Ship Windlass Application

0
266
Windlass function
Windlass function

WINDLASS

  • Windlass seating :- The forces  acting  on  the  windlass when  the  ship  is  anchored  is  much  more  than  the  mass  of  the  windlass  and  hence has  to  be  specially  strengthened,  the  details  of  which  are  as  described  under  and  illustrated  by  sketch below.

  • The  deck plating at forecastle  and  main deck  in  forecastle  space scantlings.

  • The windlass is  mounted on  a  doubler  plate welded  to  the  forecastle  deck.

  • The deck girders in forecastle space  is increased in The  deck beams  pitch distance  decreased to  accommodate  more  beams.

  • Four  round  pillars  at  four corners  of  the  base of  windlass  doubler  plate  connect  to  the  main  deck  plating  to  give  continuity  of  strength  to  deck.

The  windlass   machinery  is  combined  with  the  forward  mooring  winch  as  one  unit. The  main  winch  consists  of  a  double  reduction  gearing  arrangement  to  produce  a large  torque.

The  windlass  is  arranged  on  a  further  reduction  arrangement. The windlass  part  consists  of  a  solid  cable  lifter  wheel combined  with  the  brake  wheel keyed to a shaft  properly  supported  on  two  bearings  with  its  clutch  arrangement. The  clutch  connects  the  cable  lifter to   driving  gear  when  the  anchor  has  to  be  hauled  up.

For  anchoring  purpose  the  clutch  is  released with  the  cable  ;lifter  in  braked  position. When  the  anchor  has  to  be  dropped,  the  brake  is  released and  the  anchor  along  with  the  chain  drops  by  gravity so  that  it  strikes  the  ground  with  sufficient  force  to  get  entrenched  in  the  mud. The  sketch  of  the  wind  lass  part  is  as  given  under.

Electrically operated windlass

The  windlass  including  mooring  winch machinery  is  common  for  both  hydraulically operated or electrically  operated equipment. In  the  case  of  the electrically operated  windlass cum  mooring winch the driving motor is  a  two speed motor controlled by a suitable pole changing  device. The  lower  speed  gives  higher  torque  suitable  for  the  initial  breaking  of  the  anchor  from  the  ground  when  more  force  is  required and  the  design  torque  provided  for  this  condition  is 150% of  the  full continuous  torque  for  a  period  of  at least  30  minutes. All three phase  induction  motors  are  steady  speed  motors  with  a  small variation of  load  torque.  The  speed  is  fairly  high  since  the  frequency  is  high  and  to  reduce  the  operating  speed  electrically  is  inconvenient  since  it  involves  increasing  the  number of  pairs of  poles.  To  avoid  this   a  double  reduction  gear  box  with  oil  lubricated  machine  cut  gears  has  to  be  incorporated  in  this  system. As per  class  rules  an  over load  slip  clutch  has  also  to  be  included  for  safety,  since  electrical  safety cut outs  are  time  based and may  not  cut  out  when  overload  happens  suddenly. For  these  reasons  the  electrically  operated  windlass  and  mooring  winch   has  its  limitations  and  are  used  only  on  small ships.

Hydraulic Windlass

The hydraulically  operated windlass has  larger  torque capacities because the  hydraulic motor can operate  at  very  low  speeds  even  at  5 to 10 rpm, there by  building a  very  high  torque.  The  torque –speed  characteristics  of  hydraulic  system  is  much  better  and  flexible  than  electrical  systems. Their  comparison  is  shown  in  the  sketch  given  under.

The Hydraulic  machine  is  robust  and  can withstand  a  lot  of  shock. The  components are  less since  the  double  reduction gear  box  and  the  slip  clutch  are  eliminated thereby  reducing  the  cost  of  the  machinery. For  safety  a  spring  loaded  shock  valve  is  provided  in  the  system  which  will  connect  the  high pressure  to  the  low  pressure side  when  overload  occurs. The  hydraulic  windlass cum  mooring  winch  is  illustrated  below.

Hydraulic Windlass
Hydraulic Windlass

Hydraulic System

The  hydraulic  system  schematic  sketch below is  illustrated  as The main components  of  this  system  consists  of  the  following :

  • An expansion tank located  on  the forecastle deck to give a good head to the oil to flow.
  • The gear  pump located  in  the  forecastle.
  • The oil  storage  tank  located  in  the  fore castle  store  with  attached  hand  pump to transfer  oil  to  the  expansion tank.
  • The hydraulic  motor  mounted  on  the  windlass  frame  and  connected  to  the   primary  driving  The  control  block  is  integral  with  the  motor  casing  and cut  sectional  sketch  of  the  motor  is  illustrated  separately.

When  the  control  block is  placed  in  the  neutral  position  the  oil  flow  to  the  motor  is   prevented  by  the  blanked  connection  in  the  block in  this  position. When  the  block is  shifted  to no 1 position only  two paths  are  connected and  the  flow  quantity  being  moderate  it  gives  the  rated  speed  and  torque. When  it  is  shifted  to  the  2nd  position the  oil flow  has 4  paths  and  this  conforms  to the  higher  torque  and  speed  rating.  This  position  is  used  for  breaking  the  anchor  hold  in  the  ground  and  when  free the  block can  be  used  for  lifting  the  anchor  along  with  chain  When  the  block  is  shifted  to  the  upper  R position  the  passages  in  the  block  are  crossed   causing  the  flow  of  oil  in  reverse  direction thereby  turning  the  motor in  the  reverse  direction.

Variable torque hydraulic system for windlass
Variable torque hydraulic system for windlass

For  mooring  winch  operations  no 1  and   R positions  are  used  as convenient. For   normal  anchor  lifting  no  1  position  is  used. For  walking  back  the  anchor R position is used. For breaking anchor from ground no 2 position  is used.

When changing  over  from  1  to  2  more  oil  is  required  and  this  is  provided  by  oil  flow  from  expansion  tank  to  pump  through  a  non  return  valve. When  changing  over  from  2  to  1  excess  oil  from  system  flows  back  into  expansion  tank by  another non- return valve.

Hydraulic motor

The motor is simple  in  construction  at  the  same  time  it  is  robust  and  can  take  a  lot  of  rough handling. The  rotor  is  a thick  disc  with  rectangular  slots  cut  on  the  circumference. Each  slot  accommodating  a  thick  vane  held  in  place  by  the  cover plate.  The  vanes are made  to  press hard  on  the  casing (internal)  surface  by  a  bow  spring  held  under  the  vane.

Hydraulic motor windlass
Hydraulic motor windlass

The  rotor is  mounted  on a strong  roller bearing  and also carries an oil seal which prevents leakage of oil during  operation.

Maintenance

During  lay ups   at  special  surveys, the  end  cover  is  opened  up  and  vanes  as  well as  springs  which  are  damaged  are  renewed.  The  oil  seal  and roller  bearing  also  renewed  if  they  are  worn  out. The  sketch  of  the  winch  motor  with  detail  of  vane  assembly  is  shown  under.

The  electric motor driving the gear pump is a three phase  double  squirrel  cage motor with high slip capability  combined  with  higher  rotor current capacity because of the two layers (radially) of  copper bars embedded in the  iron rotor. The sketch of this rotor is reproduced as under.

Read more : Common mooring methods used for marine

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.