CN101520467B - 船舶主机节能转速测量选择方法及其实现系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了船舶主机节能转速测量选择方法，船舶由主机转速范围内最低转速开始航行，由船舶航行的距离以及耗油量计算出单位距离耗油量；船舶在主机转速范围内递增航行并依次记录；当船舶在主机转速范围内航行一个循环，获得全部主机转速范围内的单位距离耗油量及对应的航行速度；从所有数据中，选取航速大于最慢航速且单位距离耗油量最低时所对应的主机转速进行航行。本发明还公开了一种船舶主机节能转速测量选择系统，包括进油管流量计、回油管流量计以及与进油管流量计、回油管流量计电连接的油耗积算仪，所述油耗积算仪还与一个航速测量装置电连接。本发明大大节约了船舶油耗，且效果明显。

Description

船舶主机节能转速测量选择方法及其实现系统

技术领域

本发明涉及一种船舶主机转速测量选择方法及其实现系统，特别是一种船舶主机节能转速测量选择方法及其实现系统。

背景技术

众所周知，船舶上耗油设备主要有船舶主机、柴油发电机和锅炉等设备。其中，在船舶航行中最主要的耗油设备是主机。船舶耗油主要发生在船舶主机运转向船舶提供航行动力的过程中，理论上船舶、主机、螺旋桨存在最佳配合点，此时船舶单位耗油率最优。但船舶实际航行时，由于受具体航行环境的影响，比如船舶载货量、船舶吃水、海洋与气象因素等影响，由此导致实际航行过程中，理论上的船舶、主机、螺旋桨配合曲线图所确定的主机转速范围对实际的航行中的最低油耗选择几乎没有帮助。如何快速准确地测定船舶的节能航速，从而实现燃油成本最经济的航运生产，一直是航运企业不断研发探讨的技术难点。但是由于缺少实用的测量计算手段，目前航运企业在日常的营运船舶主机转速管理中，对于海船来说无论空载、重载只规定一种主机转速；对于内河船则通常规定一个上水主机转速、一个下水主机转速。这种管理方法准确率低，实时性差，不利于船舶根据实际航行状况在主机转速范围内进行主机转速调节，更无法实现以准确的节能航速进行航运生产。而现有的其他交通工具比如汽车，飞机等的最优油耗速度选择方法与理论值相差较小，受到的外界干扰因素的影响较小，因而比较容易计算，但是考虑到船舶航行的实际情况，很难将其应用到船舶航行中。

当前，全球日益重视环境保护，我国不断出台节能减排政策。作为能源消耗大户的航运企业，节能降耗，降低营运成本，更是企业日常管理工作重中之重。

发明内容

发明目的：本发明针对现有船舶航行最优油耗测量选择方法的不足，提供了一种可以根据各个船舶对每次航行的情况不同都可以应用的船舶主机节能转速测量选择方法。

技术方案：本发明公开了一种船舶主机节能转速测量选择方法，包括以下步骤：

步骤1，通过航行始发港和目的港之间的航行距离以及航行目标时间，计算出船舶航程中允许的最慢航速；

步骤2，根据船舶出厂时设定的主机转速范围以及上步中得出的最慢船舶速度得出船舶航行主机的最低转速，从而确定船舶航行的主机转速范围；

步骤3，船舶由主机转速范围内最低转速开始航行，经过设定的单位时间，由船舶航行的距离以及耗油量计算出单位距离耗油量，并记录该单位距离耗油量和对应的航行速度以及主机转速；

步骤4，船舶由主机转速范围内以单位转速递增航行，并依次计算并记录单位距离耗油量和对应的航行速度以及主机转速；

步骤5，当船舶在主机转速范围内航行一个循环后，获得全部主机转速范围内的单位距离耗油量以及对应的航行速度；

步骤6，从步骤5中的所有数据中，选取航速大于步骤1中的最慢航速且单位距离耗油量最低时所对应的主机转速进行航行。

本发明中优选地，所述设定的单位时间为5分钟～60分钟。

本发明中进一步优选地，所述设定的单位时间为10分钟。一般航行10分钟，就可以稳定测量出每千米的耗油量。

本发明中优选地，所述主机的单位转速递增为1转/分钟～20转/分钟。

本发明中进一步优选地，所述主机的单位转速递增为12转/分钟。

本发明中，所述单位距离耗油量为千克/千米。

本发明还公开了一种船舶主机节能转速测量选择系统，包括船舶航速测量装置、与船舶主机连接的用于计算耗油量的油耗测量装置以及与所述油耗测量装置和航速测量装置电连接用于计算船舶单位距离油耗的油耗积算仪。

本发明中优选地，所述船舶航速测量装置为计程仪或GPS终端。

本发明中优选地，所述油耗测量装置包括进油管流量计和回油管流量计，进油管流量计和回油管流量计分别连接在船舶主机的进油口和出油口。本发明与现有技术相比，有效地解决了船舶单位距离主机耗油量测量的难题，所测得的船舶单位距离主机耗油量数据准确率高，实时性好。通过测量，可以精确确定船舶主机节能转速，解决了原来依经验确定船舶主机节能转速的不足。

本发明中优选地，所述船舶主机与油耗积算仪之间连接有伺服器，从而可以将油耗积算仪测量的主机单位距离油耗最优的转速信号发送到主机，从而实现主机转速的自动控制。

有益效果：本发明所述的船舶主机节能转速测量选择方法及其实现系统，可准确地测量和记录船舶航行状态下的柴油机燃油消耗状况，从而可以帮助船舶确定最节能航速。满足了船舶快速准确地测量和记录船舶单位距离主机燃油消耗的需要，填补了该领域的技术空白。本发明还实现了船舶航次和累积的里程和油耗信息记录电子化等，有助于航运企业更好的实现营运船舶节能降耗的管理。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明。

图1是本发明系统应用连接示意图。

图2是本发明整体结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种船舶主机节能转速测量选择方法，包括以下步骤：

步骤1，通过航行始发港和目的港之间的航行距离以及航行目标时间，计算出船舶航程中允许的最慢航速；

步骤2，根据船舶出厂时设定的主机转速范围以及上步中得出的最慢船舶速度得出船舶航行主机的最低转速，从而确定船舶航行的主机转速范围。船舶起航后，在最慢船舶速度航行时的主机转速即为所述船舶航行主机的最低转速。由于船舶航行时每次的载货量都不一样，而载货量的多少对船舶主机转速及船舶速度的影响很大，在载货量不同的情况下，相同的最慢船舶速度对应的船舶航行主机的最低转速并不相同。因此，最准确的船舶最低主机转速应当由每次的开航时测得。

步骤3，船舶由主机转速范围内最低转速开始航行，由船舶航行的距离以及耗油量计算出单位距离耗油量，并记录该单位距离耗油量和对应的航行速度以及主机转速；

步骤4，船舶由主机转速范围内递增航行，并依次计算并记录单位距离耗油量和对应的航行速度以及主机转速；

步骤5，当船舶在主机转速范围内航行一个循环后，获得全部主机转速范围内的单位距离耗油量以及对应的航行速度；

步骤6，从步骤5中的所有数据中，选取航速大于步骤1中的最慢航速且单位距离耗油量最低时所对应的主机转速进行航行。

根据船舶航行速度的规律，稳定航速一般在5分钟左右，本发明中所述设定的单位时间为10分钟，以此作为一个测量周期，当然也可以根据需要选取10分钟、20分钟、30分钟直到60分钟。本发明中所述主机的单位转速递增为2转/分钟，当然也可以以1转/分钟或者20转/分钟进行递增。本发明中，所述单位距离耗油量为千克/千米。

如图1所示，本发明还公开了一种船舶主机节能转速测量选择系统，包括航速测量装置、与船舶主机连接的用于计算耗油量的油耗测量装置以及与所述油耗测量装置和航速测量装置电连接用于计算单位距离油耗的油耗积算仪。所述航速测量装置为计程仪或GPS终端。所述油耗测量装置包括进油管流量计和回油管流量计，进油管流量计和回油管流量计分别连接在船舶主机的进油口和出油口。流量计上还设有一个信号发信器与智能油耗积算仪电连接。所述船舶主机与油耗积算仪之间连接有伺服器。

两个流量计分别串接在柴油机的进油管和回油管中，其测得的燃油流量信号经过各自的发信器完成机电信号的转换，并通过连接电缆将电信号传送到智能油耗积算仪。所述柴油机进油管和燃油柜连通，回油管与集油桶连通。与此同时，船舶航速测量装置测得的船舶航速信号也从其输出接口和连接电缆传送到智能油耗积算仪。智能油耗积算仪按照既定的程序对输入的两个燃油流量信号和航速信号进行存储和计算，得出船舶单位时间耗油量和单位距离耗油量，以及船舶的累计油耗和航程等数据并加以显示。

更具体地说，如图2中所示：本发明所述船舶主机节能转速测量选择系统包括船舶航速测量装置1、船舶航速信号输出电缆2、智能油耗积算仪3、主机进油管流量计4、主机进油管流量计的发信器5、主机进油管流量计发信器到智能油耗积算仪的连接电缆6、主机回油管流量计7、主机回油管流量计的发信器8、主机回油管流量计发信器到智能油耗积算仪的连接电缆9。所述智能油耗积算仪3安装在机舱集控室内的集控台上，所述船舶航速测量装置1安装在驾驶台上，智能油耗积算仪3与船舶航速测量装置1之间通过航速信号输出电缆2连接。带有主机进油管流量计的发信器5的主机进油管流量计4安装在主机进油口的进油管上，并通过连接电缆6连接主机进油管流量计发信器与智能油耗积算仪3；带有主机回油管流量计的发信器8的主机回油管流量计7安装在靠近主机的回油口的回油管上，并通过连接电缆9连接主机回油管流量计发信器与智能油耗积算仪3。

两台流量计发信器采用转轴角位移传感器，无触点，为本质安全防爆型。将被测燃油的流量数据转换为电信号，采用信号正极线、电源正极线、以及信号和电源共用地线的三线制连接方式，用三芯电缆与智能油耗积算仪的输入端相连，电源由智能油耗积算仪提供。

所述智能油耗积算采用新型高可靠性、高速度的单片机集成电路设计，具有可编程自动补偿流量积算控制功能和强大的数据管理功能。

本发明还可以计算并存储从本航次开始到当前时刻的船舶平均单位距离油耗、主机耗油量和航行里程信息，包含船舶有累计的平均单位距离油耗、主机耗油量和航行里程信息。

本实施例所采用的船舶主机油耗测量记录装置，整个系统安装方便，操作简单，所获得的油耗信息准确。不仅是船舶主机油耗的有效测量工具，还能对船舶主机日常运行情况进行监控和信息管理，可提供船舶航次和累计油耗和里程的相关信息记录，以及异常油耗报警参数的设置和报警信息的记录。采用中文菜单操作和显示界面，以及三级密码保护方式，确保信息安全。如将其与无线通信网络或船载卫星通讯系统相连，则可实现船岸数据共享，大大提高航运企业能耗管理的效率与水平。

本发明经过长江62029轮船舶的实地保密实验，对其8NVD主机测试记录统计，其中一处从长江山西嘴到200号红浮航行段，统计结果见表1。

表1

另一处从长江鄂城港到袁家镇航行段，统计结果见表2。

表1中经过本发明测算，最优点为主机转速310rpm，航速8.187km/h，单位距离油耗11.804kg/km，而传统航行一般是以最大转速运行，多余的耗油量没有有带来航速的相应加快，实际上浪费了燃油。表2中经过本发明测算，最优点为主机转速330rpm，航速5.427km/h，单位距离油耗24.482kg/km。从以上两份表格中可以看出，船舶航行时，并不是同陆地运输一样，转速、行驶速度以及油耗成正比。由于水路运输的客观条件的特殊性，船舶的主机转速、航行速度以及油耗存在一个最优的配合点。同时该最优的配合点，也并不是可以通过公式简单计算得来的。因此，不管是理论界还是实际应用的企业，都为寻找该最经济的航速点而苦苦探索。而本发明的方法，恰恰避开了公式计算变量选择的困境，通过实测，找到了该航速最优点，而且也可以推广到世界上任何水域进行应用。

另外，经过长江流域保密的实地检测，从南京栖霞锚地到湖南临湘炼油厂，航程934Km，按照原有的航行速度以及主机转速，耗油量为32吨，采用本发明方法所述的主机转速选择方法，耗油量为28吨。由此，减少耗油量为4吨，单航次减少燃料费用2.6万元，按每月三个航次计算，每月节约燃料费用7.8万元，按照中大型运输公司在线船舶11艘计算，每年总减少费用11×7.8×12＝1029.6万元。

从上两份数据表格以及相应的其后的数据统计可以看出，本发明方法通过实地航行检测的方式，就可以大大降低船舶航行的油耗，避开了传统的利用曲线图以及船舶载货量、船舶吃水、海洋与气象参数进行实验室模拟实验的理论困境，从实际上有效的实现了船舶主机节能转速测量选择，对于本领域的实际应用是一大突破。

本发明提供了一种船舶主机节能转速测量选择方法及其实现系统的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种船舶主机节能转速测量选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，通过航行始发港和目的港之间的航行距离以及航行目标时间，计算出船舶航程中允许的最慢航速；

步骤2，根据船舶出厂时设定的主机转速范围以及上步中得出的最慢船舶速度得出船舶航行主机的最低转速，从而确定船舶航行的主机转速范围；

步骤3，船舶由船舶航行的主机转速范围内最低转速开始航行，经过设定的单位时间，由船舶航行的距离以及耗油量计算出单位距离耗油量，并记录单位距离耗油量和对应的航行速度以及主机转速；

步骤4，船舶在船舶航行的主机转速范围内逐步递增主机转速航行，并依次计算并记录单位距离耗油量和对应的航行速度以及主机转速；

步骤5，当船舶在船舶航行的主机转速范围内航行一个循环后，获得全部主机转速范围内的单位距离耗油量以及对应的航行速度；

步骤6，从步骤5中的所有数据中，选取航速大于步骤1中的最慢航速，且单位距离耗油量最低时所对应的主机转速进行航行。

2.根据权利要求1所述的船舶主机节能转速测量选择方法，其特征在于，所述设定的单位时间为5分钟～60分钟。

3.根据权利要求2所述的船舶主机节能转速测量选择方法，其特征在于，所述设定的单位时间为10分钟。

4.根据权利要求1所述的船舶主机节能转速测量选择方法，其特征在于，步骤4中，所述主机的单位时间转速递增率为1转/分钟～20转/分钟。

5.根据权利要求4所述的船舶主机节能转速测量选择方法，其特征在于，步骤4中，所述主机的单位时间转速递增率为2转/分钟。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的船舶主机节能转速测量选择方法，其特征在于，所述单位距离耗油量为千克每千米。

7.一种实现权利要求1所述方法的船舶主机节能转速测量选择系统，其特征在于，包括船舶航速测量装置、与船舶主机连接的用于计算耗油量的油耗测量装置以及与所述油耗测量装置和航速测量装置电连接用于计算船舶单位距离油耗的油耗积算仪。

8.根据权利要求7所述的船舶主机节能转速测量选择系统，所述船舶航速测量装置为计程仪或GPS终端。

9.根据权利要求7所述的船行主机节能转速测量选择系统，所述油耗测量装置包括接在船舶主机的进油口的进油管流量计和连接在船舶主机的出油口的回油管流量计。

10.根据权利要求8或9所述的船舶主机节能转速测量选择系统，所述船舶主机与油耗积算仪之间连接有伺服器。

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