一种智能船舶推进系统的制作方法

2021-02-10 05:02:54|

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本发明涉及智能测试及海工装备领域，具体涉及一种智能船舶推进系统。

背景技术：

船舶电力推进系统是利用推进电机驱动螺旋桨转动，从而推动船舶行进的推进方式。现有技术中，电力推进作为一种推进方式存在已久，由于大功率电力电子器件的研究停滞不前，制约了电力推进装置的功率，也限制了电力推进方式的广泛应用。

现有技术中比如专利cn201621326228.0、cn201720775017.3、cn201621326217.2等，均未为螺旋桨的参数及其相关参数进行有效监测，从而不能及时检测电力推进装置运行状况、预估船舶航行的安全性，抵抗风险能力较差，难以满足船舶复杂海况的运行需求。此外，目前多数船舶电力推进装置的电能质量监管对象是在重要的电子元器件处安放检测设备，并设置报警设备(论文《船舶动力电力推进装置在线监测与诊断系统的开发》)，具备一定的智能化，但存在结构复杂，监测的点过多，维修工作十分繁琐、耗时。因此需要对螺旋桨的振动、电力系统进行有效监测的船舶推进装置。

技术实现要素：

1.所要解决的技术问题：

针对上述技术问题，本发明提供一种智能船舶推进系统，其利用振动测试装置、第一输电线路监测装置、第二输电线路监测装置、处理器、上位机、备用电源、无线传输装置以及报警装置对船舶推进系统进行智能监测；其中，使用振动测试装置对螺旋桨的振动信号进行采集测试，并对采集的振动信号进行分析，以获知螺旋桨是否发生异常；使用第一输电线路监测装置用于监测船舶电力的绝缘性能；使用第二输电线路监测装置用于监测船舶电力性能；第一输电线路监测装置和第二输电线路监测装置将监测数据传输至处理器，处理器将接收到的数据传输至上位机，上位机对接收到的数据进行分析以研判船舶电力的绝缘性能和船舶电力性能是否正常。

2.技术方案：

一种智能船舶推进系统，其特征在于：包括振动测试装置、第一输电线路监测装置、第二输电线路监测装置、系统处理器、上位机、无线传输装置以及报警装置。

所述振动测试装置包括安装于螺旋桨的振动传感器；振动测试装置采集螺旋桨在运行时的振动信号，并将采集到的振动信号传输至系统处理器，系统处理器根据接收到的振动信号判断螺旋桨是否发生异常。

所述第一输电线路监测装置用于监测船舶电力的绝缘性能；所述第二输电线路监测装置用于监测船舶电力性能；第一输电线路监测装置和第二输电线路监测装置将监测数据传输至系统处理器。

系统处理器将接收到的数据传输至上位机，上位机对接收到的数据进行分析以研判船舶电力的绝缘性能和船舶电力性能是否正常，若正常，则上位机控制报警装置发出低电平，螺旋桨接收到低电平信号后开始作业；同时，上位机向振动测试装置发出触发信号，振动测试装置接收到触发信号后开始作业并将采集的数据传输至系统处理器，系统处理器根据接收到的数据判断螺旋桨是否发生异常，并将判断的结果发送至上位机；若有异常，则上位机控制报警装置发出高电平信号至螺旋桨，螺旋桨接收到高电平信号后停止作业；若船舶电力的绝缘性能和船舶电力性能不正常，则上位机控制报警装置发出高电平信号至螺旋桨，螺旋桨接收到高电平信号后不作业；上位机将接收到的数据通过无线传输装置传输至远程监测端。

进一步地，所述振动测试装置的振动传感器能够采集螺旋桨在t时刻运行时的振动幅度信号x(t)；预设螺旋桨运行时的振动幅度信号的采样周期为t，振动测试装置将在t时刻采集的振动幅度信号x(t)传输至系统处理器；系统处理器将接收到的数据传输至上位机，上位机对接收到的振动信号x(t-t)、x(t)、x(t+t)进行比较；若x(t)>a[x(t-t)+x(t+t)]/2，其中a为预设的振动阈值调整参数，则上位机控制报警装置发出高电平信号；若x(t)≤a[x(t-t)+x(t+t)]/2，则上位机控制报警装置发出低电平信号。

进一步地，所述第一输电线路监测装置包括主监测模块、n个分支监测模块，其中n为大于等于2的整数；其中主监测模块电性连接在船舶电力系统的主控制线路中；船舶电力系统中包括n个需要监测绝缘性能的分支电路；每个分支监测模块电性连接船舶电力系统的对应的一个需要监测绝缘性能的分支线路；主监测模块与每个分支监测模块均包括实现对所对应的监测电路通断的断路器；第一输电线路监测装置还包括接地电阻检测单元以及与接地电阻检测单元相连的接地处理器；接地处理器与主监测模块的断路器相连实现对断路器通断的控制；接地处理器与每个分支监测模块的断路器相连实现对电路器通断的控制；当接地电阻检测单元检测到船舶电力系统的总电阻低于预设的总电阻值时，接地处理器控制主监测模块对应的电路器断开；所有需要监测绝缘性能的分支线路对应的断路器接通，依次断开其中的一个分支电路测量其余分支电路的总电阻值并与预设的除去断开的分支电路的总电阻预设值进行比较；如果其余分支电路的总电阻值大于预设的除去断开的分支电路的总电阻值，则判断该断开的分支电路异常；第一输电线路监测装置还包括输出端，输出端电性连接接地处理器，输出端输出接地处理器的判断结果；第一输电线路监测装置还包括报警器；接地处理器电性连接报警器，当接地电阻检测单元检测到船舶电力系统的总电阻低于预设的总电阻值时，接地处理器控制报警器工作。

进一步地，所述第二输电线路监测装置用于采集计算船舶电力线路整个线路的压降值v的数据；即第二输电线路监测装置检测获取船舶电力线路的总电流的电流值i与相角θ，并将数据传输至系统处理器；其中计算压降具体为：压降值v的值为：其中，i为船舶电力线路的总电流值，l为船舶电力线路线缆总长度，rl为船舶电力线路总线缆电阻值，xl为船舶电力线路中的线缆电抗值，θ为船舶电力线路电流相角。

系统处理器计算出船舶电力线路整个线路的压降值v，并将船舶电力线路压降值v传输至上位机，所述上位机内存储有船舶电力线路压降值阈值范围；若所述上位机接收到的船舶电力线路压降值v不在船舶电力线路压降阈值范围内，则上位机发送高电平信号至报警装置；若上位机接收到的船舶电力线路压降值v在船舶电力线路压降阈值范围内，则上位机发送低电平信号至报警装置。

3.有益效果：

(1)本发明提供的一种智能船舶推进系统，其利用振动测试装置、第一输电线路监测装置、第二输电线路监测装置以及报警装置对船舶推进系统进行智能监测，其中，使用振动测试装置对螺旋桨的振动信号进行测试，并对振动信号进行分析，以获知螺旋桨是否发生异常，使用第一输电线路监测装置用于监测船舶电力的绝缘性能、第二输电线路监测装置用于监测船舶电力性能，第一输电线路监测装置和第二输电线路监测装置将监测数据传输至系统处理器，系统处理器将接收到的数据传输至上位机，上位机对接收到的数据进行分析以研判船舶电力的绝缘性能和船舶电力性能是否正常。

(2)本发明提供的智能船舶推进系统，本发明的发明点还在于，当船舶电力系统发生绝缘异常时，接地电阻检测单元将检测到电阻值下降至第一预设值以下，此时，处理器除了启动报警器外，便能自动控制各断路器依序断开而其余断路器形成通路，一旦接地电阻检测单元检测到电阻值上升至第二预设值时，表示形成断开的断路器所处分支线路发生绝缘异常的问题，此时，处理器便控制输出端输出检测结果，以便于工作人员第一时间进行修复。

附图说明

图1为本发明的智能船舶推进系统的示意图；

图2为本发明的第一输电线路监测装置的示意图；

图3为本发明的第二输电线路监测装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体的说明。

如附图1所示，一种智能船舶推进系统，其特征在于：包括振动测试装置、第一输电线路监测装置、第二输电线路监测装置、系统处理器、上位机、无线传输装置以及报警装置。

进一步地，所述第一输电线路监测装置包括主监测模块、n个分支监测模块，其中n为大于等于2的整数；其中主监测模块电性连接在船舶电力系统的主控制线路中；船舶电力系统中包括n个需要监测绝缘性能的分支电路；每个分支监测模块电性连接船舶电力系统的对应的一个需要监测绝缘性能的分支线路；主监测模块与每个分支监测模块均包括实现对所对应的监测电路通断的断路器；第一输电线路监测装置还包括接地电阻检测单元以及与接地电阻检测单元相连的接地处理器；接地处理器与主监测模块的断路器相连实现对断路器通断的控制；接地处理器与每个分支监测模块的断路器相连实现对电路器通断的控制；当接地电阻检测单元检测到船舶电力系统的总电阻低于预设的总电阻值时，接地处理器控制主监测模块对应的电路器断开；所有需要监测绝缘性能的分支线路对应的断路器接通，依次断开其中的一个分支电路测量其余分支电路的总电阻值并与预设的除去断开的分支电路的总电阻预设值进行比较，直到判断出发生绝缘异常的分支线路为止；第一输电线路监测装置还包括输出端，输出端电性连接接地处理器，输出端输出接地处理器的判断结果；第一输电线路监测装置还包括报警器；接地处理器电性连接报警器，当接地电阻检测单元检测到船舶电力系统的总电阻低于预设的总电阻值时，接地处理器控制报警器工作。

进一步地，所述第二输电线路监测装置用于检测船舶电力线路整个线路的压降值v；具体的，检测获取船舶电力线路的总电流的电流值i与相角θ；压降值v的值为：其中，i为船舶电力线路的总电流值，l为船舶电力线路线缆总长度，rl为船舶电力线路总线缆电阻值，xl为船舶电力线路中的线缆电抗值，θ为船舶电力线路电流相角。

第二输电线路监测装置将获取的船舶电力线路整个线路的压降值v传输至系统处理器，系统处理器将接收到的船舶电力线路压降值v传输至上位机，所述上位机内存储有船舶电力线路压降值阈值范围；若所述上位机接收到的船舶电力线路压降值v不在船舶电力线路压降阈值范围内，则上位机发送高电平信号至报警装置；若上位机接收到的船舶电力线路压降值v在船舶电力线路压降阈值范围内，则上位机发送低电平信号至报警装置。

具体实施例：

如附图1所示，本发明中第一输电线路监测装置用于监测船舶电力的绝缘性能，第二输电线路监测装置用于监测船舶电力性能，第一输电线路监测装置和第二输电线路监测装置将监测数据传输至系统处理器，系统处理器将接收到的数据传输至上位机，上位机对接收到的数据进行分析以研判船舶电力的绝缘性能和船舶电力性能是否正常，若正常，则上位机控制报警装置发出低电平，螺旋桨接收到低电平信号后开始作业，同时，上位机向振动测试装置发出触发信号，振动测试装置接收到触发信号后开始作业，振动测试装置为一振动传感器，振动传感器设置于船舶的螺旋桨上，振动测试装置用于采集螺旋桨在运行时的振动信号，振动测试装置将采集到的振动信号传输至系统处理器，系统处理器根据接收到的振动信号研判螺旋桨是否发生异常，若有异常，则上位机控制报警装置发出高电平信号至螺旋桨，螺旋桨接收到高电平信号后停止作业；上位机对接收到的数据进行分析以研判船舶电力的绝缘性能和船舶电力性能是否正常，若不正常，则上位机控制报警装置发出高电平信号至螺旋桨，螺旋桨接收到高电平信号后不作业；备用电源为上位机提供电力支持，上位机将接收到的数据通过无线传输装置传输至远程监测端。

如图2所示，第一输电线路监测装置的原理为利用r＝v/i的关系式，当船舶电力系统线路绝缘异常时，则电流会上升，电压不变，而电阻下降。

上述实施方式中，当船舶电力系统发生绝缘异常时，接地电阻检测单元将检测到船舶电力系统的总电阻低于预设的总电阻值以下，此时，接地处理器除了启动报警器外，便能自动控制总电路的断路器断开，所有需要监测绝缘性能的分支线路对应的断路器接通；后依次断开其中的一条支路；一旦接地电阻检测单元检测到断开某一个支路后其余支路的总电阻大于预设的除去该支路的总电阻预设值，表示形成断路的断路器所处分支线路发生绝缘异常的问题，此时，处理器便控制输出端输出检测结果，以便于工作人员第一时间进行修复。

第一输电线路监测装置能够大幅降低寻找发生绝缘异常的分支线路所耗费的时间，便于工作人员及时进行修复，进行修复时，无须依序将各分支线路的断路器端口进行检测，能够确保位于正常分支线路的负载正常工作。

第一输电线路监测装置检测到有分支线路异常时，第一输电线路监测装置发送故障信号至所述系统处理器，所述系统处理器将故障信号再传输至所述上位机，第一输电线路监测装置检测到有分支线路无异常时，第一输电线路监测装置发送正常信号至系统处理器，系统处理器将正常信号再传输至上位机。

如图3所示，第二输电线路监测装置用于检测船舶电力线路压降值v，其中，压降值v的计算方法如下：i为船舶电力线路的总电流值，l为船舶电力线路线缆总长度，rl为船舶电力线路总线缆电阻值，xl为船舶电力线路中的线缆电抗值，θ为船舶电力线路电流相角。

在船舶电力系统中，电流通过变压器的阻抗会产生压降，其等效电路参见图3，其图3右侧方块为负载，左侧为电源输入，如果在二次侧加负载，则此电流通过变压器的阻抗将产生电压降，通常阻抗较大，对电压降的影响较小，故可忽略不计。

第二输电线路监测装置将获取的船舶电力线路压降值v传输至所述系统处理器，所述系统处理器将接收到的船舶电力线路压降值v传输至上位机，所述上位机内存储有船舶电力线路压降值阈值范围，若所述上位机接收到的船舶电力线路压降值v不在上述船舶电力线路压降阈值范围内，则所述上位机发送高电平信号至所述报警装置，若所述上位机接收到的船舶电力线路压降值v在上述船舶电力线路压降阈值范围内，则所述上位机发送低电平信号至所述报警装置。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

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