CN102289978B - 多功能船舶联合动力装置综合模拟实验台 - Google Patents
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Abstract
一种多功能船舶联合动力装置综合模拟实验台，由下向上分为三层：底层为支撑底板，通过弹性块安装在地基上，支撑底板开有纵向滑槽；中层为支承和支架；上层为安置在支承和支架上的两台内燃机、变频电机、并车齿轮箱、测功机、三台弹性联轴器、膜片联轴器、万向联轴器、传动长轴、连接短轴、轴承、三台扭矩仪和传感器。并车齿轮箱有4个接口，通过联轴器和传动轴系分别与1号内燃机、2号内燃机、变频电机和测功机相连；有两根替代短轴，一根长度与万向联轴器相同，另一根长度与膜片联轴器相同，单独或同时替代膜片联轴器和万向联轴器。该实验台既可模拟多种船舶动力装置，也可以进行船舶动力装置总体性能研究和船舶动力装置零部件的性能研究。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟实(试)验装置，特别是一种具有多种实(试)验功能的模拟船舶联合动力装置的综合模拟实(试)验台。
背景技术
随着造船行业对造船技术、工艺及质量要求的提高和“低碳经济”的提出，对船舶动力装置的性能提出了更高的要求，各种新型的动力装置形式不断涌现，并得到广泛应用。例如，为减少推进轴系的安装对中时间，提高操纵的灵活性，在推进轴系中安装有万向联轴器；为提高螺旋桨推进效率，避免空泡现象的产生，将减速传动装置主机的转速降低至合适的范围；既要内燃机在最省油的工况下工作，满足经济性的要求，又要内燃机的输出功率满足动力性的要求，传统的单机单桨动力装置已无法满足需要，而采用多动力装置；其次，当造船行业处于旺季时，大功率的船用内燃机供不应求，为减少造船时间，提高造船效率，船舶联合动力装置逐渐在船舶上得到应用。与此同时，为进一步节能减排，不少船舶采用轴带发电机或轴带消防泵(PTO，POWER-TAKE-OFF，动力输出装置)装置，以提高船舶动力装置的经济性；为进一步提高功率输出，在动力装置上再增加电动机(PTI，POWER-TAKE-IN，动力输入装置)以提高动力性。
20世纪80年代我国引进过双机单桨动力装置系统，并对该系统进行过国产化研究。目前，我国在该领域上的研究，已有哈尔滨工程大学、海军工程大学和上海交通大学三所高校建成了柴油机联合动力装置物理模拟实(试)验台，开展有关柴油机数字式并车控制器实验平台及监测分析系统的研究，并着手提出较为完整的解决方案。但是根据所查阅的资料，这些实验台功能单一，无轴系传动，难以模拟实船的动力装置，还无法完全模拟电力推进、电-柴联合推进、带PTO/PTI装置推进等装置的性能，也无法进行多种推进形式轴系校中、振动、噪声等试验。
针对上述情况，为加快在船舶领域的科研进展，提高科研水平，同时让高校学生对新型的船舶动力装置及控制系统设备有一个很好的认识，并且为大学提供一个很好的科研实(试)验平台，本申请人设计建立了这种多功能船舶联合动力装置综合模拟实(试)验台。
发明内容
本发明的目的旨在搭建一种多功能船舶联合动力装置实(试)验台，根据动力源和耗能装置的不同，实现多种能量传递路线，模拟现有船舶动力装置中所可能出现的各种结构组成及相应的零部件结构形式，为学生的学习提供一个实验平台；同时通过测试分析，研究在不同的激励源作用下实验台整体的机械性能，以及通过更换或改变某个零部件或相应位置来研究单一零部件的力学振动性能，为科学研究工作提供一个实(试)验平台。
为解决上述的技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种多功能船舶联合动力装置综合模拟实(试)验台，它由下向上分为三层：底层为支撑底板，通过弹性块安装在地基上，支撑底板开有纵向滑槽，与支座一起共同调整机械部件和测试仪器的水平位置；中层为设置在支撑底板上的支承和支架，起支承和垂向导向作用；上层为安置在支承和支架上的机械部件和测试仪器；机械部件包括：1号内燃机、2号内燃机、变频电机、并车齿轮箱、测功机、第1弹性联轴器、第2弹性联轴器、第3弹性联轴器、膜片联轴器、万向联轴器、传动长轴、第1连接短轴、第2连接短轴和轴承；测试仪器包括第1扭矩仪、第2扭矩仪、第3扭矩仪、第1传感器、第2传感器和第3传感器；并车齿轮箱有a、b、c和d四个接口，1号内燃机、第1扭矩仪、第1弹性联轴器、以及并车齿轮箱的输入接口a依次连接，2号内燃机、第2扭矩仪、第2弹性联轴器以及并车齿轮箱的输入接口b依次连接，并车齿轮箱的中间输出接口c、万向联轴器、传动长轴、第1连接短轴、膜片联轴器、第2连接短轴以及测功机依次相接；在传动长轴上安装有两个水平位置和垂向位置可调的轴承对传动长轴起支撑作用；并车齿轮箱的另一输出接口d、第3弹性联轴器、第3扭矩仪以及变频电机依次相连，在上述的连接中，除膜片联轴器与第1连接短轴和第2连接短轴依靠键连接外，其它均为法兰连接形式。
本发明的多功能船舶联合动力装置综合模拟实验台中，万向联轴器、膜片联轴器以及长轴之间的位置可以互换。
本发明的多功能船舶联合动力装置综合模拟实验台，机械部件还包括两根替代短轴，一根长度与万向联轴器相同，另一根长度与膜片联轴器相同，用来单独或同时替代膜片联轴器和万向联轴器。
本发明的多功能船舶联合动力装置综合模拟实验台中，所述的1号内燃机与2号内燃机机型相同或不相同。
本发明的多功能船舶联合动力装置综合模拟实验台的使用方法，其特征在于：通过并车齿轮箱中不同离合器的脱开和闭合以及变频电机的模式选择实现下列不同的动力传递路线：
动力传递路线1：变频电机以电动机模式带测功机工作；
动力传递路线2：1号内燃机单机带测功机工作；
动力传递路线3：2号内燃机单机带测功机工作；
动力传递路线4：变频电机以电动机模式与1号内燃机并车带测功机工作；
动力传递路线5：变频电机以电动机模式与2号内燃机并车带测功机工作；
动力传递路线6：1号内燃机和2号内燃机并车带测功机工作；
动力传递路线7：变频电机以电动机模式与1号内燃机和2号内燃机共同带测功机工作；
动力传递路线8：1号内燃机带动变频电机工作；
动力传递路线9：1号内燃机带测功机及变频电机工作；
动力传递路线10：2号内燃机带测功机及变频电机工作；
动力传递路线11：1号内燃机和2号内燃机并车带测功机及变频电机工作。
本发明的多功能船舶联合动力装置综合模拟实(试)验台的优点：
1、本实验台，一台多用，满足多种实验和试验的要求，可免除搭建多种实验台的必要，提高了实验台的利用率，节约成本。
2、用其增加的结构部件，可完成多种课程实验教学和科学研究实验。
3、本实验台，增加了支撑底板及支撑底板与地基之间的弹性块，模拟船舶浮筏，研究系统的整体振动性能及浮筏的隔振效果。
4、本实验台，其并车齿轮箱由申请人与杭州前进齿轮箱厂联合设计制造，具有4个接口，在其内部安装有相应的离合器，通过不同离合器的脱开和闭合，可模拟多种船舶动力传动模式。
5、本实验台，增加了变频电机，既可以作为动力输入PTI，也可以作为动力输出PTO，可以模拟轴带发电，也可以模拟电力推进，还可以与内燃机联合模拟混合动力推进。
6、本实验台，增加了传动长轴，既可以模拟实船轴系传动，也可以研究推进轴系在不同状况下的振动噪声情况。
7、本实验台，增加了水平位置和垂向位置可调的轴承，既可以研究轴承的特性，同时也可以实现轴系校中，研究轴系校中对轴系传动的影响。
8、本实验台，增加了膜片联轴器，既可以实验教学船舶轴系膜片联轴器的作用，也可以研究其特性及对船舶动力传动的影响。
9、本实验台，增加了万向联轴器，既可以实验教学船舶轴系万向联轴器的作用，也可以研究其特性及对船舶动力传动的影响。
10、本实验台，增加了两根可替换短轴，既可以模拟实船短轴系传动，也可以分别替代膜片联轴器和万向联轴器，比较研究联轴器的特性。
本发明的有益效果是，增加了实船的传动部件，可以真实模拟实船的动力装置，既可以完成多种教学实验和多项科研实验，节约成本。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1为多功能船舶联合动力装置实(试)验台俯视图。
图2为多功能船舶联合动力装置实(试)验台主视图
图3为替代短轴结构图。
图4为连接短轴结构图。
附图中序号含义解释如下：
1.支撑底板，2.测功机，3.膜片联轴器，4.轴承，5.传动长轴，6-1.第1传感器，6-2第2.传感器，6-3第3传感器，7.电机，8-1.第1扭矩仪，8-2.第2扭矩仪，8-3.第3扭矩仪，9-1.第1弹性联轴器，9-2.第2弹性联轴器，9-3.第3弹性联轴器，10.并车齿轮箱，11.1号内燃机，12.2号内燃机，13.万向联轴器，14-1.第1连接短轴，14-2.第2连接短轴，15.弹性块，16.替代短轴；a.并车齿轮箱连接1号内燃机的输入接口，b.并车齿轮箱连接2号内燃机的输入接口，c中间输出接口，d.连接变频电机接口。
具体实施方式
本发明的多功能船舶联合动力装置综合模拟实(试)验台结构如图2中所示，支撑底7板1通过弹性块15安装在地基上，用于模拟船舶浮筏，起隔振的作用。支撑底板上设置有纵向的滑槽，实(试)验台的若干支架可在滑槽中调整纵向位置，而支架上的机械部件和测试仪器可在支架上进行纵向位置调整。
如图1中所示，1号内燃机11和2号内燃机12为同型(或异型)内燃机，1号内燃机11、第1扭矩仪8-1、第1弹性联轴器9-1以及并车齿轮箱10的a接口依次相连，2号内燃机12、第2扭矩仪8-2、第2弹性联轴器9-2以及并车齿轮箱10的b接口依次相连；并车齿轮箱10的c接口、万向联轴器13、传动长轴5，第1连接短轴14-1、膜片联轴器3、第2连接短轴14-2以及测功机2依次相接；并车齿轮箱10的d接口、第3弹性联轴器9-3、第3扭矩仪8-3以及变频电机7依次相连。在上面的连接中，除膜片联轴器3与连接短轴14-1和14-2依靠键连接外，其它均为法兰连接形式。通过并车齿轮箱10中不同离合器的脱开和闭合以及变频电机7的模式选择实现下列不同的动力传递路线：
动力传递路线1：变频电机7(电动机PTI)带测功机2工作；
动力传递路线2：1号内燃机11单机带测功机2工作；
动力传递路线3：2号内燃机12单机带测功机2工作；
动力传递路线4：变频电机7(电动机PTI)与1号内燃机11并车带测功机2工作；
动力传递路线5：变频电机7(电动机PTI)与2号内燃机12并车带测功机2工作；
动力传递路线6：1号内燃机11和2号内燃机12并车带测功机2工作；
动力传递路线7：1号内燃机11、2号内燃机12和变频电机7(电动机PTI)共同带测功机2工作；
动力传递路线8：1号内燃机11带变频电机7(发电机PTO)工作；
动力传递路线9：1号内燃机11带测功机2及变频电机7(发电机PTO)工作；
动力传递路线10：2号内燃机11带测功机2及变频电机7(发电机PTO)工作；
动力传递路线11：1号内燃机11和2号内燃机12并车带测功机2及变频电机7(发电机)PTO工作。
轴承4对传动长轴5起支撑作用，通过支撑底板1和对应支架，其水平位置和垂向位置均可调整，实现不同的动力传动路线的轴系校中功能。
替代短轴16有两根，一根长度与万向联轴器13相同，另一根长度与膜片联轴器3相同，可对万向联轴器13或者膜片联轴器3进行替换，通过法兰形式与其它部件相连，进行单独零部件的性能研究。
Claims (5)
1.一种多功能船舶联合动力装置综合模拟实验台，其特征在于：它由下向上分为三层：底层为支撑底板（1），通过弹性块（15）安装在地基上，支撑底板（1）开有纵向滑槽；中层为设置在支撑底板（1）上的支承和支架；上层为安置在支承和支架上的机械部件和测试仪器；机械部件包括：1号内燃机（11）、2号内燃机（12）、变频电机（7）、并车齿轮箱（10）、测功机（2）、第1弹性联轴器（9-1）、第2弹性联轴器（9-2）、第3弹性联轴器（9-3）、膜片联轴器（3）、万向联轴器（13）、传动长轴（5）、第1连接短轴（14-1）、第2连接短轴（14-2）和轴承（4）；测试仪器包括第1扭矩仪（8-1）、第2扭矩仪（8-2），第3扭矩仪（8-3）、第1传感器（6-1）、第2传感器（6-2）和第3传感器（6-3）；并车齿轮箱（10）有a、b、c和d四个接口， 1号内燃机、第1扭矩仪（8-1）、第1弹性联轴器（9-1）以及并车齿轮箱（10）的输入接口 a依次连接,2号内燃机、第2扭矩仪（8-2）、第2弹性联轴器（9-2）以及并车齿轮箱（10）的输入接口b依次连接，并车齿轮箱（10）的中间输出接口c、万向联轴器（13）、传动长轴（5）、第1连接短轴（14-1）、膜片联轴器（3）、第2连接短轴（14-2）以及测功机（2）依次相接；在传动长轴(5)上安装有两个水平位置和垂向位置可调的轴承（4）；并车齿轮箱（10）的另一输出接口d、第3弹性联轴器（9-3）、第3扭矩仪（8-3）以及变频电机（7）依次相连, 在上述的连接中，除膜片联轴器(3)与第1连接短轴(14-1) 和第2连接短轴(14-2)依靠键连接外，其它均为法兰连接形式。
2.根据权利要求1所述的多功能船舶联合动力装置综合模拟实验台，其特征在于：其中万向联轴器（13）、膜片联轴器（3）以及长轴（5）之间的位置可互换。
3.根据权利要求1所述的多功能船舶联合动力装置综合模拟实验台，其特征在于：机械部件还包括两根替代短轴（16），一根长度与万向联轴器(13)相同，另一根长度与膜片联轴器(3)相同，单独或同时替代膜片联轴器（3）和万向联轴器（13）。
4.根据权利要求1所述的多功能船舶联合动力装置综合模拟实验台，其特征在于在：所述的1号内燃机（11）与2号内燃机（12）机型相同或不相同。
5.权利要求1所述的多功能船舶联合动力装置综合模拟实验台的使用方法，其特征在于：通过并车齿轮箱(10)中不同离合器的脱开和闭合以及变频电机的模式选择实现下列不同的动力传递路线：
动力传递路线1：变频电机（7）以电动机模式带测功机(2)工作；
动力传递路线2：1号内燃机(11)单机带测功机(2)工作；
动力传递路线3：2号内燃机(12)单机带测功机(2)工作；
动力传递路线4：变频电机（7）以电动机模式与1号内燃机(11)并车带测功机(2)工作；
动力传递路线5：变频电机（7）以电动机模式与2号内燃机(12)并车带测功机工作；
动力传递路线6：1号内燃机(11)和2号内燃机(12)并车带测功机(2)工作；
动力传递路线7：变频电机（7）以电动机模式与1号内燃机(11)和2号内燃机(12)共同带测功机(2)工作；
动力传递路线8：1号内燃机(11)带动变频电机（7）工作；
动力传递路线9：1号内燃机(11)带测功机(2)及变频电机（7）工作；
动力传递路线10：2号内燃机(12)带测功机(2)及变频电机（7）工作；
动力传递路线11：1号内燃机(11)和2号内燃机(12)并车带测功机(2)及变频电机（7）工作。
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