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CN110789698A - 空泡监测系统和吊舱驱动器 - Google Patents

空泡监测系统和吊舱驱动器 Download PDF

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CN110789698A
CN110789698A CN201810866885.1A CN201810866885A CN110789698A CN 110789698 A CN110789698 A CN 110789698A CN 201810866885 A CN201810866885 A CN 201810866885A CN 110789698 A CN110789698 A CN 110789698A
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pressure
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Inventor
田中伟
段瑞春
杨勇
刘大为
王睿男
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Siemens Corp
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Abstract

本发明提供了一种空泡监测系统和吊舱驱动器，所述空泡监测系统可以包括：压力感测装置，设置在吊舱驱动器的舵体的表面处，并被构造为感测舵体的表面处的液体的压力；处理单元，被构造为根据压力感测装置的输出得到压力感测装置周围的液体的压力，并确定得到的压力是否小于或等于预先设置的阈值，其中，当确定得到的压力小于或等于预先设置的阈值时，处理单元确定液体中将要出现空泡，其中，阈值等于或大于压力感测装置周围的液体产生空泡的临界压力值。因此，可以在出现空泡之前确定将要出现空泡，从而允许主动或自动地改变船舶的行进状态，以避免空泡的产生。

Description

空泡监测系统和吊舱驱动器
技术领域
本发明涉及一种空泡监测系统和吊舱驱动器。
背景技术
吊舱驱动器可以作为船舶的驱动单元。在这样的应用中，吊舱驱动器可以处于船舶的船体的外部并位于水面之下，例如，设置在海水中。吊舱驱动器可以包括电动机和通过电动机驱动的螺旋桨，以为船舶提供动力。这样的吊舱驱动器也称为POD驱动器。
吊舱驱动器通常包括安装螺旋桨和驱动螺旋桨的电机的主体，以及连接在主体与船舶的船体之间的舵体。舵体的位于水流的上游方向处的前缘通常具有较厚的厚度，这是为了确保在舵角较大时仍然可以不产生空泡。然而，这样的具有很厚的前缘的设计的舵体可能增大水流阻力，降低吊舱驱动器的整体效率。
此外，在实际运行中，当出现突然加速、横向水流等情况时，可能加速空泡的产生。因此，可能需要将舵体的前缘设计的更厚，来防止在这些情况下产生空泡。
发明内容
本发明旨在提供一种能够解决上述和/或其他技术问题的空泡监测系统和吊舱驱动器。
根据一个示例性实施例，一种吊舱驱动器包括：一主体；一螺旋桨，能够旋转地安装在主体的端部处；一舵体，被构造为将主体连接到安装有并被所述吊舱驱动器驱动的船舶的船体，压力感测装置，设置在舵体的表面处，并被构造为感测舵体的表面处的液体的压力。因此，根据示例性实施例的吊舱驱动器能够获知舵体表面的例如容易产生空泡的位置处的压力，从而可以允许根据得到的压力来确定是否将要产生空泡，从而允许主动或自动地改变螺旋桨的工作状态，以避免空泡的产生。
舵体包括一前缘，其中，压力感测装置设置在舵体的前缘的表面处。压力感测装置包括多个压力传感器，其中，所述多个压力传感器分别设置在舵体的两侧的表面处。所述多个压力传感器中的设置在舵体的两侧中的一侧的表面处的多个压力传感器包括一个或多个主压力传感器和一个或多个副压力传感器，其中，副压力传感器被构造为在主压力传感器停用时启用。
所述吊舱驱动器还包括：一处理单元，被构造为根据压力感测装置的输出得到压力感测装置周围的液体的压力。处理单元被构造为确定得到的压力是否小于或等于预先设置的阈值，并在确定得到的压力小于或等于阈值时确定液体中将要出现空泡，其中，阈值等于或大于压力感测装置周围的液体产生空泡的临界压力值。
所述吊舱驱动器还包括：一警告单元，连接到处理单元，其中，处理单元被构造为在确定液体中将要出现空泡时将警告令发送到警告单元，从而通过警告单元进行警告。
处理单元连接到用于控制安装有所述吊舱驱动器的船舶的驱动的一驱动控制系统，其中，处理单元被构造为在确定液体中将要出现空泡时将用于调整船舶的驱动的命令发送到驱动控制系统，从而调整船舶的驱动。例如，处理单元被构造为在确定液体中将要出现空泡时将螺旋桨调速命令发送到驱动控制系统包括的一螺旋桨调速模块，从而降低螺旋桨的转速。此外，处理单元被构造为在驱动控制系统处于偏舵模式的情况下当确定液体中将要出现空泡时将舵角控制命令发送到驱动控制系统包括的一舵角控制模块，从而减小舵角或降低舵的转动速度。
根据示例性实施例的吊舱驱动器可以实现主动抑制空泡的产生，从而保护吊舱驱动器不受空泡的损害。同时，可以降低对于吊舱驱动器外形设计的要求，例如，可以允许设计较薄的舵体前缘。如此，可以进一步降低行进阻力，达到更高的效率。此外，可以减小吊舱驱动器在随船舶行进时的噪声水平，提高了使用寿命。
根据另一个示例性实施例，一种空泡监测系统包括：压力感测装置，设置在吊舱驱动器的舵体的表面处，并被构造为感测舵体的表面处的液体的压力；一处理单元，被构造为根据压力感测装置的输出得到压力感测装置周围的液体的压力，并确定得到的压力是否小于或等于预先设置的阈值，其中，当确定得到的压力小于或等于预先设置的阈值时，处理单元确定液体中将要出现空泡，其中，阈值等于或大于压力感测装置周围的液体产生空泡的临界压力值。因此，可以在出现空泡之前确定将要出现空泡，从而允许主动或自动地改变船舶的行进状态，以避免空泡的产生。
舵体包括一前缘，其中，压力感测装置设置在舵体的前缘的表面处。压力感测装置包括多个压力传感器，其中，所述多个压力传感器分别设置在舵体的两侧的表面处。所述多个压力传感器中的设置在舵体的两侧中的一侧的表面处的多个压力传感器包括一个或多个主压力传感器和一个或多个副压力传感器，其中，副压力传感器被构造为在主压力传感器停用时启用。
所述空泡监测系统还包括：一警告单元，连接到处理单元，其中，处理单元被构造为在确定液体中将要出现空泡时将警告令发送到警告单元，从而通过警告单元进行警告。
处理单元连接到安装有所述吊舱驱动器的船舶的用于控制船舶的驱动的一驱动控制系统，其中，处理单元被构造为在确定液体中将要出现空泡时将用于调整船舶的驱动的命令发送到驱动控制系统，从而调整船舶的驱动。例如，处理单元被构造为在确定液体中将要出现空泡时将螺旋桨调速命令发送到驱动控制系统包括的一螺旋桨调速模块，从而降低螺旋桨的转速。此外，处理单元被构造为在驱动控制系统处于偏舵模式的情况下当确定液体中将要出现空泡时将舵角控制命令发送到驱动控制系统包括的一舵角控制模块，从而减小舵角或降低舵的转动速度。
根据示例性实施例的空泡监测系统可以实现主动抑制空泡的产生，从而保护吊舱驱动器不受空泡的损害。同时，可以降低对于吊舱驱动器外形设计的要求，例如，可以允许设计较薄的舵体前缘。如此，可以进一步降低行进阻力，达到更高的效率。此外，可以减小吊舱驱动器在随船舶行进时的噪声水平，提高了使用寿命。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1是示出根据示例性实施例的吊舱驱动器的示意性平面图；
图2是示出根据示例性实施例的空泡监测系统的示意性框图。
附图标记说明
100主体300螺旋桨500舵体510前缘
710压力感测装置730模数转换单元750处理单元770警告单元
10驱动控制系统11螺旋桨调速模块13舵角控制模块
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
图1是示出根据示例性实施例的吊舱驱动器的示意性平面图。如图1中所示，根据示例性实施例的吊舱驱动器可以包括主体100、螺旋桨300、舵体500。吊舱驱动器可以安装在船舶的船体(未示出)处，并可以在船舶行进时进入在水(例如，海水)中，以为船舶的行进提供推进力。
主体100可以具有流线型形状，并可以容纳用于驱动螺旋桨300的电机。
螺旋桨300可以安装在主体的一个或两个端部处。螺旋桨300可以被电机驱动并旋转，从而为安装有吊舱驱动器的船舶提供推进力。在图1中示出的螺旋桨300安装在主体100的位于水流的上游处的端部处。
舵体500可以将主体100连接到船舶的船体。舵体500可以作为船舶的舵。舵体500可以包括前缘510。这里，前缘510可以是舵体500的位于流过舵体500的水流的上游位置处的端部。在图1中以箭头示出了水流的方向，其中，水流的方向可以是与船舶行进的方向相反的方向，因此，如图1中所示的舵体500的前缘510可以是位于图1中靠近左侧位置处的端部。
参照图1，吊舱驱动器还可以包括压力感测装置710。压力感测装置710可以设置在舵体500的表面处。压力感测装置500可以感测舵体表面处的液体的压力。当安装有吊舱驱动器的船舶在诸如海水等液体介质中行进时，在吊舱驱动器的舵体500的表面处的水的压力可能发生变化，当压力降低到一定的阈值以下时，可能产生空泡。这样的压力的阈值可以与液体介质的密度和温度相关，可以根据船舶当前所处的液体介质的特性来计算出这样的压力的阈值。产生的空泡可以对船舶的行进造成影响，也可能使产生空泡位置处的舵体500的表面的特性劣化，例如，使舵体500的表面粗化、出现大量直径不等的火山口状的凹坑等。根据示例性实施例，压力感测装置710可以设置在舵体500的表面的最容易产生空泡的位置处。如图1中所示，压力感测装置710可以设置在舵体500的容易产生空泡的前缘510的表处。
压力感测装置710可以包括多个压力传感器。压力传感器可以分布在舵体的两侧的表面处。例如，压力感测装置710可以包括四个压力传感器，其中，两个压力传感器可以设置在舵体500的前缘的在图1中示出的侧表面上，另外两个压力传感器可以对应地设置在舵体500的前缘的在图1中没有示出的另一侧表面上。
压力感测装置710中的多个压力传感器可以包括一个或多个主压力传感器以及一个或多个副压力传感器。例如，设置在舵体的两侧中的每个侧部处的压力传感器均可以包括主压力传感器和副压力传感器。主压力传感器可以在通常的使用中启用以感测压力，副压力传感器可以在主压力传感器停用的情况下启用，以代替停用的主压力传感器来感测压力。换句话说，副压力传感器可以作为备用压力传感器。或者，副压力传感器可以根据需要来启用，例如，如果期望获知安装副压力传感器的位置处的压力，则可以启用副压力传感器。
参照图1，吊舱驱动器还可以包括处理单元750。当压力感测装置710对液体的压力进行感测时，压力感测装置710可以得到与压力相关的感测信号，并可以将得到的信号发送到处理单元750。因为压力感测装置710的压力传感器可以得到模拟信号，所以吊舱驱动器还可以包括模数转换单元730，如图1中所示。模数转换单元730可以设置在压力感测装置710和处理单元750之间，并可以将从压力感测装置710发送的模拟信号转换为数字信号，并然后将转换的数字信号提供到处理单元750。
在一种实施方式中，处理单元750可以被设置为与压力感测装置710分开。在这样的情况下，压力感测装置710中的传感器的信号线可以与吊舱驱动器的其他的线缆一起从滑环引出，并连接到处理单元750，因此可以不占用多于的通道。
处理单元750可以根据压力感测装置710的输出(即，感测信号)来得到压力感测装置710的周围的液体的压力。进一步讲，处理单元750可以确定得到的压力是否小于或等于预先设置的阈值，并在确定得到的压力小于或等于阈值时确定液体中将要出现空泡。这里，阈值可以等于或大于当前压力感测装置周围的液体产生空泡的临界压力值，并可以根据液体的密度和温度等特性来确定。
当处理器750确定得到的压力小于或等于阈值从而确定液体中将要出现空泡时，处理器750可以发送各种命令。例如，吊舱驱动器可以包括警告单元770，如图1中所示。处理器750可以连接到警告单元770。当确定将要出现空泡时，处理器750可以将警告令发送到警告单元770，从而通过警告单元770进行警告。警告单元770可以包括设置在船舶驾驶员处的警告信号灯，从而通过灯光来警告驾驶员将要出现空泡，以允许驾驶员改变当前船舶的行进状态，从而避免出现空泡。
此外，处理单元750还可以连接到用于控制安装有所述吊舱驱动器的船舶的驱动的驱动控制系统10，如图1中所示。处理单元750可以为在确定液体中将要出现空泡时将用于调整船舶的驱动的命令发送到驱动控制系统10，从而调整船舶的驱动。例如，处理单元750可以在确定液体中将要出现空泡时将螺旋桨调速命令发送到驱动控制系统包括的螺旋桨调速模块11，从而通过螺旋桨调速模块11的控制来降低螺旋桨的转速。在另一个示例性实施例中，当驱动控制系统10处于偏舵模式的情况下，处理单元750可以在确定液体中将要出现空泡时将舵角控制命令发送到驱动控制系统10包括的舵角控制模块13，从而通过舵角控制模块13的控制来减小舵角或降低舵的转动速度。
在下文中，将参照图2来描述根据示例性实施例的空泡监测系统。因为空泡监测系统中包括的元件可以与上面参照图1描述的吊舱驱动器中的元件相同或相似，所以为了简明起见，将在下面的详细描述中将采用相同或相似的附图标记来指示相同或相似的元件，并省略相同或相似元件的具体描述。
图2是示出根据示例性实施例的空泡监测系统的示意性框图。如图2中所示，空泡监测系统可以包括压力感测装置710和处理单元750。
压力感测装置710可以设置在例如上面参照图1描述的吊舱驱动器的舵体的表面处，并可以感测舵体的表面处的液体的压力。处理单元750可以根据压力感测装置的输出得到压力感测装置周围的液体的压力，并确定得到的压力是否小于或等于预先设置的阈值。当确定得到的压力小于或等于预先设置的阈值时，处理单元750可以确定液体中将要出现空泡。这里，阈值可以等于或大于压力感测装置周围的液体产生空泡的临界压力值。
压力感测装置710可以设置在舵体的前缘的表面处。例如，压力感测装置710可以包括多个压力传感器，这些压力传感器可以分别设置在舵体的两侧的表面处。设置在舵体两侧的每侧处的压力传感器可以包括主压力传感器和副压力传感器。副压力传感器可以在主压力传感器停用时启用，或者可以根据需要而启用。
因为压力感测装置710的压力传感器可以得到模拟信号，所以吊舱驱动器还可以包括模数转换单元730。模数转换单元730可以设置在压力感测装置710和处理单元750之间，并可以将从压力感测装置710发送的模拟信号转换为数字信号，并然后将转换的数字信号提供到处理单元750。
此外，处理单元750还可以连接到用于控制安装有所述吊舱驱动器的船舶的驱动的驱动控制系统(参见图1中的10)。处理单元750可以为在确定液体中将要出现空泡时将用于调整船舶的驱动的命令发送到驱动控制系统，从而调整船舶的驱动。例如，处理单元750可以在确定液体中将要出现空泡时将螺旋桨调速命令发送到驱动控制系统包括的螺旋桨调速模块(图1中的11)，从而通过螺旋桨调速模块的控制来降低螺旋桨的转速。在另一个示例性实施例中，当驱动控制系统处于偏舵模式的情况下，处理单元750可以在确定液体中将要出现空泡时将舵角控制命令发送到驱动控制系统包括的舵角控制模块(图1中的13)，从而通过舵角控制模块的控制来减小舵角或降低舵的转动速度。
根据示例性实施例的空泡监测系统和包括该空泡监测系统的吊舱驱动器可以实现主动抑制空泡的产生，从而保护吊舱驱动器不受空泡的损害。同时，可以降低对于吊舱驱动器外形设计的要求，例如，可以允许设计较薄的舵体前缘。如此，可以进一步降低行进阻力，达到更高的效率。此外，可以减小吊舱驱动器在随船舶行进时的噪声水平，提高了使用寿命。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (18)

1.吊舱驱动器，其特征在于，所述吊舱驱动器包括：
一主体(100)；
一螺旋桨(300)，能够旋转地安装在主体的端部处；
一舵体(500)，被构造为将主体连接到安装有并被所述吊舱驱动器驱动的船舶的船体，
压力感测装置(710)，设置在舵体的表面处，并被构造为感测舵体的表面处的液体的压力。
2.如权利要求1所述的吊舱驱动器，其特征在于，舵体包括一前缘(510)，其中，压力感测装置设置在舵体的前缘的表面处。
3.如权利要求1所述的吊舱驱动器，其特征在于，压力感测装置包括多个压力传感器，其中，所述多个压力传感器分别设置在舵体的两侧的表面处。
4.如权利要求3所述的吊舱驱动器，其特征在于，所述多个压力传感器中的设置在舵体的两侧中的一侧的表面处的多个压力传感器包括一个或多个主压力传感器和一个或多个副压力传感器，其中，副压力传感器被构造为在主压力传感器停用时启用。
5.如权利要求1所述的吊舱驱动器，其特征在于，所述吊舱驱动器还包括：
一处理单元(750)，被构造为根据压力感测装置的输出得到压力感测装置周围的液体的压力。
6.如权利要求5所述的吊舱驱动器，其特征在于，处理单元被构造为确定得到的压力是否小于或等于预先设置的阈值，并在确定得到的压力小于或等于阈值时确定液体中将要出现空泡，
其中，阈值等于或大于压力感测装置周围的液体产生空泡的临界压力值。
7.如权利要求6所述的吊舱驱动器，其特征在于，所述吊舱驱动器还包括：
一警告单元(770)，连接到处理单元，
其中，处理单元被构造为在确定液体中将要出现空泡时将警告令发送到警告单元，从而通过警告单元进行警告。
8.如权利要求6所述的吊舱驱动器，其特征在于，处理单元连接到用于控制安装有所述吊舱驱动器的船舶的驱动的一驱动控制系统(10)，
其中，处理单元被构造为在确定液体中将要出现空泡时将用于调整船舶的驱动的命令发送到驱动控制系统，从而调整船舶的驱动。
9.如权利要求8所述的吊舱驱动器，其特征在于，处理单元被构造为在确定液体中将要出现空泡时将螺旋桨调速命令发送到驱动控制系统包括的一螺旋桨调速模块(11)，从而降低螺旋桨的转速。
10.如权利要求9所述的吊舱驱动器，其特征在于，处理单元被构造为在驱动控制系统处于偏舵模式的情况下当确定液体中将要出现空泡时将舵角控制命令发送到驱动控制系统包括的一舵角控制模块(13)，从而减小舵角或降低舵的转动速度。
11.空泡监测系统，其特征在于，所述空泡监测系统包括：
压力感测装置(710)，设置在吊舱驱动器的舵体的表面处，并被构造为感测舵体的表面处的液体的压力；
一处理单元(750)，被构造为根据压力感测装置的输出得到压力感测装置周围的液体的压力，并确定得到的压力是否小于或等于预先设置的阈值，其中，当确定得到的压力小于或等于预先设置的阈值时，处理单元确定液体中将要出现空泡，
其中，阈值等于或大于压力感测装置周围的液体产生空泡的临界压力值。
12.如权利要求11所述的空泡监测系统，其特征在于，舵体包括一前缘，其中，压力感测装置设置在舵体的前缘的表面处。
13.如权利要求11所述的空泡监测系统，其特征在于，压力感测装置包括多个压力传感器，其中，所述多个压力传感器分别设置在舵体的两侧的表面处。
14.如权利要求13所述的空泡监测系统，其特征在于，所述多个压力传感器中的设置在舵体的两侧中的一侧的表面处的多个压力传感器包括一个或多个主压力传感器和一个或多个副压力传感器，其中，副压力传感器被构造为在主压力传感器停用时启用。
15.如权利要求11所述的空泡监测系统，其特征在于，所述空泡监测系统还包括：
一警告单元(770)，连接到处理单元，
其中，处理单元被构造为在确定液体中将要出现空泡时将警告令发送到警告单元，从而通过警告单元进行警告。
16.如权利要求11所述的空泡监测系统，其特征在于，处理单元连接到安装有所述吊舱驱动器的船舶的用于控制船舶的驱动的一驱动控制系统(10)，
其中，处理单元被构造为在确定液体中将要出现空泡时将用于调整船舶的驱动的命令发送到驱动控制系统，从而调整船舶的驱动。
17.如权利要求16所述的空泡监测系统，其特征在于，处理单元被构造为在确定液体中将要出现空泡时将螺旋桨调速命令发送到驱动控制系统包括的一螺旋桨调速模块(11)，从而降低螺旋桨的转速。
18.如权利要求16所述的空泡监测系统，其特征在于，处理单元被构造为在驱动控制系统处于偏舵模式的情况下当确定液体中将要出现空泡时将舵角控制命令发送到驱动控制系统包括的一舵角控制模块(13)，从而减小舵角或降低舵的转动速度。
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