CN103318398B - 一种风帆助航船舶控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风帆助航船舶控制系统，包括航速设定模块、效率优化模块、航速控制模块、船舶动态参数采集模块、调速器模块、螺距控制模块，效率优化模块和航速控制模块分别与船舶动态参数采集模块连接，航速设定模块与航速控制模块连接，效率优化模块分别与调速器模块、螺距控制模块连接，航速控制模块根据实时检测的综合风帆推力大小，用最新的综合风帆推力计算出此时对应的最佳主轮机转速值和最佳螺旋桨螺距值，从而使得船舶的航行速度一直处于稳定状态，同时又保证主机燃油效率最高，本发明既有效的降低船舶的运营成本，又能减少能耗，降低碳排放，符合当前节能降耗的船舶工业发展原则。

Description

一种风帆助航船舶控制系统
技术领域
本发明涉及船舶控制领域，具体涉及一种风帆助航船舶控制系统。
背景技术
当前风帆助航技术在船舶工业中运用相对较少，单柴油机动力船舶依旧是现代船舶运输中的主力军。限制风帆助航技术在船舶航运中运用的关键瓶颈之一是缺少一种稳定而高效的帆-机-浆的协调匹配系统。
传统船舶航速保持系统的研究主要聚焦于船舶柴油机转速、螺旋桨螺距与船舶航速及单位距离油耗等方面，缺少对风帆助航因素的考虑。在加装了风帆助航设备的船舶上继续采用传统的船舶航速保持系统，即不能很好的保持船舶航速，也无法使得船舶航行时的单位距离能耗达到最优。
对于现有的风帆-柴油混合动力船舶大多只是在船体上加装了风帆，对船舶航速并没有很好的采用控制系统加以控制，或者只是简单的对柴油机转速采用了人为手动调节机制，这些都使得带帆船的舶航速一直处于波动的不稳定状态。船舶航速的不稳定对于对时限要求严格的航运系统是极为不利的。同时，缺少航速保持即帆-机-浆的整体调节系统，无法将风帆动力效率最大化，这就很难体现出加装风帆在船舶航行中的节能效果。
发明内容
本发明提供了一种风帆助航船舶控制系统，解决了现有技术中存在的上述问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种风帆助航船舶控制系统，包括航速设定模块、效率优化模块、航速控制模块、船舶动态参数采集模块、调速器模块、螺距控制模块，所述效率优化模块和航速控制模块分别与所述船舶动态参数采集模块连接，所述航速设定模块与所述航速控制模块连接，所述效率优化模块分别与所述调速器模块、所述螺距控制模块连接；
所述航速设定模块用于设定船舶最终要保持的航行速度值，并将该航行速度值发送给所述航速控制模块；
所述船舶动态参数采集模块用于采集实时的船舶航速、主轮机转速、螺旋桨螺距、综合风帆推力，并将所述实时的船舶航速、主轮机转速、螺旋桨螺距发送给所述效率优化模块，将所述实时的综合风帆推力发送给所述航速控制模块；
所述航速控制模块用于将接收的所述航行速度值和综合风帆推力转换成主机理论推力值，并将所述主机理论推力值发送给所述效率优化模块；
所述效率优化模块用于将接收的所述主机理论推力值转换为最佳主轮机转速值和最佳螺旋桨螺距值，并将所述最佳主轮机转速值发送给所述调速器模块，并将所述最佳螺旋桨螺距值发送给所述螺距控制模块；
所述调速器模块用于接收所述最佳主轮机转速值，并控制主轮机的转速；
所述螺距控制模块用于接收所述最佳螺旋桨螺距值，并控制螺旋桨的螺距。
进一步，所述航速控制模块将接收的所述航行速度值转换成此航速下船舶受到的阻力值，所述航速控制模块将接收的所述综合风帆推力转换成水平风帆推力，并将所述阻力值和水平风帆推力转换成主机理论推力值。
进一步，所述效率优化模块用于将接收的所述主机理论推力值转换为多组主轮机转速值和螺旋桨螺距值，并根据接收的实时的船舶航速、主轮机转速和螺旋桨螺距分别得出所述多组主轮机转速值和螺旋桨螺距值的燃油效率，以得到最佳主轮机转速值和最佳螺旋桨螺距值。
进一步，还包括显示模块，所述显示模块与所述船舶动态参数采集模块连接，所述显示模块用于显示实时的船舶航速、主轮机转速、螺旋桨螺距、综合风帆推力。
进一步，还包括帆角控制模块，所述帆角控制模块用于控制风帆角度。
进一步，所述显示模块还用于显示实时的风帆角度。
本发明的有益效果是：本发明在传统船舶航速保持系统模型上加入风帆辅助推力因素，提供了一种风帆助航船舶控制系统，使得船舶航速在保持稳定的基础之上，燃油效率又能达到最优，使得船舶能对风能最大效率的使用，既有效的降低船舶的运营成本，又能减少能耗，降低碳排放，符合当前节能降耗的船舶工业发展原则。
附图说明
图1为本发明一种风帆助航船舶控制系统的电路框架示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明的电路框架示意图，一种风帆助航船舶控制系统，包括航速设定模块、效率优化模块、航速控制模块、船舶动态参数采集模块、调速器模块、螺距控制模块、帆角控制模块、显示模块，所述显示模块与所述船舶动态参数采集模块连接，所述效率优化模块和航速控制模块分别与所述船舶动态参数采集模块连接，所述航速设定模块与所述航速控制模块连接，所述效率优化模块分别与所述调速器模块、所述螺距控制模块连接。
所述航速设定模块用于设定船舶最终要保持的航行速度值，并将该航行速度值发送给所述航速控制模块。
所述船舶动态参数采集模块用于采集实时的船舶航速、主轮机转速、螺旋桨螺距、综合风帆推力，并将所述实时的船舶航速、主轮机转速、螺旋桨螺距发送给所述效率优化模块，将所述实时的综合风帆推力发送给所述航速控制模块。
所述航速控制模块将接收的所述航行速度值转换成此航速下船舶受到的阻力值，所述航速控制模块将接收的所述综合风帆推力转换成水平风帆推力，并将所述阻力值和水平风帆推力转换成主机理论推力值，并将所述主机理论推力值发送给所述效率优化模块。
所述效率优化模块将接收的所述主机理论推力值转换为多组主轮机转速值和螺旋桨螺距值，并根据接收的实时的船舶航速、主轮机转速和螺旋桨螺距分别得出所述多组主轮机转速值和螺旋桨螺距值的燃油效率，以得到最佳主轮机转速值和最佳螺旋桨螺距值，并将所述最佳主轮机转速值发送给所述调速器模块，并将所述最佳螺旋桨螺距值发送给所述螺距控制模块。
所述调速器模块用于接收所述最佳主轮机转速值，并控制主轮机的转速，所述螺距控制模块用于接收所述最佳螺旋桨螺距值，并控制螺旋桨的螺距。
所述帆角控制模块用于控制风帆角度，所述显示模块用于显示实时的船舶航速、主轮机转速、螺旋桨螺距、综合风帆推力、风帆角度。
具体工作过程为，用户通过航速设定模块设定船舶最终要保持的航行速度值，航速控制模块接收到最终航行速度值，根据船舶生产时已经确定的航速阻力曲线得出此航速下对应收到的阻力值；用户通过帆角控制模块调节帆角到适当位置，航速控制模块接收到船舶动态参数采集模块采集到的此时的综合风帆推力，并转换成水平风帆推力；航速控制模块根据阻力值和水平风帆推力得出主机理论推力值，并将它发送给效率优化模块；效率优化模块根据航速控制模块计算出的主机理论推力值，在保证主轮机工作在较高燃油效率的条件下，列举出此时主轮机所能提供的所有转速列表，并求出在不同转速下要提供所需前向推力对应的螺旋桨螺距；效率优化模块使用转速列表与对应螺旋桨螺距，可计算出此时主轮机的输出功率和扭矩，在输出功率不超过主轮机所能提供的最大功率的条件下，列举出主轮机所能提供的转速和对应螺旋桨螺距；效率优化模块根据接收的实时的船舶航速、主轮机转速和螺旋桨螺距分别得出所述多组主轮机转速值和螺旋桨螺距值的燃油效率，挑选出最佳燃油效率，得到最佳主轮机转速值和最佳螺旋桨螺距值；调速器模块接收最佳主轮机转速值，并控制主轮机的转速，螺距控制模块接收最佳螺旋桨螺距值，并控制螺旋桨的螺距。
航速控制模块根据实时检测的综合风帆推力大小，用最新的综合风帆推力计算出此时对应的最佳主轮机转速值和最佳螺旋桨螺距值，从而使得船舶的航行速度一直处于稳定状态，同时又保证主机燃油效率最高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种风帆助航船舶控制系统，其包括效率优化模块、航速控制模块、船舶动态参数采集模块；其特征在于，还包括航速设定模块、调速器模块、螺距控制模块，所述效率优化模块和航速控制模块分别与所述船舶动态参数采集模块连接，所述航速设定模块与所述航速控制模块连接，所述效率优化模块分别与所述调速器模块、所述螺距控制模块连接；
所述航速设定模块用于设定船舶最终要保持的航行速度值，并将该航行速度值发送给所述航速控制模块；
所述船舶动态参数采集模块用于采集实时的船舶航速、主轮机转速、螺旋桨螺距、综合风帆推力，并将所述实时的船舶航速、主轮机转速、螺旋桨螺距发送给所述效率优化模块，将所述实时的综合风帆推力发送给所述航速控制模块；
所述航速控制模块用于将接收的所述航行速度值和综合风帆推力转换成主机理论推力值，并将所述主机理论推力值发送给所述效率优化模块；
所述效率优化模块用于将接收的所述主机理论推力值转换为最佳主轮机转速值和最佳螺旋桨螺距值，并将所述最佳主轮机转速值发送给所述调速器模块，并将所述最佳螺旋桨螺距值发送给所述螺距控制模块；
所述调速器模块用于接收所述最佳主轮机转速值，并控制主轮机的转速；
所述螺距控制模块用于接收所述最佳螺旋桨螺距值，并控制螺旋桨的螺距。
2.根据权利要求1所述的一种风帆助航船舶控制系统，其特征在于，所述航速控制模块将接收的所述航行速度值转换成此航速下船舶受到的阻力值，所述航速控制模块将接收的所述综合风帆推力转换成水平风帆推力，并将所述阻力值和水平风帆推力转换成主机理论推力值。
3.根据权利要求1所述的一种风帆助航船舶控制系统，其特征在于，所述效率优化模块用于将接收的所述主机理论推力值转换为多组主轮机转速值和螺旋桨螺距值，并根据接收的实时的船舶航速、主轮机转速和螺旋桨螺距分别得出所述多组主轮机转速值和螺旋桨螺距值的燃油效率，以得到最佳主轮机转速值和最佳螺旋桨螺距值。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种风帆助航船舶控制系统，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块与所述船舶动态参数采集模块连接，所述显示模块用于显示实时的船舶航速、主轮机转速、螺旋桨螺距、综合风帆推力。
5.根据权利要求4所述的一种风帆助航船舶控制系统，其特征在于，还包括帆角控制模块，所述帆角控制模块用于控制风帆角度。
6.根据权利要求5所述的一种风帆助航船舶控制系统，其特征在于，所述显示模块还用于显示实时的风帆角度。
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