專利名稱：測定機器系統(tǒng)內(nèi)運行用料的化學和/或物理特性的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1和10前序部分所述的測定機器系統(tǒng)(尤其是浮動設(shè)備中的機器系統(tǒng))內(nèi)運行用料的化學和/或物理特性的方法與裝置。例如WO 2009/037089 Al揭示過這類方法和這類裝置。
背景技術(shù)：
能否對機器系統(tǒng)內(nèi)運行用料的化學和/或物理特性進行精確監(jiān)測，越來越重要。 對于浮動設(shè)備如船舶或海上平臺的船載或平臺機器系統(tǒng)而言，尤為如此。舉例而言，新的歐盟指令引入了港口船舶或在特定海域或內(nèi)陸水域作業(yè)的船舶必須遵守的船用燃料含硫量限值。航行在這些水域中的船舶有可能會受到檢查，即所用燃料的含硫量是否低于規(guī)定限值。在上述水域以外的大洋上航行時允許燃燒任意含硫量的燃料。由于低硫燃料比高含硫量的燃料貴，船舶會在大部分航程中使用便宜的含硫燃料，只在有特別限值規(guī)定的水域使用低硫燃料。這就意味著，未來船舶上將裝載不同品質(zhì)的燃料，并且按具體需要將這些燃料予以混合(所謂的“混配(Blending)，，)。新的歐盟指令規(guī)定，駛往歐盟港口的船舶在常規(guī)航行日志中必須提供燃料轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。相關(guān)檢查有可能從船用燃料中采樣并檢驗其含硫量。因此，船員不但要檢查機器運行時所使用的燃料，早在添加燃料過程中就需要對燃料品質(zhì)進行檢查。WO 2009/037089 Al揭示一種包括測量評價設(shè)備的燃料系統(tǒng)，該測量評價設(shè)備利用紅外光譜法實時測定燃料含硫量。為此需要將燃料放入測量單元并用來自于紅外(IR) 光源的光照射這部分燃料。用分光計測量透射燃料或者被燃料反射的光的光譜，并且借助相關(guān)算法利用校準模型對測得光譜進行分析。WO 2007/093500 Al揭示一種借助紅外光譜法測定船用燃料含硫量并據(jù)此對用該燃料運行的內(nèi)燃機的氣缸潤滑劑供給進行控制的測量系統(tǒng)。除測定燃料含硫量外，許多機器系統(tǒng)還存在測定諸多其它運行用料(例如軸承潤滑劑或液壓液)的化學和/或物理特性的需求，以作為預(yù)防性養(yǎng)護措施或運行優(yōu)化手段。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是幫助權(quán)利要求1前序部分所述的方法以及權(quán)利要求10 前序部分所述的裝置進一步改善運行用料化學和/或物理特性的測定精度。在方法方面，本發(fā)明用以達成上述目的的解決方案為一種如權(quán)利要求1所述的方法。從屬權(quán)利要求2至9為該方法的有利設(shè)計方案。在裝置方面，本發(fā)明用以達成上述目的的解決方案為一種如權(quán)利要求10所述的裝置。從屬權(quán)利要求11至17為該裝置的有利設(shè)計方案。一種測定一機器系統(tǒng)(尤其是一浮動設(shè)備如船舶或海上平臺中的機器系統(tǒng))內(nèi)運
4行用料的化學和/或物理特性的方法，其中，用光照射所述運行用料并且對透射所述運行用料或者被所述運行用料反射的光進行光譜分析，根據(jù)本發(fā)明，所述運行用料受照時至少具有一選自一規(guī)定溫度范圍的溫度，優(yōu)選正好具有一規(guī)定溫度。這一方案的提出是基于以下認識既往來于熱帶水域又往來于北極水域的浮動設(shè)備所載的機器系統(tǒng)會遭遇環(huán)境溫度變化或者遭遇環(huán)境溫度巨大的晝夜波動，而這些溫度變化會導致運行用料受照時也產(chǎn)生溫度變化。然而，透射運行用料或者被運行用料反射的光的強度具有不可忽略的溫度相關(guān)性，在上述情況下，這種溫度相關(guān)性就會使得光譜評價出現(xiàn)誤差。溫度變化還會對諸如粘度、密度和運行用料流速等其它物理特性產(chǎn)生影響，這也會導致光譜評價出現(xiàn)誤差。但是如果運行用料受照時至少具有選自規(guī)定溫度范圍的溫度，優(yōu)選正好具有規(guī)定溫度，就能為光譜分析及之后的評價創(chuàng)造始終大體一致或者優(yōu)選完全一致的框架/ 一般條件，從而提高化學和/或物理特性的測定精度?！拔锢硖匦浴痹诖酥傅氖桥c運行用料本身而非僅與該運行用料的個別成分有關(guān)的特性。例如粘度、密度和閃點?！盎瘜W特性”指的是物理特性定義范圍以外與運行用料的化學組成有關(guān)的特性，例如成分的種類和含量(例如含水量、含硫量或灰分含量)，十六烷值或PH值。一般而言可以根據(jù)化學特性推導物理特性。所述運行用料可以是任何一種與機器系統(tǒng)運行有關(guān)的物質(zhì)，例如燃料、驅(qū)動用料、 潤滑劑、冷卻劑或液壓液。如果運行用料在受照前不具有選自規(guī)定溫度范圍的期望溫度或者不具有預(yù)定溫度，可以在用光照射該運行用料之前，將其加熱或冷卻至一選自規(guī)定溫度范圍的溫度，優(yōu)選加熱或冷卻至規(guī)定溫度。事實表明，如果所述預(yù)定溫度范圍最高為10K，就可以在測定化學和/或物理特性時達到對大多數(shù)用途而言足夠高的精度。根據(jù)一種特別有利的設(shè)計方案，對所述光進行光譜分析時，借助多個不同算法測定所述運行用料的多項不同化學和/或物理特性。為此，可以在一評價單元中針對每一項待測特性分別存儲一個與之對應(yīng)的算法，該算法又分別使用一個如WO 2009/037089 Al所述的校準模型。如此一來，僅需借助單獨一次測量(即以較少設(shè)備投入)就能同時測定運行用料的多項特性。優(yōu)選在一被所述運行用料穿過的測量單元內(nèi)用光照射所述運行用料。該測量單元可采用緊湊型設(shè)計，可以直接裝入所述機器系統(tǒng)的管道系統(tǒng)，或者裝入一附加旁通管道。如果將所述測量單元實施為透射測量單元(transmission measuring cell)，就能實現(xiàn)特別精確、可靠的測量。如果用一清潔流體例如定期清潔所述測量單元，就能進一步提高測量精度。為此， 優(yōu)選需要中斷對測量單元的運行用料輸送，讓清潔流體而非運行用料穿過測量單元。借此可以去除測量單元內(nèi)因長時間停用或者長時間工作而形成且會對測量造成影響的沉積物。所述清潔流體還可以作為參照介質(zhì)用來檢驗測量單元的工作方式是否正確。為此可以在清潔流體穿過測量單元的過程中，像正常工作時那樣用光照射清潔流體，再對透射清潔流體或者被清潔流體反射的光進行光譜分析。將由此獲得的光譜與一用于清潔流體的參照光譜進行比較。如果與參照光譜之間存在偏差，就表明測量框架/ 一般條件有誤(例如測量單元磨損或有沉積物)。
有利的是，利用為所述運行用料所測定的化學和/或物理特性來控制所述機器系統(tǒng)的運行。舉例而言，通過將相關(guān)數(shù)據(jù)納入機器系統(tǒng)的自動化系統(tǒng)或監(jiān)測系統(tǒng)，就能實現(xiàn)這一點。這樣就能優(yōu)化該機器系統(tǒng)的運行。此外還能對機器部件進行磨損監(jiān)測，盡早采取養(yǎng)護或維修措施或者優(yōu)化養(yǎng)護周期。根據(jù)另一有利設(shè)計方案，為在某個時間點上測定的所述運行用料的化學和/或物理特性分配一時間說明(time specification)和一位置說明(time specification)。借此可以將所獲得的數(shù)據(jù)記錄下來以備檢查(例如，向有關(guān)機構(gòu)證明燃料品質(zhì)符合要求)或后續(xù)分析之需(例如成本效益分析、趨勢分析、燃料品質(zhì)分析、距離計算)。一種用于測定一機器系統(tǒng)(尤其是一浮動設(shè)備如船舶或海上平臺中的機器系統(tǒng)) 內(nèi)運行用料的化學和/或物理特性的裝置，包括一測量評價設(shè)備，所述測量評價設(shè)備包括一用光照射一運行用料的光源和一用于對透射所述運行用料或者被所述運行用料反射的光進行光譜分析的分光計，根據(jù)本發(fā)明，所述裝置具有一加熱設(shè)備和/或一冷卻設(shè)備，其用于將所述運行用料至少加熱和/或冷卻至一選自一規(guī)定溫度范圍的溫度，優(yōu)選正好加熱或冷卻至一規(guī)定溫度。上文聯(lián)系本發(fā)明方法所說明的優(yōu)點也適用于本發(fā)明的裝置。


下文將借助附圖所示實施例對本發(fā)明及其如從屬權(quán)利要求的特征所述的有利設(shè)計方案進行詳細說明，其中圖1為本發(fā)明的裝置；圖2為一透射通流單元；圖3為用于分析機器系統(tǒng)多種運行用料的第一裝置；以及圖4為用于分析機器系統(tǒng)多種運行用料的第二裝置。
具體實施例方式圖1為用于測定機器系統(tǒng)2的運行用料的化學和/或物理特性的裝置1的簡化示意圖。機器系統(tǒng)2例如包括內(nèi)燃機3和油箱4，該油箱內(nèi)儲存有內(nèi)燃機3的運行用料，例如內(nèi)燃機3的燃料5。機器系統(tǒng)2例如是船舶的船載驅(qū)動系統(tǒng)。內(nèi)燃機3則例如是用于驅(qū)動船舶的大型柴油機，燃料5是柴油。從油箱4通往機器3的燃料輸送管6上設(shè)有分支管道7，該管道將一部分燃料5送往測量單元8。測量單元8中的燃料或者經(jīng)管道9返回油箱4，或者由管道10送回管道6。測量單元8與測量評價設(shè)備11 一起構(gòu)成如WO 2009/037089 Al所述的裝置的核心部分。測量評價設(shè)備11包括測量單元Ila和評價單元11b，測量單元Ila包括紅外光源 13和紅外光譜分析儀14，二者通過光纜15與測量單元8連接，評價單元1 Ib是一包括顯示設(shè)備的計算機，用于評價紅外光譜分析儀14所測得的光譜以及用于控制測量單元11a。測量單元8優(yōu)選實施為如圖2所示的透射通流單元(transmission throughflow measuring cell)。燃料經(jīng)輸入端16進入測量單元8，經(jīng)輸出端17離開測量單元。燃料在測量單元8 內(nèi)部沿流動方向20從輸入端16流向輸出端17。在測量單元8的兩個相對壁部設(shè)有用于連接光纜15的接頭18、19，且方向與燃料流動方向20相垂直，其中，接頭18通過光纜15與紅外光源13連接，接頭19通過光纜15與紅外光譜分析儀14連接。在此情況下，紅外光源11的紅外線將透過輸入端18照射燃料，沿方向12透射燃料的光經(jīng)輸出端19進入紅外光譜分析儀14并在此接受光譜分析。裝置1還包括加熱設(shè)備21，該加熱設(shè)備包括熱交換器23形式的加熱元件，該熱交換器從燃料流向看布置在測量單元前面。加熱設(shè)備21還包括布置在測量單元8表面或內(nèi)部的第二加熱元件，其形式為加熱線圈24。加熱設(shè)備21在燃料受照之前將其加熱至一規(guī)定溫度，例如65°C，如此一來，燃料受照時就能始終保持相同的規(guī)定溫度，從而也能保持相同的密度、粘度和流速。需要時也可以用能夠?qū)⑷剂侠鋮s至一規(guī)定溫度的冷卻設(shè)備代替加熱設(shè)備。為此，加熱設(shè)備21或該冷卻設(shè)備可以包括開環(huán)和/或閉環(huán)控制和/或調(diào)節(jié)單元，這個控制和/或調(diào)節(jié)單元通過傳感器測量燃料溫度并據(jù)此對加熱設(shè)備21的加熱效率或者冷卻設(shè)備的冷卻效率進行控制和/或調(diào)節(jié)，使得燃料在受照時始終保持期望的規(guī)定溫度。評價單元lib中存儲有多個分別用于測定燃料的多項不同化學和/或物理特性的不同算法。為此，針對每一項待測特性，評價單元lib中均存儲有一個與之對應(yīng)的算法，該算法又分別使用一個如WO 2009/037089 Al所述的自有校準模型。因此，僅需借助單獨一個光譜(即單獨一次測量)以及單獨一個測量單元8就能同時測定燃料的多項化學特性(例如含水量、含硫量、十六烷值)和多項物理特性(例如粘度、密度、閃點)，由評價單元lib對這些特性進行進一步處理，并且加以顯示和存儲。評價單元lib與GPS接收器30聯(lián)接，并且為在某個時間點上為某一運行用料測定的化學和/或物理特性數(shù)據(jù)分配時間及位置說明，并且將該時間及位置說明與所述數(shù)據(jù)一并存儲起來。裝置1還包括儲有清潔流體(cleaning fluid) 32 (例如純柴油)的儲存器31。儲存器31可以通過雙向閥33與測量單元8連接，因此可以選擇性地讓來自油箱4的燃料5 穿過測量單元8，或者讓來自儲存器31的清潔流體32穿過測量單元8。通過用清潔流體清潔測量單元8，可以去除測量單元8內(nèi)因長時間停用或者長時間工作而形成且會對測量造成影響的沉積物。清潔流體32還可以作為參照介質(zhì)用來檢驗測量單元8的工作方式是否正確。為此可以在清潔流體穿過測量單元8的過程中，像正常工作時那樣用光照射清潔流體，再對透射清潔流體或者被清潔流體反射的光進行光譜分析。將由此獲得的光譜與評價單元lib 中所存儲的用于清潔流體的參照光譜進行比較。如果與參照光譜之間存在偏差，就表明測量的一般條件有誤(例如測量單元8磨損或有沉積物)。清潔流體離開測量單元8后或者經(jīng)管道10進入機器3，或者被送入儲存器36并得到進一步處理。如圖3所示，裝置1也可包括多個測量單元8，這些測量單元可以測定機器系統(tǒng)2 的多種不同運行用料的化學和/或物理特性，以及/或者可以在機器系統(tǒng)2的多個不同位置上測定同一種運行用料的化學和/或物理特性，并且這些測量單元通過光纜15與(中央)測量評價設(shè)備11連接或者可以通過光纜15與(中央)測量評價設(shè)備11連接。舉例而言，如果涉及的是船舶，就可以分別在柴油機41的燃料輸送管6和柴油機 42的燃料輸送管6中各設(shè)置一個測量單元8，其中，柴油機41用于驅(qū)動船舶3，柴油機42用于驅(qū)動為船舶的船舶電網(wǎng)發(fā)電的發(fā)電機43。這些測量單元8在管道6中布置在混合設(shè)備 (未詳示)的均質(zhì)器44后面，該混合設(shè)備對儲存在油箱4內(nèi)的不同品質(zhì)的燃料進行混合處理(“混配”)。此外，在機器系統(tǒng)的所有機器(即柴油機41和42以及發(fā)電機4 的潤滑劑供給設(shè)備45以及螺旋槳軸47的軸承46的潤滑劑供給設(shè)備中還分別設(shè)有一個測量單元8。在用于為船舶油箱4加油的油箱加油頸口 48后面還設(shè)有一測量單元8，該測量單元的作用是在船舶加油過程中監(jiān)測燃料品質(zhì)。(中央)測量評價設(shè)備11與機器系統(tǒng)(machineinstallation) 2的自動化系統(tǒng) 50聯(lián)接，這樣就能利用測定的化學和/或物理特性來控制機器系統(tǒng)的運行。舉例而言，可以在潤滑劑中的重金屬含量上升時對養(yǎng)護周期進行相應(yīng)調(diào)整?？梢詫Φ竭_特殊要求區(qū)域(例如港口)時不同品質(zhì)燃料間的自動轉(zhuǎn)換進行優(yōu)化?？梢宰詣訉C器進行磨損監(jiān)測，必要時將機器斷開。通過對所有的相關(guān)燃料特性進行持續(xù)記錄，可以品質(zhì)評估為目的對已加燃料進行成本效益分析，可以在燃料消耗量以及現(xiàn)有已加燃料所支持的剩余航程方面進行預(yù)測性計算。所獲得的數(shù)據(jù)還可納入自動化系統(tǒng)內(nèi)的趨勢分析。特別重要的一點是，可以將所獲得的數(shù)據(jù)記錄下來以備檢查之需(例如，作為提供給有關(guān)機構(gòu)的證明)。特別有利的是， 上述裝置可以“實時”測定運行用料的化學和/或物理特性，所謂“實時”就是延時不多，這樣就能對意外事件作出及時反應(yīng)。為了減少所需光纜15的數(shù)量，測量單元Ila也可以如圖4所示通過多路器 (multiplexer)系統(tǒng)60與各測量單元8連接，該多路器系統(tǒng)由兩個連接在測量單元Ila上的中央光纜15和多個多路器61構(gòu)成，其中，每個測量單元8均各通過一個多路器61與兩個中央光纜15連接。根據(jù)另一替代性設(shè)計方案，測量評價設(shè)備11也可實施為移動式設(shè)備，需要時可以通過光纜15就地連接到測量單元8上。
權(quán)利要求
1.一種測定一機器系統(tǒng)0)(尤其是一浮動設(shè)備中的機器系統(tǒng))內(nèi)運行用料的化學和 /或物理特性的方法，其中，用光照射所述運行用料并且對透射所述運行用料或者被所述運行用料反射的光進行光譜分析，其特征在于，所述運行用料受照時至少具有一預(yù)定溫度范圍以內(nèi)的溫度，優(yōu)選正好具有一預(yù)定溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在照射所述運行用料之前，將其加熱或冷卻至所述選自所述規(guī)定溫度范圍以內(nèi)的溫度，優(yōu)選加熱或冷卻至所述規(guī)定溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于， 所述預(yù)定溫度范圍最高為10K。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，進行所述光譜分析時，借助多個不同算法測定所述運行用料的多項不同化學和/或物理特性。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在一被所述運行用料穿過的測量單元(8)內(nèi)用光照射所述運行用料，所述測量單元特定而言為一透射測量單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于， 用一清潔流體清潔所述測量單元(8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，將所述清潔流體用作一參照介質(zhì)來檢驗所述測量單元(8)的運行是否正確。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，利用為所述運行用料所測定的化學和/或物理特性來控制所述機器系統(tǒng)O)的運行。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，為在某一時間點上測定的所述運行用料的化學和/或物理特性分配一時間說明和一位置說明。
10.一種用于測定一機器系統(tǒng)(2)(尤其是一浮動設(shè)備中的機器系統(tǒng))內(nèi)運行用料的化學和/或物理特性的裝置(1)，包括一測量評價設(shè)備(11)，所述測量評價設(shè)備包括一用光照射運行用料的光源(1 和一用于對透射所述運行用料或者被所述運行用料反射的光進行光譜分析的分光計(14)，其特征在于，一加熱設(shè)備和/或一冷卻設(shè)備，其用于將所述運行用料加熱和/或冷卻至至少一選自一預(yù)定溫度范圍的溫度，優(yōu)選正好加熱和/或冷卻至一規(guī)定溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置(1)，其特征在于， 所述預(yù)定溫度范圍最高為10K。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11中任一項所述的裝置(1)，其特征在于，所述測量評價設(shè)備(11)內(nèi)存儲有多個用于測定所述運行用料的多項不同化學和/或物理特性的不同算法。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項所述的裝置(1)，其特征在于，在一被所述運行用料穿過的測量單元(8)內(nèi)用光照射所述運行用料，所述測量單元特定而言為一透射測量單元。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置(1)，其特征在于一包含一清潔流體的儲存器(31)，其中，所述儲存器(31)可與所述測量單元(8)連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14中任一項所述的裝置(1)，其特征在于多個測量單元(8)，所述測量單元可以測定所述機器系統(tǒng)O)的多種不同運行用料的化學和/或物理特性，以及 /或者可以在所述機器系統(tǒng)O)的多個不同位置上測定同一種運行用料的化學和/或物理特性，并且所述測量單元通過光纜(1 與所述測量評價設(shè)備(11)連接或者可以通過光纜 (15)與所述測量評價設(shè)備(11)連接。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至15中任一項所述的裝置(1)，其特征在于，所述測量評價設(shè)備(11)與所述機器系統(tǒng)O)的一自動化系統(tǒng)(50)聯(lián)接。
17.根據(jù)權(quán)利要求10至16中任一項所述的裝置(1)，其特征在于， 所述測量評價設(shè)備(11)與一 GPS接收器(30)聯(lián)接。
全文摘要
一種測定一機器系統(tǒng)(2)(尤其是一浮動設(shè)備中的機器系統(tǒng))內(nèi)運行用料的化學和/或物理特性的方法，其中，用光照射所述運行用料并且對透射所述運行用料或者被所述運行用料反射的光進行光譜分析，根據(jù)本發(fā)明，所述運行用料受照時至少具有一選自一規(guī)定溫度范圍的溫度，優(yōu)選正好具有一規(guī)定溫度。在此情況下，即使出現(xiàn)例如浮動設(shè)備所遇到的環(huán)境溫度變化，也能為所述光譜分析提供始終保持穩(wěn)定的框架條件，從而使分析精度得到改善。
文檔編號G01N21/85GK102472704SQ201080035814
公開日2012年5月23日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者科斯廷·威斯納, 恩加·夸赫 萊, 賴納·哈爾蒂希, 雷米久什·帕斯圖夏克 申請人:西門子公司