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螺旋桨轴下沉量智能测量仪的研究与设计
  http://www.marine114.cn 2013/12/24 10:10:00 来源:中国船舶产品采购网  

 

汪国1  崔静静2

1江苏东台海鹏船舶配件厂 2东台市远洋船舶配件有限公司

邮编224200

 

摘要:本文介绍了螺旋桨轴在艉管轴承内下沉量监测技术存在的问题和缺陷,分析了新型智能测量仪工作原理、工作程序、设计操作要点。

关键词:螺旋桨轴下沉量;智能测量仪;工作原理;注意事项

 

1   

船舶航行是由主机旋转产生的扭力通过螺旋桨轴传递给螺旋桨,螺旋桨再通过旋转产生推力传递给船体,来推动船舶的航行。由于螺旋桨轴的旋转,它与艉轴管内支承轴承会产生磨损,当磨损达到一定间隙值时,就必须对轴承进行维护更换,否则对船舶的航行造成安全隐患。因此,对螺旋桨轴与艉管轴承磨损量的监测至关重要,它不但影响船舶运行效益,而且影响船舶航行安全。

2  现有技术存在的问题

现行船舶对螺旋桨轴与艉管轴承磨损下沉量监测方法是:在艉管后端密封装置的上端注油螺纹孔上,插上一只类似于游标尺测量仪,测量时将主尺下端螺纹固定于注油孔的螺纹上,副尺杆通过油孔插到密封装置的轴套的外径上(见图1),读出并记录此时的刻度值,经过一个运行周期检测,再在同一位置,用同一方法进行测量和记录数据,将二次的记录数据进行比对,其差值即为螺旋桨轴下沉的磨损量。

  

 

 

 

 

 

 

 

1 螺旋桨  2 螺旋桨轴  3 密封轴套  4 卡尺式测深仪主尺 

5卡尺式测深仪副尺 6 艉轴管  7艉管轴承

1卡尺式深度测量仪

 

采用的这种测量方法为上世纪50-60年代技术,但存在以下缺陷:

1)基准定位不够精确。如主尺的螺纹与注油口的螺纹在每次旋转过程所用的扭力不能完全一致,容易形成间隙,造成基准不准;

2)注油口长时间浸泡在海水中,平面容易被腐蚀氧化,造成基准误差。

3)每次测量桨轴下沉量时船艉部需要出水或进坞测量,费时费力。从图1中可以看出,由于艉轴管轴承内位置的限制,此位测量只是比较接近于轴承处的磨损量,并非真正意义上螺旋桨轴在艉轴管内轴承磨损下沉量。

3  新的设计思路

为提高螺旋桨轴在艉轴管内下沉量的测量精度,设计一种结构合理,读数准确,又不需要将船舶艉部需要出水面或进坞,能监视螺旋桨轴与艉管轴承磨损状态,成为新设计测量仪首先解决的问题。

4  具体设计

螺旋桨轴下沉智能测量仪(以下简称智能测量仪)的设计研发满足了上述要求。

4.1  组成部分

本智能测量仪测量传感器、数据处理器和显示控制器组成,它们之间是通过数据导线联成一体。

4.2  工作原理

测量传感器为一圆柱状体,安装在艉轴管内轴承正上方纵向油槽孔内,其内部是由谐振器和由双压电晶片元件振动器组成。谐振器呈喇叭形放置,能有效地辐射由于振动而产生的机械波,并且有效地使机械波聚集在振动器的中央部位。机械波对液体的具有很强穿透性,从测量传感器内部发出机械波,碰到螺旋桨轴分界面会产生反射形成反射回波回到传感器上。从测量传感器发出机械波到接收机械波到的时间差,与机械波在液体中传输的速度就可以确定螺旋桨轴上端在艉轴管内与传感器的距离。

数据处理器设在机舱内,其形为带两数据线接口的方形盒状,接口一端与显示控制器联接,另一端所接数据导线沿轴承内油槽与测量传感器相联。数据处理器负责数据的采集、运算和处理,根据设定的参数控制传感器的运行,它是由单片机及外圈电路组成。数据处理器内设有一程序流程定时器,在脉冲串发送完毕后马上开启,定时器工作时,通过查询外部中断方式检测回波是否到达,到达后关闭定时器,取出的定时值,即为机械波来回传播使用的时间。数据处理器可接受处理上千次测量信号,测量可达精度0.10.5%。数据处理器指令测量传感器发出和接受机械波。

显示控制器是通过数据导线连接在数据处理器接上,它是将数据处理器处理结果显示出来和发出新的指令将数据传至数据处理器。它也可以与数据处理器组合在一起。

数据处理器和测量传感器是系统的核心部分。

下图为智能测量仪结构原理示意

         被测轴表面 发出信号

         

 接收信号 测量传感器  数据处理器 显示控制器

 

 2桨轴下沉量智能测量仪结构原理示意图

4.3  工作程序

3为桨轴下沉量智能测量仪安装系统图

在图中固定在艉轴管4上轴承5槽内的测量传感器6,接收到数据处理器8发出一组信号通过测量传感器A点产生一组机械波,当波传播到桨轴1表面B点时部分产生反射回波,回波又被传感器C点接受,机械波从A点发生经过B点返回到C点反映时间间隔即可判断A点到桨轴表面的距离,显示控制器9显示结果并输入新的指令。

记录第一次数据设定为初始值,经过一个运行周期,并与第一次数值进行比对,其差值即为螺旋桨轴在此周期内在艉轴管轴承内的下测量。

 

 

 

 

 

 

                                                                                                              

 

 

 

1 螺旋桨轴  2 螺旋桨  3 密封轴套  4 艉轴管  5 艉管轴承 

6 测量传感器  7 显示控制器  8数据处理器

 

3:桨轴下沉量智能测量仪安装系统图

 

4.4  工作特点

本智能测量仪设计有具大特点是:1)可以实时监测螺旋桨轴在艉管轴承内磨损下沉量,船舶不需进坞或出水,节省维护费用2)由于测量传感器固定有艉管轴承内基准稳定可靠,测量数据精确,能为船舶的运行和维修决策提供最优的选择。

5  设计和操作要点

1) 桨轴下沉量智能测量仪适用于油润滑系统和水润滑系统,在测量时桨轴处于最低位置,并处于静止状态,艉轴管内的油或水质密度保持均匀。

2) 为保证测量可靠,一般在后轴承的前端适当位置再增加一只测量传感器探头,作为备件。

3) 测量传感器结构为两块压电晶片,一块用于发射机械波,另一块用于接收机械波。双晶结构具有灵敏度高,杂波少盲区小优点。

4) 需要注意的是测量传感器具有尖锐的选频特性,发出的脉冲串需要严格等于40KHZ,否则信号通过传感器衰减严重。

5) 测量传感器探头部分使用特殊密封处理技术,艉轴管内的润滑油和水一般不会进入探头内部影响测量效果,测量传感器外壳与轴承采用法兰螺栓形式固定,安全可靠。

6) 数据处理器是由单片机及外圈电路组成。单片机以集成板为核心,低成本、结构简单,实现信号收发功能稳定优点;采集卡采用间隙式采样方式,当数据超过设定的极限值时处理器发出报警信号。外圈电路由信号模拟放大模块和处理模块组成,由于接收放大为小信号放大,放大倍数很高,使用时防止自激。

6   

综上所述,这种智能测量仪结构简单,操作方便,数据准确,可达0.005的精度,安全可靠,满足运行需要求,在实船舶运行后,大大降低了船舶检修费和操作者工作强度,节约了成本,提高了运营率。

 

参考文献:

1韩九强 周杏鹏 《传感器与检测技术》清华大学出版社第1 (2010)

2陈绍纲主编 《轮机工程手册》编委会编  人民交通出版社 1992

3刘贵民 马丽丽编《无损检测技术》国防工业出版社2010版)

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