CN116821748A - 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 - Google Patents

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CN116821748A
CN116821748A CN202310552836.1A CN202310552836A CN116821748A CN 116821748 A CN116821748 A CN 116821748A CN 202310552836 A CN202310552836 A CN 202310552836A CN 116821748 A CN116821748 A CN 116821748A
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耿佳东
张聪
疏炳南
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Cosco Shipping Energy Transportation Co ltd
Wuhan University of Technology WUT
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Cosco Shipping Energy Transportation Co ltd
Wuhan University of Technology WUT
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Abstract

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，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；在应用中，通过在船舶运行中，采集船舶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，逐步筛选出存在故障的轴段。因此，本发明可以对轴系推进系统进行快速识别与诊断。

Description

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
技术领域
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
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。
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。
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本申请的总体背景的理解，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。
发明内容
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。
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：
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；
步骤二、实时采集船舶运行数据，确定船舶的实时工况；
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；
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；
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。
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：
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。
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：
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。
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：
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。
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：
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；
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。
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：
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；
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。
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。
所述轴段传递效率的计算方式如下：
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：
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；
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：
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。
所述系统总能效的计算方式如下：
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：
P＝Pin*η1*η2*η3；
其中：P为螺旋桨的输出功率；Pin为动力源的额定输出功率；
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：
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。
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。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
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。
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。
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。
附图说明
图1是本发明的方法步骤示意图。
图2是本发明中的模拟装置的结构示意图。
图3是本发明的故障检测方法流程示意图。
图中：主机箱1、推力轴承2、推力轴承输出端21、第一扭矩传感器3、中间轴承4、中间轴承输出端41、第二扭矩传感器5、艉轴承6、艉轴承输出端61、第三扭矩传感器7、螺旋桨8、计算机9。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1—图3，一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：
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；
步骤二、实时采集船舶运行数据，确定船舶的实时工况；
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；
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；
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。
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：
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。
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：
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。
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：
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。
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：
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；
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。
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：
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；
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。
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。
所述轴段传递效率的计算方式如下：
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：
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；
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：
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。
所述系统总能效的计算方式如下：
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：
P＝Pin*η1*η2*η3；
其中：P为螺旋桨的输出功率；Pin为动力源的额定输出功率；
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：
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、η2、η3分别为各个轴段的传递效率。
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1、推力轴承2、中间轴承4、艉轴承6与螺旋桨8，所述推力轴承2与中间轴承4之间的推力轴承输出端21上设置有第一扭矩传感器3，所述中间轴承4与艉轴承6之间的中间轴承输出端41上设置有第二扭矩传感器5，所述艉轴承6与螺旋桨8之间的艉轴承输出端61上设置有第三扭矩传感器7，所述第一扭矩传感器3、第二扭矩传感器5与第三扭矩传感器7均与计算机9电性连接。
本发明的原理说明如下：
本发明中，由于船舶各轴段上的零部件较多，所以相对于计算机检测故障位置，人为检查更为细致和全面，通过计算机确定出现故障的轴段范围，根据需要维修的轴段，进行精细的人工检查，确定是何种故障，并对故障轴段进行维修和保养，确保船舶航行的稳定性与安全性。
实施例1：
参见图1—图3，一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：
本实施例中以包含推力轴承、中间轴承与艉轴承的轴系推进系统为例，预警值根据需求设定，本例中设定为5％；
步骤一、采集包括转速与各个轴段扭矩在内的船舶运行数据，并重复若干次；
第一次：工况A，动力源额定输出功率为100％MCR(最大连续工况)，数值为7500KW、转速为178RPM、推力轴承输出端扭矩为342.03KN.M、中间轴承输出端扭矩为307.83KN.M、艉轴承输出端扭矩为270.89KN.M；
第二次：工况B，动力源额定输出功率为75％MCR，数值为5625KW、转速为160RPM、推力轴承输出端扭矩为288.74KN.M、中间轴承输出端扭矩为245.43KN.M、艉轴承输出端扭矩为213.52KN.M；
第三次：工况C，动力源额定输出功率为50％MCR，数值为3750KW、转速150RPM、推力轴承输出端扭矩为195.78KN.M、中间轴承输出端扭矩为172.29KN.M、艉轴承输出端扭矩为146.45KN.M；
第N次……；
然后分别对其进行计算以获得各个轴段传递效率与系统总能效；
所述轴段传递效率的计算方式如下：
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：
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；
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：
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；
所述系统总能效的计算方式如下：
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：
P＝Pin*η1*η2*η3；
其中：P为螺旋桨的输出功率；Pin为动力源的额定输出功率；
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：
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、η2、η3分别为各个轴段的传递效率；
通过计算可得知：工况A下的推力轴承传递效率约为0.85、中间轴承输出端效率约为0.9、艉轴承输出端效率约为0.88、推进系统总能效约为0.67；
工况B下的推力轴承传递效率约为0.86、中间轴承输出端效率约为0.85、艉轴承输出端效率约为0.87、推进系统总能效约为0.64；
工况C下的推力轴承传递效率约为0.82、中间轴承输出端效率约为0.88、艉轴承输出端效率约为0.85、推进系统总能效约为0.61；
最后将以上数据进行存储，形成为历史数据；
步骤二、实时采集船舶运行数据，确定船舶的实时工况；
第一次：系统读取当前转速为176RPM、推力轴承输出端扭矩为345.92KN.M、中间轴承输出端扭矩为311.33KN.M、艉轴承输出端扭矩为270.86KN.M；对照历史数据中存储的工况，可以确定该船舶轴系工况为100％MCR，为工况A；
然后进行系统总能效计算，经过计算该次实时系统总能效约为0.67，随后将其与历史数据中的系统总能效比对，经过比对后，二者数据偏差较小且并未超出预警值，则将此次数据进行存储，积累历史数据。
实施例2：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
第二次：系统读取当前转速为158RPM、推力轴承输出端扭矩为254.99KN.M、中间轴承输出端扭矩为216.74KN.M、艉轴承输出端扭矩为188.56KN.M；对照历史数据中存储的工况，可以确定该船舶轴系工况为75％MCR，为工况B；
然后进行系统总能效计算，经过计算该次实时系统总能效约为0.55，随后将其与历史数据中的系统总能效比对，经过比对，实时系统总能效与历史数据相比偏差值约为14％，超出了预警值，则表示推进系统轴段出现故障；
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，并与历史数据中的各个轴段的扭矩进行一一比对；经过比对，推力轴承输出端扭矩、中间轴承输出端扭矩与艉轴承输出端扭矩与历史数据相比偏差值均约为11％，均超出了预警值，则代表推力轴承、中间轴承与艉轴承均可能存在故障；
步骤五、当各个轴段均可能存在故障时，则根据轴段传递效率分别计算各个轴段的传递效率，经过计算推力轴承传递效率约为0.75、中间轴承传递效率约为0.85、艉轴承传递效率约为0.87，然后将其分别与历史数据中的各个轴段的传递效率进行一一比对，经过比对，推力轴承传递效率与历史数据相比偏差值约为11％，超出了预警值，则可以确认推力轴承存在故障，系统进行报警，完成故障检测，并将中间轴承与艉轴承的轴段数据进行存储，积累历史数据。
实施例3：
基本内容同实施例2，不同之处在于：
第三次：系统读取当前转速为154RPM、推力轴承输出端扭矩为190.69KN.M、中间轴承输出端扭矩为148.74KN.M、艉轴承输出端扭矩为126.43KN.M，效率约为0.54；对照历史数据中存储的工况，可以确定该船舶轴系工况为50％MCR，为工况C；
然后进行系统总能效计算，经过计算该次实时系统总能效约为0.54，随后将其与历史数据中的系统总能效比对，经过比对，实时系统总能效与历史数据相比偏差值约为11％，超出了预警值，则表示推进系统轴段出现故障；
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，并与历史数据中的各个轴段的扭矩进行一一比对；经过比对，中间轴承输出端扭矩与艉轴承输出端扭矩与历史数据相比偏差值均约为13％，超出了预警值，则代表中间轴承与艉轴承可能存在故障，并将推力轴承的轴段数据进行存储，积累历史数据；
步骤五、当多个轴段均可能存在故障时，则根据轴段传递效率分别计算多个轴段的传递效率，经过计算中间轴承传递效率约为0.78、艉轴承传递效率约为0.85，然后将其分别与历史数据中的中间轴承传递效率与艉轴承传递效率进行一一比对，经过比对，中间轴承传递效率与历史数据相比偏差值约为11％，超出了预警值，则可以确认中间轴承存在故障，系统进行报警，完成故障检测，并将艉轴承的轴段数据进行存储，积累历史数据。
实施例4：
基本内容同实施例3，不同之处在于：
第四次，系统读取当前转速为148RPM、推力轴承输出端扭矩为198.42KN.M、中间轴承输出端扭矩为174.61KN.M、艉轴承输出端扭矩为129.21KN.M，效率约为0.53，对照历史数据中存储的工况，可以确定该船舶轴系工况为50％MCR，为工况C；
然后进行系统总能效计算，经过计算该次实时系统总能效约为0.53，随后将其与历史数据中的系统总能效比对，经过比对，实时系统总能效与历史数据相比偏差值约为13％，超出了预警值，则表示推进系统轴段出现故障；
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，并与历史数据中的各个轴段的扭矩进行一一比对；经过比对，艉轴承输出端扭矩与历史数据相比偏差值分别约为12％，超出了预警值，则艉轴承可能存在故障，并将推力轴承与中间轴承的轴段数据进行存储，积累历史数据；
步骤五、当艉轴承可能存在故障时，则根据轴段传递效率计算艉轴承的传递效率，经过计算艉轴承传递效率约为0.74，然后将其与历史数据中的艉轴承传递效率进行比对，经过比对，艉轴承传递效率与历史数据相比偏差值约为13％，超出了预警值，则可以确认艉轴承存在故障，系统进行报警，完成故障检测。
实施例5：
基本内容同实施例4，不同之处在于：
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，所述装置可以对实施例1-4中的任意一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法进行模拟；
所述装置包括依次相连的主机箱1、推力轴承2、中间轴承4、艉轴承6与螺旋桨8，所述推力轴承2与中间轴承4之间的推力轴承输出端21上设置有第一扭矩传感器3，所述中间轴承4与艉轴承6之间的中间轴承输出端41上设置有第二扭矩传感器5，所述艉轴承6与螺旋桨8之间的艉轴承输出端61上设置有第三扭矩传感器7，所述第一扭矩传感器3、第二扭矩传感器5与第三扭矩传感器7均与计算机9电性连接。
在应用中，所述推力轴承输出端扭矩、中间轴承输出端扭矩与艉轴承输出端扭矩分别通过第一扭矩传感器3、第二扭矩传感器5与第三扭矩传感器7采集，采集后的数据传输至计算机9内存储；所述动力源为主机箱1；所述历史数据的存储、轴段传递效率与系统总能效的计算以及数据的积累等均通过计算机9实现。
在应用中，通过模拟装置实施船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法，不仅可以根据不同的船型设计不同参数，通过模拟装置来进行历史数据的积累，保证了故障检测的前置性，其次，也可以对故障检测方法进行试验，保证该方法的有效性。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (10)

1.一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法，其特征在于：所述使用方法包括以下步骤：
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；
步骤二、实时采集船舶运行数据，确定船舶的实时工况；
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；
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；
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。
2.根据权利要求1所述的一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法，其特征在于：
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：
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。
3.根据权利要求2所述的一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法，其特征在于：
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：
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。
4.根据权利要求3所述的一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法，其特征在于：
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：
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。
5.根据权利要求4所述的一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法，其特征在于：
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：
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；
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。
6.根据权利要求5所述的一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法，其特征在于：
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：
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；
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。
7.根据权利要求6所述的一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法，其特征在于：
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。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法，其特征在于：
所述轴段传递效率的计算方式如下：
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：
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；
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：
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。
9.根据权利要求8所述的一种船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法，其特征在于：
所述系统总能效的计算方式如下：
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：
P＝Pin*η1*η2*η3；
其中：P为螺旋桨的输出功率；Pin为动力源的额定输出功率；
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，即系统总熊效：
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、η2、η3分别为各个轴段的传递效率。
10.一种权利要求1所述的船舶轴系推进能效监测系统故障检测方法的模拟装置，其特征在于：
所述装置包括依次相连的主机箱(1)、推力轴承(2)、中间轴承(4)、艉轴承(6)与螺旋桨(8)，所述推力轴承(2)与中间轴承(4)之间的推力轴承输出端(21)上设置有第一扭矩传感器(3)，所述中间轴承(4)与艉轴承(6)之间的中间轴承输出端(41)上设置有第二扭矩传感器(5)，所述艉轴承(6)与螺旋桨(8)之间的艉轴承输出端(61)上设置有第三扭矩传感器(7)，所述第一扭矩传感器(3)、第二扭矩传感器(5)与第三扭矩传感器(7)均与计算机(9)电性连接。
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