CN115639856A - 一种双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***，包括两个测速单元、转速计算单元、相位角计算单元、同步***中控单元和两个主机控制单元，测速单元分别用于采集并传输主、从推进轴转速和相位角计算的必要信息；转速计算单元用于根据接收的转速信息，计算主推进轴和从推进轴的转速并送出；相位角计算单元用于根据接收的相位角信息，计算出主推进轴和从推进轴的相位角并送出，同步***中控单元用于采集并分析主、从推进轴的转速和相位角数据；主机控制单元用于根据接收的两个主机的转速和相位角调整命令。本发明的同步监测和控制***调整主、从推进轴的相位角差值为零，达到降低主机运转产生的振源、减少对船体结构振动影响的目的。
Description
技术领域
本发明属于船舶设备的状态监测和控制技术领域，特别涉及一种双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***及方法。
背景技术
传统的双轴推进船舶，两个推进轴的转速都是通过主机遥控***的操纵手柄给出的转速命令，虽然操纵手柄给出的主机转速命令一致，但是由于两台主机的实际运行情况以及螺旋桨吸收的功率不同，会导致两台主机转速不同，两个推进轴的相位角也不相同。
船舶主机的运行是船体结构振动的振源，主机在不同的转速下运行，产生的振源也不一致。而双轴推进的船舶，两台主机因各种因素的影响，在同一时刻转速经常会不相同，这就会增加对船体结构振动的影响，甚至振动值超出船级社规范的要求，如果双推进轴的转速和相位角一致，那么在很大程度上就会降低主机运行对船体结构振动的影响。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***及同步监测和控制方法，通过采集主推进轴和从推进轴的转速和相位角信号，通过分析和逻辑判断后对从推进轴给出调整命令，实现主推进轴和从推进轴的转速和相位角相同，降低船舶主机运行时产生的振源，减少对船体结构产生振动的影响。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***，所述双轴推进船舶包括主推进轴和从推进轴，所述主推进轴和从推进轴分别与一主机连接，其特征在于，所述***包括两个测速单元、转速计算单元、相位角计算单元、同步***中控单元和两个主机控制单元；其中，
两个测速单元分别用于采集并传输计算主推进轴和从推进轴转速和相位角所需的单位时间内经过测速探头的探测点数量；
转速计算单元用于根据接收的转速信息，计算出主推进轴和从推进轴的转速，并送出转速数据；
相位角计算单元用于根据接收的相位角信息，计算出主推进轴和从推进轴的相位角，并送出相位角数据；
同步***中控单元用于采集并分析主推进轴和从推进轴的转速和相位角数据，根据主推进轴和从推进轴之间转速的偏差值和相位角的偏差值，发出转速和相位角调整命令至主机控制单元，直到主推进轴和从推进轴之间的转速和相位角一致；
两个主机控制单元分别用于根据接收的两个主机的转速和相位角调整命令，调节两个主机的转速和相位角。
进一步的，每个所述测速单元均包括两个测速探头和一套安装在推进轴上随推进轴一起旋转的圆环辅助装置，在圆环辅助装置和推进轴之间设有橡皮垫，两个测速探头位于圆环辅助装置的周侧正上方，与圆环辅助装置的上端面所在平面之间的垂直距离为1mm，在圆环辅助装置的表面上均布有多个探测点，相邻两个探测点之间的夹角相同。
进一步的，所述转速计算单元接收测速单元发送的脉冲信号，计算得出主推进轴和从推进轴的转速，再将主推进轴和从推进轴的转速信号输出至同步***中控单元。
进一步的，所述相位角计算单元接收测速单元发送的脉冲信号，计算得出主推进轴和从推进轴的相位角，再将主推进轴和从推进轴的相位角信号输出至同步***中控单元。
进一步的，所述同步***中控单元包括信号采集模块、信号输出模块、人机界面HMI以及信号处理单元，信号采集模块实现信号的采集；信号输出模块实现转速和相位角调整命令和***状态信号的输出；人机界面HMI实现***参数设定、***激活和取消、***状态显示和报警；信号处理单元实现同步运行的逻辑判断和给出主从推进轴转速的调整命令。
采用上述双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***的同步监测和控制方法，包括以下步骤：
S1、在同步***中控单元的人机界面HMI上触发同步运行运行命令；
S2、同步***中控单元采集主推进轴和从推进轴的转速信号，判断推进轴当前的转速；
S3、同步***中控单元运算出主推进轴和从推进轴之间的转速差值；
S4、同步***中控单元对从推进轴的主机控制单元发出转速调整命令；
S5、同步***中控单元分析和判断主推进轴和从推进轴相位角的差值；
S6、同步***中控单元对从推进轴的主机控制单元发出相位角调整命令；
S7、主推进轴和从推进轴之间的相位角相同，相位同步命令结束。
进一步的，在所述S1中，同步***中控单元收到所有主机控制单元准备就绪信号后，在人机界面HMI上手动触发同步***运行命令；若有任何一个主机控制单元准备就绪的信号未收到，则无法触发同步***运行命令；所述S2具体为同步***中控单元判断主推进轴和从推进轴的转速是否都在设定范围内，是则进入到S3，否则***结束运行、复位并给出对应的报警，其中主推进轴和从推进轴的转速设定范围为主机额定转速的60%~90%。
进一步的，所述S3具体为同步***中控单元判断主推进轴和从推进轴转速的差值是否在设定的范围内，是则进入到S5，否则进入到S4，其中主推进轴和从推进轴转速的差值的设定范围为＜1%主机的额定转速范围。
进一步的，所述S4具体为同步***中控单元对从推进轴的主机控制单元发出转速调整命令，使其和主推进轴的转速差值在设定的范围内；所述S5具体为同步***中控单元运算出主推进轴和从推进轴相位角的差值是否为零，是则进入到S7，否则进入到S6；
进一步的，所述S6具体为同步***中控单元对从推进轴的主机控制单元发出相位角调整命令，使其和主推进轴的相位角差值为零；其中若主推进轴和从推进轴的转速差值超出设定的范围时，相位角同步命令停止，进入到S3，其中主推进轴和从推进轴转速的差值的设定范围为＜1%主机的额定转速范围；所述S7具体为同步***中控单元运算出主推进轴和从推进轴的相位角差值为零时，相位角同步命令结束。
本发明的双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***，同步***中控单元通过实时采集主推进轴和从推进轴的转速和相位角信息，由处理单元对所有采集的信号进行对比分析，运算出主从推进轴之间的转速差值，同步***中控单元对从推进轴的主机控制***发出转速调整命令，使主从推进轴的转速差值满足设定要求后，再自动进入到主从推进轴之间的相位角差值运算，同步***中控单元对从推进轴的主机控制***发出相位角调整命令，使主从推进轴的相位角差值为零，实现两根推进轴运转的同步，达到降低主机运转产生的振源、减少对船体结构振动影响的目的。
附图说明
图1为本发明所述的双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***的结构图；
图2为本发明所述的测速探头和圆环辅助装置的设置方式示意图；
图3为本发明所述的双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制方法的流程图。
其中，1-第一测速单元，2-第二测速单元，3-转速计算单元，4-相位角计算单元，5-同步***中控单元，6-第一主机控制单元，7-第二主机控制单元，8-主推进轴，9-从推进轴，10-第一主机，11-第二主机，12-测速探头，13-圆环辅助装置，14-橡皮垫，51-信号采集模块，52-信号输出模块，53-人机界面HMI，54-信号处理单元。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***，所述双轴推进船舶包括主推进轴8和从推进轴9，所述主推进轴8和从推进轴9分别与第一主机10和第二主机11连接，所述***包括第一测速单元1、第二测速单元2、转速计算单元3、相位角计算单元4、同步***中控单元5、第一主机控制单元6和第二主机控制单元7；其中，
第一测速单元1和第二测速单元2均包括两个测速探头12和一套安装在推进轴上随推进轴一起旋转的圆环辅助装置13，在圆环辅助装置13和推进轴之间设有橡皮垫14，两个测速探头12呈一定夹角设于圆环辅助装置13的周侧正上方，与圆环辅助装置13的上端面所在平面之间的垂直距离为1mm，；第一测速单元1、第二测速单元2分别用于采集并传输计算主推进轴8和从推进轴9的转速和相位角必要的单位时间内经过测速探头的探测点数量；结合图2，主推进轴和从推进轴上均安装一个圆环辅助装置13随轴一起旋转，圆环辅助装置13表面均匀分布有360个探测点，测速探头12每探测到一个点就代表推进轴旋转了1度即相位角，当探测到360个点代表推进轴旋转了一圈，再结合时间，就可以得出推进轴的转速。转速计算单元3接收第一测速单元1和第二测速单元2发送的脉冲信号，计算得出主推进轴8和从推进轴9的转速，再将主推进轴8和从推进轴9的转速信号输出至同步***中控单元5；
相位角计算单元4接收第一测速单元1和第二测速单元2发送的脉冲信号，计算得出主推进轴8和从推进轴9的相位角，再将主推进轴8和从推进轴9的相位角信号输出至同步***中控单元5；
所述同步***中控单元5包括信号采集模块51、信号输出模块52、人机界面HMI53以及信号处理单元54，信号采集模块51实现信号的采集；信号输出模块52实现转速和相位角调整命令和***状态信号的输出；人机界面HMI53实现***参数设定、***激活和取消、***状态显示和报警；信号处理单元54实现同步运行的逻辑判断和给出主从推进轴转速的调整命令；同步***中控单元5用于采集并分析主推进轴8和从推进轴9的转速和相位角数据，根据主推进轴8和从推进轴9之间转速的偏差值和相位角的偏差值，发出转速和相位角调整命令至第一主机控制单元6和第二主机控制单元7，直到主推进轴8和从推进轴9之间的转速和相位角一致；第一主机控制单元6和第二主机控制单元7分别用于根据接收的第一主机10和第二主机11的转速和相位角调整命令，调节第一主机10和第二主机11的转速和相位角。
如图3所示，采用上述双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***的同步监测和控制方法，包括以下步骤：
S1、在同步***中控单元5的人机界面HMI53上触发同步运行命令，具体为同步***中控单元5收到主推进轴8和从推进轴9设置、第一主机控制单元6和第二主机控制单元7准备就绪信号后，在人机界面HMI53上手动触发同步***运行命令；若有任何一个主机控制单元准备就绪的信号未收到，则无法触发同步***运行命令；
S2、同步***中控单元5中的信号采集模块51采集主推进轴8和从推进轴9的转速信号，判断主推进轴8和从推进轴9当前的转速，具体为同步***中控单元5判断主推进轴8和从推进轴9的转速是否都在设定范围内，其中主推进轴和从推进轴的转速设定范围为主机额定转速的60%~90%，是则进入到S3，否则***结束运行、复位并给出对应的报警，
S3、同步***中控单元5中的信号处理单元54运算出主推进轴8和从推进轴9之间的转速差值，具体为同步***中控单元5判断主推进轴8和从推进轴转速9的差值是否在设定的范围内，其中主推进轴8和从推进轴9转速的差值的设定范围为＜1%主机的额定转速范围，是则进入到S5，否则进入到S4；
S4、同步***中控单元5中的信号输出模块52对从推进轴9的对应的第二主机控制单元7发出转速调整命令，使其和主推进轴8的转速差值小于1%主机的额定转速范围内；
S5、同步***中控单元5中的信号处理单元54分析和判断主推进轴8和从推进轴9相位角的差值是否为零，是则进入到S7，否则进入到S6；
S6、同步***中控单元5中的信号输出模块52对从推进轴9对应的第二主机控制单元7发出相位角调整命令，使其和主推进轴8的相位角差值为零；其中若主推进轴8和从推进轴9的转速差值大于等于1%主机的额定转速范围，是则相位角同步命令停止，进入到S3；
S7、同步***中控单元5中的信号处理单元54运算出主推进轴8和从推进轴9的相位角差值是否为零，相位角差值为零时，相位角同步命令结束。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***，所述双轴推进船舶包括主推进轴和从推进轴，所述主推进轴和从推进轴分别与一主机连接，其特征在于，所述***包括两个测速单元、转速计算单元、相位角计算单元、同步***中控单元和两个主机控制单元；其中，
两个测速单元分别用于采集并传输计算主推进轴和从推进轴转速和相位角所需的单位时间内经过测速探头的探测点数量；
转速计算单元用于根据接收的转速信息，计算出主推进轴和从推进轴的转速，并送出转速数据；
相位角计算单元用于根据接收的相位角信息，计算出主推进轴和从推进轴的相位角，并送出相位角数据；
同步***中控单元用于采集并分析主推进轴和从推进轴的转速和相位角数据，根据主推进轴和从推进轴之间转速的偏差值和相位角的偏差值，发出转速和相位角调整命令至主机控制单元，直到主推进轴和从推进轴之间的转速和相位角一致；
两个主机控制单元分别用于根据接收的两个主机的转速和相位角调整命令，调节两个主机的转速和相位角。
2.根据权利要求1所述的一种双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***，其特征在于，每个所述测速单元均包括两个测速探头和一套安装在推进轴上随推进轴一起旋转的圆环辅助装置，在圆环辅助装置和推进轴之间设有橡皮垫，两个测速探头位于圆环辅助装置的周侧正上方，与圆环辅助装置的上端面所在平面之间的垂直距离为1mm，在圆环辅助装置的表面上均布有多个探测点，相邻两个探测点之间的夹角相同。
3.根据权利要求2所述的一种双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***，其特征在于，所述转速计算单元接收测速单元发送的脉冲信号，计算得出主推进轴和从推进轴的转速，再将主推进轴和从推进轴的转速信号输出至同步***中控单元。
4.根据权利要求3所述的一种双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***，其特征在于，所述相位角计算单元接收测速单元发送的脉冲信号，计算得出主推进轴和从推进轴的相位角，再将主推进轴和从推进轴的相位角信号输出至同步***中控单元。
5.根据权利要求4所述的一种双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***，其特征在于，所述同步***中控单元包括信号采集模块、信号输出模块、人机界面HMI以及信号处理单元，信号采集模块实现信号的采集；信号输出模块实现转速和相位角调整命令和***状态信号的输出；人机界面HMI实现***参数设定、***激活和取消、***状态显示和报警；信号处理单元实现同步运行的逻辑判断和给出主推进轴和从推进轴转速的调整命令。
6.采用上述权利要求1-5任一项所述的双轴推进船舶推进轴的同步监测和控制***的同步监测和控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在同步***中控单元的人机界面HMI上触发同步运行命令；
S2、同步***中控单元采集主推进轴和从推进轴的转速信号，判断推进轴当前的转速；
S3、同步***中控单元运算出主推进轴和从推进轴之间的转速差值；
S4、同步***中控单元对从推进轴的主机控制单元发出转速调整命令；
S5、同步***中控单元分析和判断主推进轴和从推进轴相位角的差值；
S6、同步***中控单元对从推进轴的主机控制单元发出相位角调整命令；
S7、主推进轴和从推进轴之间的相位角相同，相位同步命令结束。
7.根据权利要求6所述的同步监测和控制方法，其特征在于，在所述S1中，同步***中控单元收到所有主机控制单元准备就绪信号后，在人机界面HMI上手动触发同步***运行命令；若有任何一个主机控制单元准备就绪的信号未收到，则无法触发同步***运行命令；所述S2具体为同步***中控单元判断主推进轴和从推进轴的转速是否都在设定范围内，是则进入到S3，否则***结束运行、复位并给出对应的报警，其中主推进轴和从推进轴的转速设定范围为主机额定转速的60%~90%。
8.根据权利要求6所述的同步监测和控制方法，其特征在于，所述S3具体为同步***中控单元判断主推进轴和从推进轴转速的差值是否在设定的范围内，是则进入到S5，否则进入到S4，其中主推进轴和从推进轴转速的差值的设定范围为＜1%主机的额定转速范围。
9.根据权利要求6所述的同步监测和控制方法，其特征在于，所述S4具体为同步***中控单元对从推进轴的主机控制单元发出转速调整命令，使其和主推进轴的转速差值在设定的范围内；所述S5具体为同步***中控单元运算出主推进轴和从推进轴相位角的差值是否为零，是则进入到S7，否则进入到S6。
10.根据权利要求6所述的同步监测和控制方法，其特征在于，所述S6具体为同步***中控单元对从推进轴的主机控制单元发出相位角调整命令，使其和主推进轴的相位角差值为零；其中若主推进轴和从推进轴的转速差值超出设定的范围时，相位角同步命令停止，进入到S3，其中主推进轴和从推进轴转速的差值的设定范围为＜1%主机的额定转速范围；所述S7具体为同步***中控单元运算出主推进轴和从推进轴的相位角差值为零时，相位角同步命令结束。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20230124 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |