一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法及模拟装置与流程

本发明涉及一种故障检测方法，属于能效监测与评估领域，尤其涉及一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法及模拟装置。

背景技术：

1、船舶轴系推进系统包括主机、推力轴承、中间轴承、艉轴承以及螺旋桨等，首先是通过主机将柴油机的柴油燃烧的内能转化为轴系的机械能，再通过推力轴承、中间轴承以及艉轴承等中间部件将动力传递给螺旋桨，实现船舶的可持续运行，所以，船舶推进轴系各中间部件传递效率的检测直接关系到船舶的运行稳定性、经济性和可持续性；目前，由于缺乏相应的船舶轴系推进系统能效监测的方法和系统，无法判断船舶轴系在转速、轴扭矩等参数变化下的能效水平，因此无法对船舶轴系推进系统进行科学维护以减少能量的损耗，所以，亟需一种船舶轴系推进系统能效监测方法，以检测船舶轴系推进系统的能效水平，对系统出现的故障进行快速的识别和诊断。

2、申请号为201710130604.1，申请日为2017年3月7日的专利申请公开了一种电机系统能效检测方法及系统，其将电机节能改造项目进行系统化的全面考虑，将传统的电机系统相关的技术工作融为一个整体的检测方法，能进行电机系统的能效实时检测和电机系统负载率的实时分析；能根据电机设备的额定参数进行效率曲线拟合，并将拟合曲线与实测参数进行对比，从电机系统设备的动态性能上分析节能潜力；该技术方案虽然可以进行系统能效检测，但其仅能判断电机的状态，无法对系统故障位置进行判断。

3、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在无法对轴系推进系统故障进行快速识别与诊断的缺陷与问题，提供一种可以对轴系推进系统故障进行快速识别与诊断的一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法及模拟装置。

2、为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法，所述使用方法包括以下步骤：

3、步骤一、采集船舶在不同工况下的运行数据，形成为历史数据,所述历史数据包括不同工况下的转速、系统总能效、各个轴段的扭矩与各个轴段的轴段传递效率；

4、步骤二、实时采集船舶运行数据，确定船舶的实时工况；

5、步骤三、根据船舶的实时工况数据进行系统总能效计算，获得实时系统总能效，然后将其与历史数据中的系统总能效进行比对；若二者数据存在偏差并超出预警值，则表示推进系统轴段出现故障；若未超出预警值，则存储数据；

6、步骤四、当推进系统轴段出现故障时，则系统调取实时工况下的各个轴段的扭矩数据，并将其与历史数据中的各个轴段的扭矩进行比对；若各个轴段中的至少一个存在偏差并超出预警值，则表示各个轴段中的至少一个可能存在故障；若未超出预警值，则存储数据；

7、步骤五、当各个轴段中至少一个可能存在故障时，则对可能存在故障轴段进行轴段传递效率计算，获得实时工况下的该轴段的传递效率，然后将其与历史数据中的该轴段传递效率进行比对；若二者数据存在偏差并超出预警值，则代表该轴段存在故障，系统进行故障报警，完成故障检测；若未超出预警值，则存储数据。

8、所述步骤一中，采集船舶在不同工况下的运行数据，形成为历史数据是指：

9、通过采集包括转速与各个轴段扭矩在内的船舶运行数据，进行轴段传递效率计算与系统总能效计算，以获得各个轴段的传递效率与系统总能效，并重复若干次，从而获得不同工况下的运行数据，将其进行存储以形成历史数据。

10、所述步骤二中，实时采集船舶运行数据，确定船舶的实时工况是指：

11、首先在船舶的运行过程中，实时采集包括转速与各个轴段扭矩在内的船舶运行数据，然后与历史数据中的系统总能效进行比对，从而确认船舶的实时工况；若可以确认船舶的实时工况，则进行计算系统总能效；若无法确认船舶的实时工况，则将数据进行存储，积累历史数据。

12、所述步骤三中，根据船舶的实时工况数据进行系统总能效计算，获得实时系统总能效，然后将其与历史数据中的系统总能效进行比对是指：

13、首先根据船舶的实时工况数据进行系统总能效计算，获得实时系统总能效，然后将其与历史数据中的系统总能效进行比对；若二者数据存在偏差并超出预警值，则表示推进系统轴段出现故障；若二者数据存在偏差但并未并超出预警值，则将数据进行存储，积累历史数据。

14、所述步骤四中，当推进系统轴段出现故障时，则系统调取实时工况下的各个轴段的扭矩数据，并将其与历史数据中的各个轴段的扭矩进行比对是指：

15、当推进系统轴段出现故障时，则系统调取实时工况下的各个轴段的扭矩数据，并将其与历史数据中的各个轴段的扭矩进行一一比对；若各个轴段中的至少一个与历史数据相比存在偏差并超出预警值，则代表各个轴段中的至少一个可能存在故障；若存在偏差但并未并超出预警值，则将数据进行存储，积累历史数据；

16、若多个轴段与历史数据相比均存在偏差并超出预警值，则代表多个轴段均可能存在故障；若存在偏差但并未并超出预警值，则将未并超出预警值的轴段数据进行存储，积累历史数据。

17、所述步骤五中，当各个轴段中至少一个可能存在故障时，则对可能存在故障轴段进行轴段传递效率计算，获得实时工况下的该轴段的传递效率，然后将其与历史数据中的该轴段传递效率进行比对是指：

18、当各个轴段中至少一个可能存在故障时，则对该轴段进行轴段传递效率计算，获得实时工况下的该轴段的传递效率，然后将其与历史数据中的该轴段的传递效率进行比对；若二者数据存在偏差并超出预警值，则代表该轴段存在故障，系统进行故障报警，完成故障检测；若存在偏差但并未并超出预警值，则将数据进行存储，积累历史数据；

19、若多个轴段均可能存在故障时，则分别对多个轴段进行轴段传递效率计算，获得实时工况下的多个轴段的传递效率，然后将其与历史数据中的该轴段的传递效率进行一一比对；若二者数据存在偏差并超出预警值，则代表该轴段存在故障，系统进行故障报警，完成故障检测；若存在偏差但并未并超出预警值，则将并未并超出预警值的轴段数据进行存储，积累历史数据。

20、所述积累历史数据是指：将存储的数据与历史数据进行求和求平均操作，不断积累更新船舶的运行数据，形成为新的历史数据。

21、所述轴段传递效率的计算方式如下：

22、首先采集各个轴段输出端的实时输出扭矩，通过以下公式计算获得各个轴段的输出功率：

23、

24、

25、

26、其中：n为轴转速；t1、t2、t3分别为各个轴段输出端的实时输出扭矩；p1、p2、p3分别为各个轴段的输出功率；

27、然后基于各个轴段的输出功率，通过以下公式分别计算获得各个轴段的传递效率：

28、

29、

30、

31、其中：η1、η2、η3分别为各个轴承的传递效率；pout为输出功率；pin为输入功率。

32、所述系统总能效的计算方式如下：

33、首先根据各个轴段的传递效率，通过以下公式计算获得船舶轴系的输出功率：

34、p＝pin*η1*η2*η3；

35、其中：p为螺旋桨的输出功率；pin为动力源的额定输出功率；

36、然后根据船舶轴系的输出功率，通过以下公式计算获得船舶轴系推进系统的效率，即系统总能效：

37、

38、其中：η系统为系统总能效；pout为船舶轴系输出端的输出功率；pin为动力源的额定输出功率；η1、η3、η3分别为各个轴段的传递效率。

39、一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法的模拟装置，所述装置包括依次相连的主机箱、推力轴承、中间轴承、艉轴承与螺旋桨，所述推力轴承与中间轴承之间的推力轴承输出端上设置有第一扭矩传感器，所述中间轴承与艉轴承之间的中间轴承输出端上设置有第二扭矩传感器，所述艉轴承与螺旋桨之间的艉轴承输出端上设置有第三扭矩传感器，所述第一扭矩传感器、第二扭矩传感器与第三扭矩传感器均与计算机电性连接。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

41、1、本发明一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法中，首先采集船舶不同工况下的运行数据形成为历史数据，然后实时采集船舶运行数据，确定船舶的实时工况，随后进行系统总能效计算并与历史数据进行比对，若出现偏差且超出预警值，则调取实时工况下的各个轴段的扭矩数据并与历史数据进行比对，若再次出现偏差且超出预警值，则分别对各个轴段进行轴段传递效率计算，然后将其与历史数据进行比对，若仍然出现偏差且超出预警值，则确认该轴段出现故障；本设计在应用中，通过采集船舶的运输数据积累形成历史数据，作为比对基准，并且实时将工况与历史数据进行比对，逐步比对筛选出存在故障的轴段，在船舶运行过程中即可完成故障的识别与诊断。因此，本发明可以对轴系推进系统故障进行快速识别与诊断。

42、2、本发明一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法中，将存储的数据与历史数据进行求和求平均操作，不断积累更新船舶的运行数据，形成为新的历史数据；本设计在应用中，在未出现故障时，对数据不断进行存储积累，实时更新船舶的基准数据，避免了因数据老旧造成与实际状况存在差异，造成的故障检测偏差，保证了故障检测的准确性。因此，本发明的故障检测准确率较高。

43、3、本发明一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测模拟装置中，包括依次相连的主机箱、推力轴承、中间轴承、艉轴承与螺旋桨，推力轴承输出端上设置有第一扭矩传感器，中间轴承输出端上设置有第二扭矩传感器，艉轴承输出端上设置有第三扭矩传感器，第一扭矩传感器、第二扭矩传感器与第三扭矩传感器均与计算机电性连接；本设计在应用中，通过设计模拟装置预先对故障检测方法进行模拟，确认了故障检测方法的有效性，提高了故障检测准确率，并且可以通过模拟装置针对不同船型进行历史数据的积累，保证了故障检测的前置性，二者共同作用确保船舶的运行安全。因此，本发明不仅准确性较高，而且可以保证船舶的运行安全。