专利名称：一种船舶运行能效的系统优化方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种船舶运行能效的系统优化方法及其装置。
背景技术：
我国船舶年消耗燃油在1500万吨以上，船舶燃油节能工作受到社会各方面的高度重视，但由于船舶能耗问题牵涉复杂，航运界在实船运行中缺乏一套系统的科学分析手段和科学实用的定量分析方法，造成船舶节能工作遇到很多认识上的困难，我国十一五期间的船舶节能目标为10%，实际节能量只达到7%，船舶节能工作任重道远。船舶节能面临的主要问题有航运业对于航道水流对船舶公里油耗的影响情况缺乏一套切实可行科学计算 方法，也没有相对应的设备装置进行检测，驾驶员凭经验来操作，节能效果不够理想；航运业对于船舶营运中可能出现的技术故障对于油耗的影响情况也缺乏一套实用、可行的分析方法，造成从技术节能的分析缺乏针对性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够实时计算分析船舶柴油机瞬时油耗及其影响因素之间定量关系的，能够指导驾驶员调整柴油机的转速到最经济合理转速的，或者自动调节柴油机的转速到最经济合理转速的，能够全面进行船机桨三个方面技术故障与主机能耗关系分析的，能够有效节约油耗的船舶运行能效的系统优化方法及
其装置。本发明的目的通过下述技术方案予以实现
船舶运行能效的系统优化方法
所述方法包括步骤数据采集、建立数学模型、分析计算、输出与执行，所述数据采集是获得船舶对水航速、船舶对地航速、船舶主机实时转速、船舶主机瞬时油耗和富余水深；所述建立数学模型是在船舶所处的富余水深足够的条件下，在同一时间轴上，建立船舶主机实时转速与船舶对水航速之间的数学模型，建立船舶主机实时转速与船舶主机瞬时油耗之间的数学模型；所述分析计算是对建立起来的数学模型在不同水流流速、采用不同主机转速的条件下进行分析计算，得出船舶在不同条件下对应的船舶对地公里油耗预测值；所述输出与执行是将船舶在当前水流条件下，计算出预测能够达到最小对地公里油耗值所对应的主机转速，作为推荐转速显示出来，指导驾驶员增加或降低船舶主机当前的转速，或者通过主机转速调节伺服机构直接控制船舶主机的油门。所述步骤分析计算之后设置油耗判断程序，在油耗判断程序中，事先设置主机瞬时油耗、船舶对地公里油耗的“提醒值”和“报警值”，在船舶航行期间，如果步骤分析计算的结果高出“提醒值”或“报警值”时，则以提醒或报警方式告诉驾驶员需要修正操作方法。所述步骤分析计算之后设置故障判断程序，在故障判断程序中，事先设置正常技术状态下，主机转速与主机瞬时油耗之间的数学模型作为参照模型；在船舶航行期间，将步骤分析计算的结果中的主机转速与主机瞬时油耗之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在船舶吃水相同条件下形成的关系曲线差异超过设定值时，以报警方式提醒船舶技术状态出现问题。所述步骤数据采集中增加采集尾轴扭矩参数，设置正常技术状态下船舶主机转速与尾轴扭矩之间的数学模型作为参照模型；在船舶航行期间，将分析计算的结果中的船舶主机转速与尾轴扭矩之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在船舶吃水相同条件下形成的关系曲线差异超过设定值时，则以报警方式提醒船体或/和螺旋桨出现技术故障；同时，设置正常技术状态下船舶主机瞬时油耗与尾轴扭矩之间的数学模型作为参照模型；在船舶航行期间，将分析计算的结果中的船舶主机瞬时油耗与尾轴扭矩之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在船舶吃水相同条件下形成的关系曲线差异超过设定值时，则以报警方式提醒主机出现技术故障。适用于上述船舶运行能效的系统优化方法的装置
所述装置包括船舶主机调速器，所述主机调速器通过伺服机构连接到中央处理器及储存单元；所述中央处理器及其储存单元连接数据采集设备、输出设备、电源单元；所述数据采集设备包括主机油耗测量装置、主机转速传感器、尾轴扭矩仪、计程仪、GPS装置、测深仪、 风向风速测量仪、舵角指示器、三轴高精度陀螺仪；所述输出设备包括显示器、伺服机构；所述中央处理器及储存单元通过专用软件对采集到的主机瞬时油耗、主机转速、尾轴扭矩、船舶对水航速、对地航速、富余水深、风向风速、转舵角度、船舶纵倾角度的数据进行分析处理，并将处理结果以数据和/或图表方式在显示器上显示出来，用于指导船舶驾驶。所述中央处理器及储存单元连接能够提示或者警示驾驶员进行最优化主机转速操作的语音提示单元和声光报警单元。所述输出设备中设置伺服机构，伺服机构与主机调速器连接。所述中央处理器及储存单元连接能够实现人机对话的键盘。与原有技术相比，本发明具有以下优点紧抓船舶节能核心问题、针对性强、功能齐全、智能化程度高、结构合理、节能效果明显。
图I为本发明装置的一实施例结构示意框图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明
本发明的船舶运行能效的系统优化方法
所述方法包括步骤数据采集、建立数学模型、分析计算、输出与执行，所述数据采集是获得船舶对水航速、船舶对地航速、船舶主机实时转速、船舶主机瞬时油耗和富余水深；所述建立数学模型是在船舶所处的富余水深足够的条件下，即富余水深大于四倍船舶吃水，在同一时间轴上，建立船舶主机实时转速与船舶对水航速之间的数学模型，建立船舶主机实时转速与船舶主机瞬时油耗之间的数学模型；所述分析计算是对建立起来的数学模型在不同水流流速、采用不同主机转速的条件下进行分析计算，得出船舶在不同条件下对应的船舶对地公里油耗预测值；所述输出与执行是将船舶在当前水流条件下，计算出预测能够达到最小对地公里油耗值所对应的主机转速，作为推荐转速显示出来，指导驾驶员增加或降低船舶主机当前的转速，或者通过主机转速调节伺服机构直接控制船舶主机的油门。所述步骤分析计算之后设置油耗判断程序，在油耗判断程序中，事先设置主机瞬时油耗、船舶对地公里油耗的“提醒值”和“报警值”，在船舶航行期间，如果步骤分析计算的结果高出“提醒值”或“报警值”时，则以提醒或报警方式告诉驾驶员需要修正操作方法。所述步骤分析计算之后设置故障判断程序，在故障判断程序中，事先设置正常技术状态下，即船舶主机、螺旋桨工况良好，船体光亮。主机转速与主机瞬时油耗之间的数学模型作为参照模型；在船舶航行期间，将步骤分析计算的结果中的主机转速与主机瞬时油耗之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在船舶吃水相同条件下形成的关系曲线差异超过设定值时，以报警方式提醒船舶技术状态出现问题。所述步骤数据采集中增加采集尾轴扭矩参数，设置正常技术状态下船舶主机转速 与尾轴扭矩之间的数学模型作为参照模型；在船舶航行期间，将分析计算的结果中的船舶主机转速与尾轴扭矩之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在船舶吃水相同条件下形成的关系曲线差异超过设定值时，则以报警方式提醒船体或/和螺旋桨出现技术故障；同时，设置正常技术状态下船舶主机瞬时油耗与尾轴扭矩之间的数学模型作为参照模型；在船舶航行期间，将分析计算的结果中的船舶主机瞬时油耗与尾轴扭矩之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在船舶吃水相同条件下形成的关系曲线差异超过设定值时，则以报警方式提醒主机出现技术故障。在本发明的方法中，对于风力、舵角、吃水差等因素只作测量数据的显示，没有专门列入分析和计算，因为这些因素对于普通货船能耗的影响相对于水流来讲要小得多。本发明适用于船舶运行能效的系统优化方法的装置，参照附图I :
在本发明的装置中，涉及到风力风向的检测，适合于内河和海洋的货船使用。所述装置包括船舶主机调速器，所述主机调速器通过伺服机构连接到中央处理器及储存单元；所述中央处理器及其储存单元连接数据采集设备、输出设备、电源单元；所述数据采集设备包括主机油耗测量装置、主机转速传感器、尾轴扭矩仪、计程仪、GPS装置、测深仪、风向风速测量仪、舵角指示器、三轴高精度陀螺仪；所述输出设备包括显示器、伺服机构；所述中央处理器及储存单元通过专用软件对采集到的主机瞬时油耗、主机转速、尾轴扭矩、船舶对水航速、对地航速、富余水深、风向风速、转舵角度、船舶纵倾角度的数据进行分析处理，并将处理结果以数据和/或图表方式在显示器上显示出来，用于指导船舶驾驶。所述中央处理器及储存单元连接能够提示或者警示驾驶员进行最优化主机转速操作的语音提示单元和声光报警单元。所述输出设备中设置伺服机构，伺服机构与主机调速器连接。所述中央处理器及储存单元连接能够实现人机对话的键盘。方法的实施例
所述方法包括步骤数据采集、建立数学模型、分析计算、输出与执行。方法实施例I :
I、数据采集获得船舶对水航速、船舶对地航速、船舶主机实时转速、船舶主机瞬时油耗和富余水深。2、建立数学模型在船舶处于足够富余水深的条件下，在同一时间轴上，建立船舶主机实时转速与船舶对水航速之间的数学模型，建立船舶主机实时转速与船舶主机瞬时油耗之间的数学模型。3、分析计算是对建立起来的数学模型在不同水流流速、采用不同主机转速的条件下进行分析计算，得出船舶在不同条件下对应的船舶对地公里油耗预测值。4、输出与执行是将船舶在当前水流条件下，计算出预测能够达到最小对地公里油耗值所对应的主机转速，作为推荐转速显示出来，指导驾驶员增加或降低船舶主机当前的转速，或者通过主机转速调节伺服机构直接控制船舶主机的调速器。 方法实施例2
在方法实施例I的基础上，在步骤分析计算之后设置油耗判断程序，在油耗判断程序中，事先设置主机瞬时油耗、船舶对地公里油耗的“提醒值”和“报警值”，在船舶航行期间，如果步骤分析计算的结果高出“提醒值”或“报警值”时，则以提醒或报警方式告诉驾驶员需要修正操作方法。方法实施例3-4
在方法实施例1-2的基础上，在分析计算之后设置故障判断程序，在故障判断程序中，事先设置正常技术状态下主机转速与主机瞬时油耗之间的数学模型作为参照模型；在船舶航行期间，将步骤分析计算的结果中的主机转速与主机瞬时油耗之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在船舶吃水相同条件下形成的关系曲线差异超过设定值时，以报警方式提醒船舶技术状态出现问题。方法实施例5-8:
在方法实施例1-4的基础上，数据采集中增加采集尾轴扭矩参数，设置正常技术状态下船舶主机转速与尾轴扭矩之间的数学模型作为参照模型；在船舶航行期间，将分析计算的结果中的船舶主机转速与尾轴扭矩之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在船舶吃水相同条件下形成的关系曲线差异超过设定值时，则以报警方式提醒船体或/和螺旋桨出现技术故障；同时，设置正常技术状态下船舶主机瞬时油耗与尾轴扭矩之间的数学模型作为参照模型；在船舶航行期间，将分析计算的结果中的船舶主机瞬时油耗与尾轴扭矩之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在船舶吃水相同条件下形成的关系曲线差异超过设定值时，则以报警方式提醒主机出现技术故障。装置的实施例
本发明的装置，主机的核心部分为中央处理器及储存单元，其中安装专用软件；中央处理器及储存单元连接信号输入装置、执行机构、人机对话单元和提示和报警装置。I、信号输入装置
(I)、主机转速传感器，用于测量主机的转速数据。采用成熟的现有技术。(2)、主机实时油耗检测装置，用于测量主机的瞬时油耗数据。优选中国专利号为200920064927. 6，名称为《一种船舶主机燃油消耗实时测量分析装置》，具有读数稳定、精确度高的特点。(3)、GPS装置，用于测量船舶的对地航速。采用成熟的现有技术。
(4)、计程仪，用于测量船舶对水航速。采用成熟的现有技术。(5)、测深仪，用于测量船舶的富余水深。采用成熟的现有技术。(6)、风向风速测量仪，用于测量船舶受风的风向和风速。采用成熟的现成技术。(7)、尾轴扭矩仪，用于测量螺旋桨所受的扭矩和轴功率的大小。采用成熟现成技术。(8)、舵角指示器，用于测量船舶舵叶转向和角度数据。采用成熟现成技术。(9)、高精度三轴陀螺仪，用于测量船舶前后倾斜的角度、船头指向，前后倾角用以计算出船舶的前后吃水差。采用成熟元器件开发。上述9个输入装置获得的数据，全部传递到中央处理器及储存单元的专用软件中进行实时分析、计算、比较，指出船舶在船机桨匹配中存在的问题，指导船员进行航道选择和转速选择的优化操作，并配有语音提示或者声光报警进行提示。 2、执行机构为伺服机构，连接主机调速器，最终控制主机的调速器，自动调节柴油机的转速；也可以采用手动模式，通过手工调节柴油机的转速。3、人机对话单元为键盘和显示器。采用成熟的现有技术。4、提示和报警装置为能够指示或者警示驾驶员进行优化操作的语音提示单元和声光报警单元。采用成熟的现有技术。工作原理
(一)数据测量和传输
I、主机转速测量装置获取柴油机的转速数据，每台柴油机配一套。2、主机油耗测量装置获取柴油机的瞬时油耗数据，每台柴油机配一套。3、尾轴扭矩仪获得尾轴对螺旋桨的输出扭矩数据，每台柴油机配一套。4、计程仪测量船舶对水航速数据，计程仪传感器安装在船壳底部。5、GPS装置测量船舶对地航速数据，GPS装置安装在驾驶室。 6、测深仪测量船舶富余水深数据，测深仪传感器安装在船壳底部。7、风向风速测量仪测量船舶受风的风速与风向，风向风速测量仪安装在驾驶室顶部空旷的地方。8、舵角指示器测量舵叶的转向和转角，舵角指示器安装在舵机舱内。9、三轴高精度陀螺仪测量船舶的纵向倾角、横向倾角、船头指向，安装在驾驶台顶部空旷的地方。将上述数据转换成数字信号，通过RS485总线传递至中央处理器及储存单元保存、分析计算和处理。数据记录的时间间隔为在10-300秒之间可调。(二)工况设置
通过键盘和显示器，实现人机对话，设置船舶装载吨位，船舶装载分类可以简单地设置为满载、半载和空载三种情况，以此选择相应的参照曲线。所有设置采用公知的方法进行处理。(三)对于操作节能的数据分析
由于船舶在静水和顺水条件下，经济航速的选择比较简单，在航道的选择方面主要选择水流流速大的航道，则船舶能效利用的经济性高，船员可以通过显示器的界面选择顺水水流流速较高的航道、通过适当减速即可实现节能目的，因此在静水和顺水条件下的节能操作不做进一步分析。船舶在逆水条件下航行时能效的分析相对复杂，则需要建立数学模型，对数学模型进行分析计算，建立数学模型及其计算分析处理都封装在专用软件里，其原理如下
I、建立数学模型
数据建模分船舶在满载、半载、空载等三种情况进行，在每种装载情况下，分别对主机转速-船舶对水航速关系式、主机转速-主机瞬时油耗关系式进行建模。相关分析主要采用主机转速、主机瞬时油耗、船舶对地航速VI、船舶对水航速V2四个数据，同时还要参考舵叶的舵角、富余水深等数据，建模方法如下
I)、第I关系式主机转速-船舶对水航速关系式的确定。在记录数据中，筛选出富余水深大于4倍船舶满载吃水、V2-V1等于零或者接近于零(即静水)的数据，对船舶对水航速 与主机转速(如船舶采用双主机，应设置两台主机采用相同的转速航行，计算时任选定其中一台主机的转速数据)之间数据关系进行回归分析，确定对地航速与主机转速之间的函数关系，拟合优度大于O. 9以上的关系式可认为拟合良好，可以使用。2)第2关系式主机转速-瞬时油耗关系式的确定。在记录数据中，筛选出富余水深大于4倍船舶满载吃水、V2-V1大于零(即逆水)的数据，对主机瞬时油耗与主机转速数据之间的关系进行乘幂关系的曲线拟合，确定主机的转速与瞬时油耗之间的函数关系(如船舶采用双主机，则分别对左右主机的转速及其对应的瞬时油耗之间的函数关系进行拟合)，拟合优度大于O. 9以上的关系式可认为拟合良好，可以使用。2、数据应用分析
O航道水流数据分析。航道水流流速V3为V2-V1，所得值为号则为顺水，为“ + ”号则为逆水。2)主机经济转速分析。经济转速分析也按照船舶在满载、半载、空载三种情况下进行。第I关系式、第2关系式两个关系式是确定船舶自身能耗特点的关键函数式，在静水条件下，船舶对地航速等于对水航速，可以通过这两个关系式推算出船舶在不同主机转速运行条件下的对地公里油耗值。在逆水条件下，船舶对地公里航速等于对水航速减去航道水流流速V3，以此推算不同主机转速条件下的船舶对地公里油耗。在满足航次任务的条件下，选择公里油耗值最小的主机转速即为经济转速。(四)对于技术节能的数据分析
I、通过主机转速-瞬时油耗关系曲线判断船、机、桨技术状况。通过这种方法可以对船舶的船、机、桨的技术状况进行初步的判断，在船舶处于良好工况时(即主机工况良好、螺旋桨正常、船体光亮)，通过测量数据建立出主机转速与瞬时油耗关系的数学模型(转速为横轴、瞬时油耗为纵轴)，以之作为对照曲线，在后期的运行中，定期对实测的主机转速与瞬时油耗数据进行建模分析。分析方法如下
1)如果实测分析得到的曲线明显低于对照曲线，主要原因应为螺旋桨变形导致螺距变
小;
2)如果分析得到的曲线明显高于对照曲线，则有可能在船、机、桨三个方面有技术故障。比较主机在不带负荷时的怠速油耗的数据，如果存在明显的变化，则相应故障应主要从主机查起；如果没有存在明显变化，则故障主要可能出在船体或者螺旋桨，如果变化是一个逐步的过程，则技术故障主要应出在船壳的污损，如果变化是突然发生的则应可以从最近的事故中分析原因，如船壳碰撞、船舶搁浅、螺旋桨被外物缠绕等方面，并进行针对性的水下项目检查。通过上述方法可以从油耗数据的异常查出故障，及时指出故障方向，指导船员进行针对性修理，恢复工况，减少燃油的不经济消耗。2、通过测量数据对船舶船机桨匹配状况的鉴别。I)数据的读取
本装置设置有船机桨匹配的界面，在界面中建立坐标，横坐标为主机转速，纵坐标为主机和尾轴的功率。参照主机的出厂说明书，将主机的推进特征曲线中的全负荷速度特征曲 线标定坐标表格中，作为参照曲线。将尾轴扭矩数据T转算成为尾轴的输出功率，具体方法为尾轴输出功率P=TXnl/9550，其中，nl为尾轴转速，可以通过主机转速、齿轮箱的降速比算出。尾轴的输出功率可认为是螺旋桨所吸收的功率，由此可在同一坐标中自动读取主机在不同转速的螺旋桨吸收功率数值，对所有数值进行乘幂关系的回归分析，建立数学模型，可得到螺旋桨的特征曲线。2)船机桨匹配的分析
在满载情况下，如果测量的螺旋桨特征曲线与主机全负荷速度特征曲线的交点的横坐标读数小于主机额定转速，则表示螺旋桨配得过重；如果交点的横坐标读数大于额定转速之上的设定值(如120%额定转速)，则表示螺旋桨配得过轻。3)船机桨工况分析
在船舶处于良好工况时，在满载情况下，通过测量数据建立出船舶螺旋桨特征曲线数学模型(第3关系式)、尾轴扭矩与主机瞬时油耗关系数学模型(第4关系式)，第3关系式与第4关系式作为参照模型。在本装置中建有船机桨故障分析界面，在满载情况下航行时，对根据实测数据得到的螺旋桨特征曲线作为实时模型与第3关系式进行比较，如果实时模型的曲线逐渐变陡，则说明船体测量污损或螺旋桨存在故障，可以先从螺旋桨检查开始进行，通过排除法确
定故障。在本装置中还建有主机故障分析的界面，在满载情况下航行时，通过建立坐标，横坐标为尾轴扭矩，纵坐标为相应主机的瞬时油耗，对坐标上的数据进行回归分析，可得到尾轴扭矩与主机瞬时油耗关系的实时模型，如果实时模型曲线在逐渐变陡，则说明柴油机的工况已经在逐步恶化，需要进行维修。(五)数据显示和应用
I、数据显示
本装置共有节能操作、船机桨匹配、技术故障分析三个界面。节能操作界面显示测量的主机转速、主机瞬时油耗、船舶对地航速、船舶对水航速、富余水深、舵角、尾轴扭矩等测量数据，以及航道水流速度、船舶对地公里油耗等计算数据。航道水流流速显示顺水、逆水和流速数据；船舶对地公里油耗数据为左机瞬时油耗与右机瞬时油耗之和除以船舶对地航速。显示主机推荐转速，推荐转速为船舶在当前航道条件下的经济转速。船机桨匹配显示，如上节所述；船舶设备故障，如上节所述。2、相关数据的应用。经济航道的选择，根据测量的航道水流流速数据选择经济航道。在顺水航行时，选择航道水流流速高的航线航行即可节油；在逆水航行时，选择航道水流流速低的航线航行即可节油。经济转速的选择，根据推算的数据选择经济转速。根据航次任务情况，选择接近推荐转速的主机转速航行，即可达到节油的目的。也可以将推荐转速通过转速调节伺服机构直接调节主机调速器。对于在船舶匹配中发现的问题，应及时进行匹配的优化；
对于发现到的船舶主机工况存在的问题，应尽快进行主机的维护保养。综上所述，所述方法包括通过设计专用软件对船舶油耗及相关的各种数据进行分析处理和显示，用于指导船员进行经济航道的选择和主机经济转速的设置，并能对船舶实际的船机桨匹配情况进行评价、对船机桨工况的变化情况进行判断、对影响船舶能耗的技术故障的方向进行分析，从而系统地解决船舶节能工作中的主要问题，在实船使用中已取得十分显著的节能效果；所述装置包括数据采集设备、中央处理器及其储存单元、人机对话设备、输出设备和电源单元等，所述数据采集设备能够对船舶主机油耗及各种影响因素的数据进行全面、准确的自动测量和采集，为相关分析提供客观的依据。
权利要求
1.一种船舶运行能效的系统优化方法，所述方法包括步骤数据采集、建立数学模型、分析计算、输出与执行，其特征在于所述数据采集是获得船舶对水航速、船舶对地航速、船舶主机实时转速、船舶主机瞬时油耗和富余水深；所述建立数学模型是在船舶所处的富余水深足够的条件下，在同一时间轴上，建立船舶主机实时转速与船舶对水航速之间的数学模型，建立船舶主机实时转速与船舶主机瞬时油耗之间的数学模型；所述分析计算是对建立起来的数学模型在不同水流流速、采用不同主机转速的条件下进行分析计算，得出船舶在不同条件下对应的船舶对地公里油耗预测值；所述输出与执行是将船舶在当前水流条件下，计算出预测能够达到最小对地公里油耗值所对应的主机转速，作为推荐转速显示出来，指导驾驶员增加或降低船舶主机当前的转速，或者通过主机转速调节伺服机构直接控制船舶主机的油门。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述步骤分析计算之后设置油耗判断程序，在油耗判断程序中，事先设置主机瞬时油耗、船舶对地公里油耗的“提醒值”和“报警值”，在船舶航行期间，如果步骤分析计算的结果高出“提醒值”或“报警值”时，则以提醒或报警方式告诉驾驶员需要修正操作方法。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述步骤分析计算之后设置故障判断程序，在故障判断程序中，事先设置正常技术状态下，主机转速与主机瞬时油耗之间的数学模型作为参照模型；在船舶航行期间，将步骤分析计算的结果中的主机转速与主机瞬时油耗之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在船舶吃水相同条件下形成的关系曲线差异超过设定值时，以报警方式提醒船舶技术状态出现问题。
4.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述步骤数据采集中增加采集尾轴扭矩参数，设置正常技术状态下船舶主机转速与尾轴扭矩之间的数学模型作为参照模型；在船舶航行期间，将分析计算的结果中的船舶主机转速与尾轴扭矩之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在船舶吃水相同条件下形成的关系曲线差异超过设定值时，则以报警方式提醒船体或/和螺旋桨出现技术故障；同时，设置正常技术状态下船舶主机瞬时油耗与尾轴扭矩之间的数学模型作为参照模型；在船舶航行期间，将分析计算的结果中的船舶主机瞬时油耗与尾轴扭矩之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在船舶吃水相同条件下形成的关系曲线差异超过设定值时，则以报警方式提醒主机出现技术故障。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述步骤数据采集中增加采集尾轴扭矩参数，设置正常技术状态下船舶主机转速与尾轴扭矩之间的数学模型作为参照模型；在船舶航行期间，将分析计算的结果中的船舶主机转速与尾轴扭矩之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在船舶吃水相同条件下形成的关系曲线差异超过设定值时，则以报警方式提醒船体或/和螺旋桨出现技术故障；同时，设置正常技术状态下船舶主机瞬时油耗与尾轴扭矩之间的数学模型作为参照模型；在船舶航行期间，将分析计算的结果中的船舶主机瞬时油耗与尾轴扭矩之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在船舶吃水相同条件下形成的关系曲线差异超过设定值时，则以报警方式提醒主机出现技术故障。
6.一种用于权利要求I所述方法的装置所述装置包括船舶主机调速器，其特征在于所述主机调速器通过伺服机构连接到中央处理器及储存单元；所述中央处理器及其储存单元连接数据采集设备、输出设备、电源单元；所述数据采集设备包括主机油耗测量装置、主机转速传感器、尾轴扭矩仪、计程仪、GPS装置、测深仪、风向风速测量仪、舵角指示器、三轴高精度陀螺仪；所述输出设备包括显示器、伺服机构；所述中央处理器及储存单元通过专用软件对采集到的主机瞬时油耗、主机转速、尾轴扭矩、船舶对水航速、对地航速、富余水深、风向风速、转舵角度、船舶纵倾角度的数据进行分析处理，并将处理结果以数据和/或图表方式在显示器上显示出来，用于指导船舶驾驶。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述中央处理器及储存单元连接能够提示或者警示驾驶员进行最优化主机转速操作的语音提示单元和声光报警单元。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于所述输出设备中设置伺服机构，伺服机构与主机调速器连接。
9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于所述中央处理器及储存单元连接能够实现人机对话的键盘。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于所述中央处理器及储存单元连接能够实现人机对话的键盘。
全文摘要
本发明公开了一种船舶运行能效的系统优化方法及其装置，所述方法包括数据采集、建立数学模型、分析计算、输出与执行；获得船舶的对水航速和对地航速、船舶主机的实时转速和瞬时油耗；在船舶处于足够富余水深的条件下，在同一时间轴上建立船舶主机实时转速与船舶对水航速之间的、船舶主机实时转速与船舶主机瞬时油耗之间的数学模型；对数学模型在不同水流流速、采用不同主机转速的条件下进行分析计算，得出船舶在不同条件下对应的船舶公里油耗值；将船舶公里油耗值和对应的主机转速显示出来指导操作；方法中还包含了船舶技术状态判断和航行操作优化方法。所述装置包括中央处理器及其储存单元、数据采集设备、人机对话设备、输出设备和电源单元等。
文档编号G01F9/02GK102768524SQ201210276500
公开日2012年11月7日 申请日期2012年8月6日 优先权日2012年8月6日
发明者彭和平, 李张智 申请人:长沙绿航节能科技有限公司