Brevet FR2602350A1 — publié le 19880205

La présente invention concerne un procédé de surveillance de l'installation de propulsion et de production d'énergie d'un navire à propulsion mécanique. Elle concerne en particulier un procédé qui permet le suivi de l'efficience énergétique. Ce suivi est une nécessité si l'on veut conduire au mieux une installation machine, telle qu'une installation machine d'un pétrolier à moteur. Ce suivi n'est pas aisé à réaliser sur les navires du fait de l'absence, en général, des divers éléments nécessaires au calcul. De plus, c'est un service qui demande énormément de temps au personnel compétent, et cela d'autant plus que la technicité des navires augmente. Un des premiers buts de l'invention est de réaliser un procédé qui permette le suivi de l'efficience de l'installation machine d'une façon convenable. Ce procédé peut être considéré comme un suivi automatique en temps réel qui trouve tout à fait sa justification, compte tenu que l'on peut admettre qu'un suivi sérieux des performances machine permette d'améliorer la conduite en réduisant d'au moins 2 % la consommation de combustible, ce qui peut représenter au minimum 250 tonnes par an pour un pétrolier à moteur de 90 000 tonnes (poids mort) exploité à 15000 CV.Le procédé de surveillance de l'installation de propulsion et de production d'énergie selon l'invention doit assurer principalement les fonctions suivantes - la centralisation et le traitement en temps réel des mesures relatives au flux énergétique et à l'état de fonctionnement des équipements énergétiques du bord, - le calcul des performances des différents maillons qui constituent la channe énergétique du navire, - la comparaison de ces performances -à des standards, - l'élaboration de diagnostics automatiques et de guide opérateur. - la mise en mémoire de l'information acquise pour archivage et traitements ultérieurs. Ces différents objectifs sont atteints par un procédé de surveillance de l'installation de propulsion et de production d'énergie d'un navire à propulsion mécanique, ladite installation comportant des moyens permettant la transformation d'énergie primaire en énergie mécanique, thermique ou électrique, ledit procédé étant caractérisé en ce que lesdits moyens sont regroupés d'une manière fictive en des groupes, la performance énergétique de tous les moyens de chaque groupe pouvant être représentée par une même grandeur et en ce que, pour-chaque groupe, on acquiert en temps réel des mesures représentatives de l'état énergétique du groupe, on élabore à partir de ces mesures une grandeur représentative de l'état énergétique du groupe, on évalue l'écart existant entre cette dernière grandeur et une grandeur standard, en fonction de cet écart on agit sur des variables de conduite du groupe pour rendre ledit écart inférieur à une valeur prédéterminée. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'installation que l'on veut commander comporte - un groupe de propulsion constitué essentiellement par au moins un moteur diésel de propulsion, alimenté en fuel et en air, l'alimentation en air se faisant éventuellement par l'intermédiaire d'un turbo-compresseur, - un groupe de récupération constitué essentiellement par une chaudière de récupération des calories sur les gaz d'échappement en provenance du moteur, ladite chaudière produisant de la vapeur, - un groupe auxiliaire comprenant au moins une chaudière auxiliaire permettant l'accumulation de la vapeur produite par le groupe de récupération et son évacuation ou la production et l'évacuation des vapeurs;; - un groupe de production énergétique, alimenté par la vapeur en provenance du groupe auxiliaire et comprenant au moins un turbo-alternateur pour la production d'énergie électrique et au moins un échangeur de chaleur dont les sorties vapeur sont reliées au groupe de récupération. Le procédé est alors caractérisé en ce que pour chacun de ces groupes, on élabore un paramètre représentatif du fonctionnement de tous les constituants du groupe, on compare ce paramètre à une valeur de consigne de façon à élaborer un signal représentatif du bon fonctionnement du groupe, et en fonction de ce dernier signal, on agit sur les variables de conduite du groupe pour rendre ledit écart inférieur à une valeur prédéterminée. Mais l'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description suivante, faite d'une manière illustrative et nullement limitative, en référence aux figures annexées dans lesquelles - la figure 1 représente schématiquement le principe de l'installation de production d'énergie d'un pétrolier, - la figure 2 représente le regroupement selon l'invention des moyens représentés figure 1, - la figure 3 représente la courbe de consommation du groupe de propulsion, - la figure 4 représente la variation du coefficient d'échange thermique dans l'ensemble de récupération, - la figure 5 représente une partie du groupe de production d'énergie, - la figure 6 représente la courbe de consommation de vapeur du turboalternateur en fonction de la puissance. On a représenté schématiquement figure 1 le principe de l'installation de production d'énergie d'un pétrolier, alimenté en fuel. Cette installation comporte un moteur diésel (1) alimenté en fuel (3) pour l'entrainement de l'hélice (2) . L'évacuation des gaz brûlés en provenance du moteur alimente elle-même une chaudière de récupération (4) qui permet la production dé vapeur. Cette vapeur est stockée dans une bâche (5) qui peut aussi être alimentée par une chaudière auxiliaire (6). La bâche (5) alimente aussi un groupe de production d'énergie (7) constitué par un ensemble de réchauffeurs qui permet le réchauffage nécessaire au moteur principal (8) le réchauffage (9) nécessaire à la chaudière auxiliaire (6) le réchauffage (10) des installations domestiques et le rechauffage de la cargaison (11). La bâche vapeur alimente aussi des turbines (12) pour l'entrainement de pompes (13) ainsi que des treuils (14) et un turbo-alternateur (15) pour la production d'électricité. On a représenté sur la figure 2 le regroupement selon l'invention, des moyens représentés figure 1 qui portent les mêmes références, ainsi que des éléments complémentaires qui leur sont associés. Le premier groupe (100) que l'on peut appeler groupe de propulsion, regroupe le moteur diésel (1), associé à l'hélice (2) et à son système d'alimentation. Ce système d'alimentation est constitué par une alimentation en fuel (3), une alimentation en air (101) qui comprend une pompe (102) et un système de réfrigération (103). La pompe (102) est- suralimentée par un turbo-compresseur (104) lui-même relié au moteur (1) par une tubulure (-105). Le moteur (104) comporte une tubulure (106) d'évacuation des gaz vers le deuxième groupe. Le deuxième groupe (200), qui est un groupe de récupération, comporte la chaudière de récupération (4) et un économiseur (201). La chaudière (4) est reliée à la tubulure (106) et sa tubulure d'évacuation des gaz brûlés (202) est reliée à l'économiseur (201). La chaudière (4) et l'économiseur t201) comportent chacun une tubulure (206) et (207) de sortie vapeur qui débouche dans la bâche (5). Cette bâche (5) fait elle-même partie d'une chaudière (6) qui est contenue dans le module auxiliaire (300). Ce module auxiliaire comporte aussi une pompe (209) pour la recirculation de l'eau chaude en provenance de la chaudière (6) qui est elle-même munie d'un dispositif non représenté d'alimentation en fuel. Elle comporte une tubulure (210) d'évacuation de la vapeur vers le module de production d'énergie (7). Tous les éléments contenus dans le groupe de production d'énergie (7) sont alimentés en vapeur par la tubulure (210). Le groupe de production d'énergie comporte un ensemble turbo alternateur de production d'électricité constitué lui-même par un turbo alternateur (215), une conduite de déversement (216) et un condenseur (217). Le turbo alternateur est relié au condenseur par la tubulure (218). Le condenseur sous vide est relié à une bâche alimentaire (219) par une tubulure (220) qui permet la récupération de la vapeur condensée. Les ensembles de ré chauffage du moteur principal de ré chauffage de la chaudière auxiliaire et du réchauffage de l'eau chaude sanitaire pour l'hôtel sont représentés par la référence (220). Ils sont situés en parallèle de l'ensemble de réchauffage pour la cargaison (11). Ces. deux ensembles (220) et (11) sont reliés à la tubulure vapeur (210) et en sortie débouchent dans la bâche alimentaire (219) prr l'intermédiaire d'une caisse d'observation (230) et de trois tubulures (231, 232, 233). L'ensemble de réchauffage d'eau (10) est alimenté par la tubulure (210) et débouche dans la bâche alimentaire (219) par la tubulure (235). L'ensemble (12) de commande des pompes de cargaison est alimenté en vapeur par la tubulure (210) et débouche dans la bâche (219) par la tubulure (236) et le condenseur (237). L'ensemble (14) de commande des treuils est aussi alimenté par la tubulure (210) et débouche dans la bâche alimentaire (219) par la tubulure (238). La vapeur condensée provenant de la bâche alimentaire (219) est évacuée par la pompe (240) et la tubulure (241) vers l'ensemble (201) de préchauffage d'eau par l'intermédiaire d'un réchauffeur (242). Chacun des groupes, ou modules, ainsi représentés est surveillé par un seul paramètre de la façon qui va être explicitée ci-dessous. Pour contrôler le groupe de propulsion, on va surveiller sa consommation en fonction de sa puissance. Pour cela, on établit une courbe théorique telle que représentée sur la figure 3. Cette courbe représente la variation de la consommation en fonction de la puissance fournie par le moteur. Pour surveiller le groupe de propulsion, on mesure à un instant donné sa consommation réelle en 24h. On obtient le point (120). Avant d'effectuer toute comparaison au standard, on effectue sur ce paramètre des corrections qui sont nécessaires pour effectuer la comparaison dans de bonnes conditions ; ces corrections peuvent, par exemple, prendre en compte l'état d'usure du matériel, la température de l'eau de mer, la température de l'air, le pouvoir calorifique du fuel, etc... On obtient alors le point (121) qui représente la consommation corrigée. On calcule alors l'écart entre la consommation corrigée et la consommation théorique. De préférence, cet écart est converti en pourcentage et il est suivi. Cet écart est recalculé tous les quarts d'heure. La comparaison de cet écart à un écart type permet de déterminer à chaque instant le bon fonctionnement du groupe de propulsion, et ainsi le bon fonctionnement de tous les éléments de ce groupe de propulsion. Différentes adaptations ont été testées. En particulier, on peut ne faire ces calculs qu'en des circonstances particulières à la condition d'avoir des mesures stables. Pour surveiller l'ensemble (4) de récupération, on va surveiller la variation du coefficient d'échange thermique en fonction du débit des fumées. La figure 4 représente la courbe théorique de cette variation. Ce mode de surveillance par élaboration d'un point réel puis corrigé puis comparé au point théorique, permet de suivre très facilement l'évolution des encrassements des échangeurs compris dans l'ensemble (4), et donc de détecter toute anomalie, par exemple toute anomalie liée à des problèmes d'encrassement. On peut donc prévoir facilement les dates de ramonage. De la même manière, on va surveiller l'ensemble (5) de production auxiliaire de vapeur en surveillant le rendement de la chaudière en fonction du débit vapeur. En ce qui concerne l'ensemble de production d'énergie, on va surveiller les rechauffeurs auxiliaires en surveillant le débit de vapeur produite en fonction de la puissance du moteur. La correction se fera en fonction de la température de l'eau de mer. Mais dans cet ensemble, on va surveiller plus particulièrement l'ensemble de production d'énergie électrique en utilisant l'installation suivante représentée sur la figure 5. On reconnait sur cette figure les mêmes éléments que ceux de la figure 2, à savoir l'ensemble turbo-alternateur (215), la conduite de déversement (216), le condenseur (217) relié au turbo par la conduite (218), et la tubulure (220) assurant la liaison entre le condenseur (217) et la bâche alimentaire (219). La conduite de déversement (216) est munie d'une vanne commandée (240). En aval du condenseur (217), la tubulure (210) est munie d'un dispositif de mesure (241) permettant la mesure du débit de vapeur. En fonctionnement normal, c'est-à-dire quand le débit de vapeur dans la conduite de déversement (216) est nul -vanne (240) fermée-, on surveille le turbo-alternateur en mesurant la consommation de vapeur par rapport à la puissance fournie ; la consommation de vapeur étant connue par la mesure de débit sur la tubulure (210). La courbe de surveillance est représentée figure (6) par le repère (242). Cette consommation est notée dO. Lorsque la vanne de déversement est ouverte, le débit de vapeur dans la tubulure (210) augmente et prend la valeur dl. Pour surveiller le débit de déversement et donc surveiller le fonctionnement du turbo-alternateur, on calcule la différence entre dl et do, dO étant la dernière valeur connue du débit avant le déversement. Eventuellement, cette valeur dO est corrigée en fonction de la puissance fournie (courbe 242). REVENDICATIONS 1 - Procédé de surveillance de l'installation de propulsion et de production d'énergie d'un navire à propulsion mécanique, ladite installation comportant des moyens permettant la transformation d'une source d'énergie primaire en énergie mécanique, thermique ou électrique, ledit procédé étant caractérisé en ce que lesdits moyens sont regroupés d'une manière fictive en des groupes, la performance énergétique de tous les moyens de chaque groupe pouvant être représentée par une même grandeur et en ce que pour chaque groupe, on acquiert en temps réel des mesures représentatives de l'état énergétique du groupe, on élabore à partir de ces mesures une grandeur représentative de l'état énergétique du groupe, on évalue l'écart existant entre cette dernière grandeur et une grandeur standard, en fonction de cet écart, on agit sur les variables de conduite du groupe pour rendre ledit écart inférieur à une valeur prédéterminée. 2 - Procédé de surveillance et de commande de l'installation de propulsion et de production d'énergie d'un navire à propulsion mécanique, ladite installation comprenant - un groupe de propulsion constitué essentiellement par au moins un moteur diésel de propulsion, alimenté en fuel et en air, l'alimentation en air se faisant par 1' intermédiaire d'un turbo-compresseur, - un groupe de récupération constitué essentiellement par une chaudière de récupération des calories sur les gaz d'échappement du moteur, ladite chaudière produisant de la vapeur, - un groupe auxiliaire comprenant au moins une chaudière auxiliaire permettant le stockage de la vapeur produite par le groupe de récupération et son évacuation ou la production et l'évacuation des vapeurs, un groupe de production énergétique, alimenté par la vapeur, évacué par ledit groupe auxiliaire et comprenant au moins un turbo-alternateur pour la production d'énergie électrique et au moins un échangeur de chaleur dont les sorties sont reliées au groupe, caractérisé en ce que pour chacun de ces groupes, on élabore un paramètre représentatif du fonctionnement de tous les constituants du groupe, on compare ce paramètre à une valeur de consigne de façon à élaborer un signal représentatif de bon fonctionnement du groupe, et en fonction de ce dernier signal on agit sur les variables de conduite du groupe pour rendre ledit écart inférieur à une valeur prédéterminée. 3 - Procédé de surveillance selon la revendication 2, caractérisé en ce que le paramètre représentatif du fonctionnement du groupe de propulsion est constitué par la consommation en fonction de la puissance. 4 - Procédé selon ia revendication 2, caractérisé en ce que le paramètre permettant la surveillance du groupe de récupération est constituée par la variation du coefficient d'échange thermique en fonction du débit des fumées. 5 - Procédé de surveillance selon la revendication 2, caractérisé en ce que le parametre permettant la surveillance de l'ensemble de production auxiliaire est constitué par le rendement de la chaudière en fonction du débit vapeur. 6 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le paramètre représentatif du fonctionnement de l'ensemble de production d'énergie est constitué par la variation du débit de vapeur produite en fonction de la puissance du moteur.