一种船用可调桨节能装置的制作方法

1.本实用新型涉及可调距螺旋桨领域，具体地，涉及一种船用可调桨节能装置。


背景技术：

2.近年来针对船舶主推进系统节能的研究越发普遍，但大部分科研人员主要围绕着高效发动机、高效螺旋桨的研发，以及最佳营运航速的分析选择，且都取得了相当可喜的成果，但同时也有相应的一些限制。比如新型的先进设备仅适用于新造船舶的配备，选择最佳营运航速涉及十分繁琐的计算和水池试验，不便于所有操作人员掌握。因而探讨一种便于实船应用，且面向所有新老船舶的节能装置，同时起到节能降耗的效果。
3.另外，可调距螺旋桨相对于传统的定距桨而言，极大的提高了舰船机动性能，有效延长了发动机的维护周期和使用寿命，其恒转速模式更利于驱动轴带发电机等辅助负载，有着更好的航行条件适应性和经济性。但由于其结构、控制等相对复杂，如果不够熟悉其工作原理，出现操作使用不当时，就不能很好的发挥出其优良特性，有些情况甚至还会适得其反，造成运营成本的增加。另一方面现有的可调桨厂家所选用或研发的控制系统皆以螺距控和转速控制作为出发点，无法保证舰船在不同船况(压载、污底等)、海况(风、浪、流等)下船、机、桨匹配达到最优。
4.当前主流的可调桨控制模式分为恒转速运行和变速变桨操纵两种。恒转速时主机保持最大转速，通过改变螺旋桨的螺距角获得不同的船速。经研究发现在低功率区域即低航速时，恒转速模式的油耗呈现倍数级的增长。若从节能的角度来看，低航速或者低功率输出时应选用变速变桨模式运营。因而以航速控制为导向，探讨一种能够实现舰船定速巡航功能的节能装置，显得尤为重要。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种船用可调桨节能装置，通过该节能装置的自适应功能对螺距和转速进行自动匹配，以达到任意指定航速下油耗最低的目的，不仅能保证舰船预定到港时间、减轻驾驶员的工作负荷，还能够有效控制成本控制，节能减排，实现保护环境的目的。
6.根据本实用新型提供的一种船用可调桨节能装置，包括测量装置、螺旋桨转速及螺距调节仪、模式切换仪、监控设备；
7.所述测量装置安装于船舶的可调桨尾轴；
8.所述螺旋桨转速及螺距调节仪、监控设备安装于船舶的集控室内；
9.所述模式切换仪安装于船舶的驾驶台；
10.所述模式切换仪包括节能模式、正常运行模式；
11.所述正常运行模式根据船舶运行状态在满足节能运行条件下能够切换到节能模式；
12.所述测量装置实时测量船舶运行参数；
13.所述螺旋桨转速及螺距调节仪根据所述模式切换仪的切换状态调节螺旋桨及螺距；
14.所述监控设备根据所述螺旋桨转速及螺距调节仪的调节进行实时监控柴油机的运行；
15.所述测量装置、螺旋桨转速及螺距调节仪、模式切换仪、监控设备的通信接口分别与船舶的控制台相接。
16.进一步地，所述测量装置包括螺旋桨转速及螺距测量仪、轴功率计、船舶对地对水航速测量仪、风速风向测量仪。
17.进一步地，所述模式切换仪设有航速设定器；所述螺旋桨转速及螺距调节仪根据航速设定器设定的航速匹配对应的螺旋桨转速和螺距。
18.进一步地，所述节能模式设有巡航模式、恒功率模式；
19.所述巡航模式适用于海况良好时，通过设定船舶的航速，保证到港时间及降低整个航段的油耗；特别地，还能避免人工通过控制发动机转速和螺距方式，时时调整以获得预定航速带来的极大工作量。
20.所述恒功率模式适用于在通过恶劣海况海域时，锁定主机负荷进行工作，船速相应变化；
21.所述恒功率模式在船舶驶出恶劣海况海域后切换所述巡航模式，降低整个航程主机燃油消耗总量。
22.进一步地，所述监控设备监控柴油机的转速、负荷输出及各项运行参数，保证柴油机运行在安全范围内。
23.进一步地，所述节能运行条件包括：在到港时间充沛的情况下低速航行；航行时避免人为干预，确保航速稳定；恶劣工况时保证主机输出功率恒定，避免主机输出负荷峰值；提高各种工况海况时螺旋桨螺距和转速的组合桨效。
24.与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
25.1、本实用新型在海况良好时通过设定船舶的航速，不仅可保证准确的到港时间及整个航段的最低油耗，更能避免人工通过控制发动机转速和螺距方式，时时调整以获得预定航速带来的极大工作量。
26.2、本实用新型船用可调桨节能装置能够在船舶驶出应对不同海况时合理切换恒功率模式和巡航模式，从而降低了整个航程主机燃油消耗总量。
27.3、本实用新型船用可调桨节能装置在节能模式下整个螺旋桨转速和螺旋桨螺距在匹配过程是缓慢的，渐进的，避免突加、突卸螺旋桨转速及螺距造成柴油机超负荷运行。
28.4、本实用新型船用可调桨节能装置能够在新建造船时进行配置，也能对已运营船舶进行加装，实际应用适应性强。
附图说明
29.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
30.图1为本实用新型一种船用可调桨节能装置的结构示意图；
31.图2为本实用新型一种船用可调桨节能装置各部件安装于船体的位置示意图。
32.图中示出：
33.具体实施方式
34.下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
35.本实用新型提供了一种船用可调桨节能装置，节能装置100包括测量装置1、螺旋桨转速及螺距调节仪2、模式切换仪4、监控设备3；测量装置1安装于船舶可调桨尾轴，螺旋桨转速及螺距调节仪2与监控设备3安装于船舶的集控室内，模式切换仪4安装于船舶的驾驶台；测量装置1、螺旋桨转速及螺距调节仪2、模式切换仪4、监控设备3的通信接口分别与控制台相接。测量装置1实时测量船舶运行参数；螺旋桨转速及螺距调节仪2根据模式切换仪4的切换状态调节螺旋桨及螺距；监控设备3根据螺旋桨转速及螺距调节仪2的调节进行实时监控柴油机的运行。具体地，测量装置1包括实时测量螺旋桨转速和螺距的螺旋桨转速及螺距测量仪、测量轴功率的轴功率计、测量船舶对地航速和对水行数的船舶对地对水航速测量仪、测量风速和风向的风速风向测量仪。
36.其中模式切换仪4包括节能模式、正常运行模式；正常运行模式根据船舶运行状态在满足节能运行条件下能够切换到节能模式。具体的，节能运行条件包括：在到港时间充沛的情况下低速航行；航行时避免频繁的人为干预，确保航速稳定；恶劣工况时保证主机输出功率恒定，避免主机输出负荷峰值；各种工况海况时螺旋桨螺距和转速最佳组合桨效最优。
37.具体的，节能模式设有巡航模式、恒功率模式。
38.巡航模式适用于海况良好时，通过设定船舶的航速，不仅能保证准确的到港时间及整个航段的最低油耗，更能避免人工通过控制发动机转速和螺距方式，时时调整以获得预定航速带来的极大工作量；
39.恒功率模式适用于在通过恶劣海况海域时，锁定主机负荷进行工作，船速相应变化。
40.恒功率模式在船舶驶出恶劣海况海域后切换所述巡航模式，降低整个航程主机燃油消耗总量。
41.模式切换仪4设有航速设定器；螺旋桨转速及螺距调节仪2根据航速设定器设定的航速匹配对应的螺旋桨转速和螺距。
42.本实施例中船用可调桨节能装置的监控设备3监控柴油机的转速、负荷输出及各项运行参数，保证柴油机运行在安全范围内。由于对船舶运行状况的进行了实时监控，使得本装置能不断的根据船员所设定的航速对可调螺距螺旋桨的转速和螺距进行重新匹配，同时监控柴油机的转速、负荷输出及各项运行参数，以确保柴油机运行在安全范围内尽可能接近其允许的负荷输出曲线。避免了船舶由于装载或风速的变化，一级潮汐或船舶污底影响而造成可调螺距螺旋桨非恒转速运行曲线单一，从而导致螺旋桨效率不够优化的情况。
43.特别地，本实用新型可以在新建造船时进行配置，也可以对已运营船舶进行加装，实际应用适应性强；并且在节能模式下整个螺旋桨转速和螺旋桨螺距在匹配过程是缓慢的，渐进的，避免突加、突卸螺旋桨转速及螺距造成柴油机超负荷运行。
44.本实用新型的工作原理如下：
45.当船舶正常安全运行的前提下，在满足以下条件时，即节能运行条件满足时，节能装置100的节能模式启动有效：
46.1)通过螺旋桨转速及螺距调节仪2实现对可调螺距螺旋桨的控制及监控；
47.2)通过监控设备3实现对柴油机的控制及监控，保证柴油机运行在安全范围内；
48.3)通过测量装置1实现对船舶航行状态的监控。
49.节能模式设有巡航模式、恒功率模式：
50.巡航模式适用于海况良好时，通过设定船舶的航速，不仅能保证准确的到港时间及整个航段的最低油耗，更能避免人工通过控制发动机转速和螺距方式，时时调整以获得预定航速带来的极大工作量。
51.根据船舶操纵人员通过航速设定器设定的航速作为节能装置工作的目标，节能装置100根据所设定的航速与通过船舶测量装置1取得的船舶实际对地航速信号进行对比，根据对比的结果通过螺旋桨转速及螺距调节仪2自动调整螺旋桨的转速和螺距，并最终将合适的螺旋桨转速和螺旋桨螺距锁定。
52.针对船舶运转分别有以下两种情况：
53.如果初始设定航速高于实际航速，节能装置100将通过螺旋桨转速及螺距调节仪2先将螺旋桨转速升高，再加大螺旋桨螺距使得实际航速与设定航速一致，然后根据监控设备3中柴油机运行状态参数，通过节能装置100的内置判断系统判断螺旋桨是否需要进行进一步调整，当把螺旋桨调整到适当的时候，则通过螺旋桨转速及螺距调节仪2将螺旋桨转速、对应螺距进行相对固定，以及通过监控设备3中的功率固定功能将柴油机输出功率进行相对固定，以确保柴油机在低油耗运行。
54.如果初始设定航速低于实际航速，节能装置100将通过螺旋桨转速及螺距调节仪2先将螺旋桨螺距减小，再降低螺旋桨转速使得实际航速与设定航速一致，然后根据监控设备3中柴油机运行状态参数，通过节能装置100的内置判断系统判断螺旋桨是否需要进行进一步调整，当把螺旋桨调整到适当的时候，则通过螺旋桨转速及螺距调节仪2将螺旋桨转速、对应螺距进行相对固定，以及通过监控设备3中的功率固定功能将柴油机输出功率进行相对固定，以确保柴油机在低油耗运行。
55.无论在上述何种情况下，在调整螺旋桨转速和螺距的同时，需同时监控柴油机发出的实际功率和对应能反应柴油机工作状态的相关参数。通过一个不断匹配船舶航速，螺旋桨转速，螺旋桨螺距的动态调整过程，最终在满足设定航速下，使得螺旋桨转速最低，且柴油机正常工作的各项参数均满足柴油机厂家的要求，以确保船舶安全运行。
56.恒功率模式适用于在通过恶劣海况海域时，锁定主机负荷进行工作，船速相应变化。恒功率模式在船舶驶出恶劣海况海域后切换巡航模式，降低整个航程主机燃油消耗总量。
57.通过上述节能装置100的装配，使得船舶在到港时间充沛的情况下低速航行；航行时避免频繁的人为干预，确保航速稳定；恶劣工况时保证主机输出功率恒定，避免主机输出
负荷峰值；各种工况海况时螺旋桨螺距和转速最佳组合桨效最优。如此船舶运行可以实现最大限度的低油耗，从而节能降排。
58.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
59.以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。