izquierda) HMS Dauntless después del PIP: observe el escape diésel adicional en el lado de babor del embudo en comparación con el escape único del HMS Defender (derecha) que aún no se ha sometido al PIP (Fotos: Andy Amor).
La vista desde la sala de máquinas.
El PIP se caracteriza mejor como un proyecto de conversión de barcos que proporcionará una redundancia mucho mayor, devolviendo la plena confianza del mando en el sistema de propulsión, al tiempo que proporciona un margen de energía eléctrica adicional para futuras actualizaciones. El cambio de motores presentó un desafío muy importante para adaptarlos a las limitaciones de los espacios de las máquinas e implicó un esfuerzo de diseño complejo para garantizar la integración total del nuevo equipo con los sistemas existentes. PIP afecta a casi todos los aspectos de la ingeniería marina del T45, con impactos menores identificados en todo el barco y los elementos del sistema de combate. Se utilizó el modelado digital para eliminar algunos de los problemas, pero en la práctica, el trabajo resultó ser más complejo de lo esperado. No ayudado por COVID,
Antes del exigente desafío de integración, el trabajo principal fue la eliminación de los dos generadores diesel Wartsila W200 heredados (2MW) y su reemplazo con tres V-20 Series 4000 MTU DG (3MW). Dos de las tres unidades se intercambiaron directamente, pero el motor adicional se colocó en la sala de máquinas delantera (FMR), operación que implicó la apertura del casco. Una pequeña parte del alojamiento del oficial se convirtió para albergar una nueva sala de distribución de alto voltaje para ayudar a administrar los aproximadamente 5 MW de energía adicional ahora disponibles. Otras tareas importantes fueron reconfigurar el Sistema de gestión de plataforma (PMS) y reacondicionar los dos motores de turbina de gas WR21 (21MW). Los problemáticos manguitos de los intercoolers GT fueron reemplazados por un diseño más confiable.
Antes del exigente desafío de integración, el trabajo principal fue la eliminación de los dos generadores diesel Wartsila W200 heredados (2MW) y su reemplazo con tres V-20 Series 4000 MTU DG (3MW). Dos de las tres unidades se intercambiaron directamente, pero el motor adicional se colocó en la sala de máquinas delantera (FMR), operación que implicó la apertura del casco. Una pequeña parte del alojamiento del oficial se convirtió para albergar una nueva sala de distribución de alto voltaje para ayudar a administrar los aproximadamente 5 MW de energía adicional ahora disponibles. Otras tareas importantes fueron reconfigurar el Sistema de gestión de plataforma (PMS) y reacondicionar los dos motores de turbina de gas WR21 (21MW). Los problemáticos manguitos de los intercoolers GT fueron reemplazados por un diseño más confiable.
Los motores diésel de la serie MTU 4000 aprovechan 20 años de mejoras en el diseño de motores diésel y son más eficientes en el consumo de combustible, producen menos emisiones, son más silenciosos, suaves y fáciles de mantener que el W200. Al igual que los motores reemplazados, los nuevos GD están alojados en recintos acústicos, lo que contribuye a un mejor ambiente de trabajo en la sala de máquinas y reduce el ruido radiado. Al estar optimizado para la guerra antiaérea, reducir la firma submarina del T45 no era una prioridad y, según se informa, son relativamente ruidosos. Los alternadores de turbinas de gas y algunas máquinas están sobre soportes elásticos o "balsas" para reducir la energía de vibración transmitida al agua, pero la higiene acústica del barco completo no está al mismo nivel que las fragatas Tipo 23 o 26.
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Los motores de la serie 4000 utilizan inyección directa de riel común (CRDI), donde el combustible se almacena a presión variable en un cilindro o 'riel' conectado a los inyectores de combustible del motor a través de tubos individuales. El aumento de la presión de inyección produce una atomización más fina del combustible, que se quema de manera más completa y limpia. Una unidad de control electrónico determina la sincronización de la inyección de combustible y la cantidad de combustible inyectado, lo que hace que los motores sean muy eficientes. La serie MTU también es común para las fragatas Tipo 23 rediseñadas y las futuras fragatas Tipo 26, lo que simplifica el apoyo logístico y los requisitos de capacitación.
Una de las muchas causas de los problemas fue que, en servicio, los motores funcionaron más de lo esperado, los GTA funcionaron casi el doble y los DG cuatro veces más de lo previsto en la fase de diseño. El sistema de propulsión T45 carecía de la redundancia inherente a la que estaban acostumbrados los ME. Debido a problemas generales de confiabilidad, a menudo se ejecutaban ambos DG en lugar de uno a la vez como respaldo para evitar los temidos incidentes de pérdida de mando (LPC). El PIP cambiará fundamentalmente la forma en que un T45 opera sus motores, pasando de una embarcación de motor principal bimotor diseñada para operar principalmente en sus dos GTA, utilizando ambos GD solo ocasionalmente, a una embarcación combinada totalmente diesel, eléctrica y de gas (CODLAG). Después de PIP, los cinco motores principales se pueden mezclar y combinar en una combinación flexible de nueve modos operativos estándar que serán eficientes y resistentes.
mejora de equipos
El PIP es parte del Plan de mejora de equipos (EIP) más amplio para los T45 iniciado en el Proyecto Napier en 2014. La decisión de seleccionar Propulsión eléctrica totalmente integrada (FIEP) para el T45 se tomó relativamente tarde en el proceso de diseño y no se probó. en tierra tan a fondo como podría haber sido antes de instalar el sistema en el barco líder, el HMS Daring. (El igualmente innovador sistema de defensa aérea PAAMS del T45 se desarrolló durante un período de 18 años y demostró ser mucho más confiable). El RN tenía experiencia previa con propulsión diesel-eléctrica en submarinos y fragatas Tipo 23, pero con potencia mucho menor. Los LPD de clase Albion y los RFA de clase Wave más nuevos también cuentan con una unidad DE de alto voltaje, pero no con el mismo nivel de integración que el T45.
El sistema eléctrico es complejo, además de los motores principales y sus alternadores, hay dos Motores de Inducción Avanzada (AIM) de 20MW que impulsan la nave impulsada por convertidores Modulador de Ancho de Pulso (PWM) y Filtros Armónicos que proporcionan corriente en la forma adecuada. para Mira. También hay un transformador para el suministro de energía de los servicios del barco, varios tableros de distribución y resistencias de interrupción dinámica que absorben la energía de los motores cuando navegan por inercia antes de invertirse para ir hacia atrás.
Si bien las turbinas de gas fueron la principal fuente de fallas, hay otros puntos de falla de diversa gravedad dentro del sistema complejo y el EIP incluye 47 modificaciones o adiciones individuales a los equipos relacionados con la propulsión. Inicialmente, el EIP buscó ganancias rápidas, lidiando con las debilidades obvias, lo que resultó en un aumento dramático en el tiempo medio entre fallas. Alrededor del 55 % del EIP se completó en toda la flota T45 para 2019, y el trabajo continúa durante los períodos de revisión y mantenimiento. Los ejemplos de modificación incluyen una nueva centrífuga de combustible para mejorar la calidad del combustible y un deshumidificador para los canales de transmisión eléctrica.
Se retira la sección del casco del lado de babor del HMS Daring en el nivel de la cubierta 5 (en dique seco en Cammell Laird, abril de 2022) para facilitar la inserción del nuevo generador diésel en el FMR. Las rutas de acceso a través de secciones blandas en las cubiertas superiores permitieron retirar y reemplazar los DG antiguos sin abrir el casco.
Observe la maquinaria auxiliar colocada sobre soportes elásticos que absorben los golpes y reducen las vibraciones (Foto: @RN_Engineers).
Proyecto Vesta
Para agravar aún más los problemas de confiabilidad del T45, se adoptó un nuevo modelo de soporte de por vida para la clase desde el principio. El Soporte Logístico Contratado (CLS) significaba que el RN solo realizaba tareas de operador-mantenedor y BAES era responsable de diagnosticar y reparar las fallas. Esto redujo los requisitos de dotación, pero cuando había problemas, los ME a bordo carecían de repuestos, manuales técnicos y conocimientos para analizar o corregir fallas en el mar o sin la ayuda de contratistas civiles. Esto inevitablemente resultó en que T45 pasara más tiempo al margen y dificultó el manejo de los problemas a medida que surgían.
Esto está siendo manejado por Project Vesta, que tiene dos aspectos. El primero es mejorar la disponibilidad del T45 reemplazando equipos obsoletos, principalmente software y componentes eléctricos, algunos de los cuales datan de fines de la década de 1990. Las piezas de repuesto, las herramientas, las rutinas de mantenimiento, la documentación y la capacitación adecuados para manejar el espectro completo de tareas de diagnóstico y reparación.
riesgo de innovación
Se pagó un alto precio por arriesgarse con un innovador sistema de propulsión. Los efectos de una decisión tomada a nivel gubernamental hace 22 años continúan afectando la disponibilidad de buques de guerra y la reputación de la RN en la actualidad. EIP y PIP finalmente comenzaron a abordar el problema, aunque como tantos otros aspectos del apoyo y adquisiciones navales, tomó mucho tiempo. FIEP ha entregado al menos los beneficios de eficiencia de combustible prometidos y muchas de las lecciones aprendidas han contribuido al diseño robusto de propulsión de los portaaviones QEC y las fragatas Tipo 26. solo problema mecánico y la propulsión QEC demostró ser eficiente y confiable). En el momento de redactar este informe, el HMS Daring se encuentra en su PIP en Cammell Laird y el HMS Dragon está realizando trabajos en Portsmouth, al mismo tiempo que su importante remodelación.
Se espera que los T45 sean reemplazados a fines de la década de 2030. Es probable que la entrega de su reemplazo (el programa de destructor Tipo 83 y su sistema de sistemas de guerra antiaérea) sea costosa y compleja. No sería sorprendente que los T45 tuvieran que resistir mucho más allá de las fechas planificadas de fuera de servicio. Habiendo pasado más tiempo al principio de sus carreras de lo que se esperaba, esto al menos extenderá la vida útil del casco. Con la adición de Sea Ceptor, las actualizaciones a Sea Viper y PIP, la clase debería estar bien preparada para las demandas de las operaciones en la década de 2030.
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