用于诊断航海船舶的维护需求的方法和系统与流程

本发明涉及用于诊断航海船舶的维护需求的方法和系统。该船舶可以是轮船。该船舶可以是例如用于载运散装货物的商业船舶。货物可包括但不限于原油、石油产品、lng、氢气、iso集装箱、颗粒材料等中的一种或多种。

背景技术：

1、大型远洋船舶通常例如每五年进行整修活动，此时对水下区域进行涂漆并且对螺旋桨进行抛光。船舶的性能在五年的时间里劣化。劣化的速率和程度取决于若干个因素，但是关键的影响并且可以被影响的一点是所施加的油漆的选择。货运行业已经开发了用于量化给定功率的速度损失方面的性能的标准iso 19030。然而，这种方法未采取将性能劣化的影响货币化所需的最后步骤。

2、应用于轮船的水下涂料的设计应用寿命有限，例如5年。在货运行业中流传的建议是将其延长到7.5年。当与新应用的条件相比时，水下涂层性能随时间降低的船舶可能需要例如最高至25％的更多功率或25％的更多燃料来实现相同的速度。这导致总体船队平均燃料消耗通常超过“理想”值或最佳可实现值。在大量船舶中，总体燃料消耗可能超过理想值约9％。

3、一般来讲，船队管理倾向于假设所需的速度通过航行命令来固定，因此性能劣化的影响是增加功率需求，从而增加燃料消耗、成本和排放。可使用通常基于iso标准19030的船体阻力指数(hri)来管理燃料消耗。hri采用功率与速度的关系来确定增加的功率需求以维持所需的速度。这直接转化为额外的燃料、成本和排放，但不将这种劣化归因于船体或螺旋桨因素。

4、清洁船体的成本通常比仅抛光螺旋桨高得多。螺旋桨抛光可以相对容易地在浅深度进行，而船体清洁涉及精细的程序和专门的设备，特别是对于在一定深度(例如大于10米)下具有吃水的大型船舶。iso标准和hri不能区分劣化是由于船体还是螺旋桨问题。为了缓和，一些操作人员会进行常规的螺旋桨抛光。包括申请人的管理船队在内的其他人员根据需要进行螺旋桨抛光。

5、存在寻求能够确定螺旋桨的劣化的技术，一些通过数学手段，并且一些通过轴推力计的配件，其声称准确地测量所产生的推力，从而允许直接确定螺旋桨的效率。然而，这些推力测量系统的资本支出(capex)是相对高的，使得到目前为止，由于它们是新型的，因此应用非常慢。期望在现有吨位上进行大规模的推力计整修程序在任何情况下都是不现实的，并且申请人的设计中的大部分船舶在长期或短期基础上都是合格的，因此基于数据的方法是必要的。

6、wo2019243932公开了一种检测螺旋桨结垢的方法和设备，该螺旋桨安装在船舶上并连接到向螺旋桨提供功率的主发动机。该方法包括将在实际条件下的航行操纵期间获得的螺旋桨每单位时间的转数与时间的关系与利用没有结垢的螺旋桨进行航行操纵时获得的对应曲线进行比较。

7、us10543886公开了一种用于航海船舶的示例性方法，该船舶具有安装到可旋转轴的螺旋桨，该螺旋桨用于将从轴传递到螺旋桨的旋转轴功率转换为推力以推动航行船舶穿过水，该方法包括获得描述航海船舶的轴功率、推力和通过水的速度的测量值；单独地估计由螺旋桨的结垢引起的第一过量轴功率和由航海船舶的船体的结垢引起的第二过量轴功率中的至少一者；以及根据第一过量轴功率发出螺旋桨清洁的指示，并且根据第二过量轴功率发出船体清洁的指示。

8、尽管以上引用的系统提供了优点和成本节约，但本公开旨在提供带来进一步改进的另选方法和系统。

技术实现思路

1、其中，本公开提供了改进船舶维护、船体清洁和螺旋桨清洁的方法，该方法能够使燃料消耗减少超过期望水平诸如9％。除了在适当维护的情况下提高性能导致更少的燃料消耗之外，本文所述的方法允许与螺旋桨性能分开且独立地评估船体清洁或维护需求，该螺旋桨性能指示任何螺旋桨清洁和维护需求。本公开的方法提供了船舶维护的选项：(a)进行船体清洁和螺旋桨抛光；(b)仅进行船体清洁；或者(c)仅螺旋桨抛光。了解保证哪种类型的维护减少了在仅保证螺旋桨抛光时进行船体清洁和螺旋桨抛光两者所导致的不必要的成本，特别是在清洁船体的成本通常比仅抛光螺旋桨高得多时。

2、大多数清洁方法会去除一些漆膜，并且会在经清洁的表面留下一些微划痕，这样会加速清洁后的结垢。在整修循环期间重复的船体清洁可以去除过量的漆膜厚度并且导致表面除了通过过早整修和再涂之外不能维持在高性能条件下。本发明所提供的认识确保了仅当由于结垢而实际需要时才进行船体清洁，从而消除了油漆的过早耗尽。

3、在一个方面，本发明提供了一种用于诊断航海船舶的维护需求的计算机实现的方法，所述船舶包括船体、螺旋桨、发动机和将发动机连接到螺旋桨的驱动轴，该方法包括以下步骤：

4、(a)使用公式(a)计算螺旋桨距离：

5、螺旋桨距离＝(标称螺距)*(小于1、优选地在0.7至0.99的范围内的数)*(观测rpm)(a)

6、其中标称螺距是指示0.7半径处的螺距的值；

7、其中观测rpm是指示在所选时间段内驱动轴的每分钟转数的值；

8、(b)使用公式(b)计算滑动系数：

9、滑动系数＝(螺旋桨距离)/(观测距离)(b)

10、其中观测距离是船舶在所选时间段内行进的观测距离；

11、(c)输出螺旋桨抛光指标和船体清洁指标中的至少一者，其中螺旋桨抛光指标作为独立于船体清洁指标的值输出。

12、输出螺旋桨抛光指标的步骤包括：

13、-使用公式(c)计算参考转矩乘数：

14、参考转矩乘数＝(小于1、优选地在0.8和最高至0.99的范围内的数)*(额定发动机功率)/(额定rpm)3(c)

15、其中额定发动机功率是由发动机制造商指定的发动机的最大功率输出值；

16、其中额定rpm是在由发动机制造商指定的额定发动机功率下的螺

17、旋桨的最大rpm；

18、-使用公式(d)计算观测转矩乘数：

19、观测转矩乘数＝观测发动机功率/(观测rpm)3(d)

20、-使用公式(e)计算转矩指数：

21、转矩指数＝(85至110的范围内的数)*(观测转矩乘数)/(参考转矩乘数)/(滑动系数)2(e)

22、-将转矩指数与转矩指数上限阈值进行比较。

23、输出船体清洁指标的步骤包括：

24、-使用公式(f)计算滑动指数：

25、滑动指数＝(85至110的范围内的数)*(滑动系数)3(f)；

26、-将滑动指数与滑动指数上限阈值进行比较。

27、任选地，输出螺旋桨抛光指标的步骤还包括：将转矩指数与转矩指数下限阈值和转矩指数上限阈值进行比较，并且当转矩指数超过转矩指数下限阈值但不超过转矩指数上限阈值时指示螺旋桨抛光将是有益的，并且当转矩指数超过转矩指数上限阈值时指示需要螺旋桨抛光。任选地，输出船体清洁指标的步骤还包括：将滑动指数与滑动指数下限阈值和滑动指数上限阈值进行比较，并且当滑动指数超过滑动指数下限阈值但不超过滑动指数上限阈值时指示船体清洁将是有益的，并且当滑动指数超过滑动指数上限阈值时指示需要船体清洁。

28、任选地，该方法还包括在船舶上一次涂漆时开始的一定时间段内，至少调整滑动指数上限阈值，并且任选地调整滑动指数下限阈值。

29、任选地，该方法还包括当对船舶涂漆时，至少重置滑动指数上限阈值，并且任选地重置滑动指数下限阈值。

30、任选地，计算滑动指数的步骤包括计算滑动指数在一段时间(任选地至少15天，更优选地30天)内的滚动平均值。

31、任选地，计算转矩指数的步骤包括计算转矩指数在一段时间(任选地至少15天，更优选地30天)内的滚动平均值。

32、这种改进可以在不需要附加硬件的情况下实现，或者在不需要发送数据供专家解读的情况下实现。结果可通过将该过程嵌入现有的仪表板中来获得，或者该过程可以在简单的独立电子表格中运行。数据源可包括简单的正午报告或高频自动数据。