CN104931092A - 一种船舶轴系运动监测装置 - Google Patents

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刘永恒
温小飞
徐韬俊
杜敏
熊雕
胡贤民
袁强
董良雄
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Abstract

一种船舶轴系运动监测装置，用于测量主机转速的转速传感器，安装于距中间轴表面一定距离处；电涡流位移传感器，安装在中间轴中心水平面外侧距轴表面切面一定距离处，用于获取横向位移信号：横向位移X；通过提供一种船舶轴系运动在线监测装置，其是专门针对实时监测船舶轴系的运动状态而研制开发；监测装置通过安装在轴系表面一定距离、易拆装的电涡流位移传感器获取船舶轴系运动状态信号，并最终经过信号采集、储存、处理，显示于PC机上，具有实时性，可分析性，可预测性和后处理性；满足实船在线监测需要，提升船舶主推进装置的运行安全性和可维护性。

Description

一种船舶轴系运动监测装置
技术领域
本发明涉及一种船舶轴系运动监测装置，属于船舶设备领域。
背景技术
船舶轴系是船舶动力装置的重要组成部分，其正常运行与船舶航行安全性密切相关。由于船舶轴系受到主机和螺旋桨激振力的影响，其不可避免地会产生各种振动（含扭转振动、横振和纵振等）；若以位移量进行表征，则可用轴系运动状态参数实现。轴系振动过大会影响其正常运行，甚至会导致严重的主推进系统故障，因此对船舶轴系运动开展在线监测具有十分重要的意义。轴系运动状态参数包括其在X、Y、Z三个方向位移状态参数及其耦合、关联度，偏离正常轴系运动状态的异常表征都会在不同程度上反映轴系或船舶主推进装置的故障问题，包括轴承润滑、过度磨损、轴系不对中、轴系部件裂纹、受力弯曲等问题。船舶轴系运动状态信号中往往包含着大量的故障诊断信息，对船舶主推进系统的运行安全及故障分析有着极为重要的作用。尤其是船舶艉轴运动状态信息，可用于推测船舶艉轴承的油膜润滑状况，从而进一步掌握艉轴-油膜-艉轴承系统的实际运行状况，为艉轴发热问题提供故障信息与诊断技术。而目前对船舶轴系运行性能检测只局限于新造船和旧船修造后的试航检测，在船舶营运过程中没有任何与轴系运动相关监测系统，目前也没有专门用于船舶轴系运动在线监测装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种船舶轴系运动监测装置。
本发明要解决的问题是目前也没有专门用于船舶轴系运动在线监测装置的不足。
为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：
一种船舶轴系运动监测装置，其包括：用于测量主机转速的转速传感器，安装于距中间轴表面一定距离处；电涡流位移传感器，安装在中间轴中心水平面外侧距轴表面切面一定距离处，用于获取横向位移信号：横向位移X；
电涡流位移传感器安装在中间轴正上方距轴表面切面一定距离处，用于获取垂向位移信号：垂向位移Y；电涡流传感器，安装在刚性联轴器距联轴器端面一定距离处，用于获取纵向位移信号：纵向位移Z；
多通道数据采集盒通过传感器对船舶轴系三向位移信号和速度信号进行采样、保持，并送入A/D转换器变成数字信号，最终通过以太网接口或者RS232、USB等接口送给上位机，固定于机舱稳定空间处；USB接口7、数据采集盒与PC机相连的数据传输接口；
PC机（电脑）、集数据记录和存储模块、数据处理模块、数据显示与一体，固定安装于机舱集控室。
所述船舶轴系运动在线监测装置用于监测船舶轴系包括在空间X（横向）、Y（垂向）、Z（纵向）三个方向的船舶轴系运动状态信号，所测船舶轴系运动状态信号处于同一平面上，并在轴线上合理地布置四个监测面，构成一套船舶轴系运动在线监测装置。
包括转速传感器用于实时测量记录主机转速。
所述电涡流位移传感器用于监测船舶轴系运动状态信号，将船舶轴系运动产生的位移信号转换成电信号。
所述软件部分主要用于储存、分析、处理船舶轴系运动状态数据，得到各船舶轴系运动状态参数在特定转速下的频谱分析图、时域分析图以及轴心轨迹图。
所述电脑位于机舱集控室，数据采集盒固定于机舱稳定空间处，传感器安装于距轴系表面指定距离处，三者之间通过数据线相连，构成一套船舶轴系运动在线监测装置。
本发明的优点：通过提供一种船舶轴系运动在线监测装置，其是专门针对实时监测船舶轴系的运动状态而研制开发；监测装置通过安装在轴系表面一定距离、易拆装的电涡流位移传感器获取船舶轴系运动状态信号，并最终经过信号采集、储存、处理，显示于PC机上，具有实时性，可分析性，可预测性和后处理性；满足实船在线监测需要，提升船舶主推进装置的运行安全性和可维护性。
附图说明
图1为本发明一种船舶轴系运动监测装置的结构示意图；
图2为本发明一种船舶轴系运动监测装置结构简图；
图3为本发明一种船舶轴系运动监测装置横向位移传感器、垂向位移传感器和纵向位移传感器安装示意图；
图4为本发明一种船舶轴系运动监测装置转速传感器安装示意图；
图5为本发明一种船舶轴系运动监测装置数据采集盒机构示意图；
图6为本发明一种船舶轴系运动监测装置数据采集盒原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
一种船舶轴系运动监测装置，其包括：
用于测量主机转速的转速传感器，安装于距中间轴表面一定距离处；
电涡流位移传感器，安装在中间轴中心水平面外侧距轴表面切面一定距离处，用于获取横向位移信号：横向位移X；
电涡流位移传感器，安装在中间轴正上方距轴表面切面一定距离处，用于获取垂向位移信号：垂向位移Y；
电涡流传感器，安装在刚性联轴器距联轴器端面一定距离处，用于获取纵向位移信号：纵向位移Z；
多通道数据采集盒，通过传感器对船舶轴系三向位移信号和速度信号进行采样、保持，并送入A/D转换器变成数字信号，最终通过以太网http://baike.baidu.com/view/848.htm接口或者RS232、USB等接口送给上位机，固定于机舱稳定空间处；
USB接口7，数据采集盒与PC机相连的数据传输接口；
PC机（电脑），集数据记录和存储模块、数据处理模块、数据显示与一体，固定安装于机舱集控室；
本实施例中，船舶轴系的结构简图如图2所示，包括中间轴、刚性联轴器、可拆联轴器、艉轴、螺旋桨、齿轮箱、主机等；
本实施例中，横向位移传感器、垂向位移传感器和纵向位移传感器的安装示意图如图3所示，横向位移传感器和垂向位移传感器处于同一平面A上，纵向位移传感器安装于平面附近，所得纵向位移信号可近似作为平面A纵向位移信号；各传感器可拆装换新；
本实施例中，转速传感器安装示意图如图4所示，安装于中间轴正下方距轴表面切面一定距离上，用于实时监测主机转速；
本实施例提供的船舶轴系运动在线监测系统通过对船舶轴系三向位移信号和速度信号进行实时采集、储存、分析和显示，可实现对船舶轴系运动状态的实时监控。软件部分用于获取船舶轴系运动状态参数在特定转速下的频谱分析图、时域分析图以及轴心轨迹图，并可根据需要，导出测试数据，对其进行进一步的处理。
包括以下步骤：
步骤一：在待测轴轴线的横向方向选取四个横向监测点，在垂直于待测轴轴线的垂向方向上表面选取四个垂向监测点，每一个横向监测点与每一个垂向监测点均在一个平面上；在待测轴的轴向方向端面上选取一个纵向监测点，在垂直于待测轴轴线的径向方向选取一个转速监测点。
将横向位移传感器（X方向）固定设置在距离待测轴表面一定距离处的横向监测点；将垂向位移传感器（Y方向）固定设置在距离待测轴上表面一定距离处的垂向监测点；将纵向位移传感器（Z方向）固定设置在距离待测轴一定距离处的纵向监测点；将转速传感器固定设置在距离待测轴一定距离处的转速监测点。
步骤二：初始化，在PC终端处理器中设置系统参数，设置电涡流位移传感器的灵敏度。
步骤三：轴系初始状态检测，通过手动或者其他方式对船舶主推进系统进行盘车，不少于2圈，检测、显示和记录轴系初始状态。
步骤四：待测轴转动使得待测轴轴线产生运动，固定在待测轴表面上的电涡流位移传感器将位移信号转化为电信号，并将电信号传送至NI USB-6212信号采集卡中。
步骤五：所述NI USB-6212信号采集卡对接收到的电压信号，通过放大器使信号电压升高，然后通过A/D转换器将模拟信号处理为二进制数字信号，最后经TTL电平模块的I/O端口将二进制数字信号通过USB接口传输至PC终端处理器。
步骤六：PC终端处理器利用接收到的二进制数字信号数据以及初始化设置的系统数据进行数据分析，得到各船舶轴系运动状态参数在特定转速下的频谱分析图、时域分析图以及轴心轨迹图。

Claims (6)

1.一种船舶轴系运动监测装置，其包括：用于测量主机转速的转速传感器，安装于距中间轴表面一定距离处；电涡流位移传感器，安装在中间轴中心水平面外侧距轴表面切面一定距离处，用于获取横向位移信号：横向位移X；
电涡流位移传感器安装在中间轴正上方距轴表面切面一定距离处，用于获取垂向位移信号：垂向位移Y；电涡流传感器，安装在刚性联轴器距联轴器端面一定距离处，用于获取纵向位移信号：纵向位移Z；
多通道数据采集盒通过传感器对船舶轴系三向位移信号和速度信号进行采样、保持，并送入A/D转换器变成数字信号，最终通过以太网接口或者RS232、USB等接口送给上位机，固定于机舱稳定空间处；USB接口、数据采集盒与PC机相连的数据传输接口；
PC机（电脑）、集数据记录和存储模块、数据处理模块、数据显示与一体，固定安装于机舱集控室。
2.根据权利要求1所述的一种船舶轴系运动监测装置，其特征在于：所述船舶轴系运动在线监测装置用于监测船舶轴系包括在空间X（横向）、Y（垂向）、Z（纵向）三个方向的船舶轴系运动状态信号，所测船舶轴系运动状态信号处于同一平面上，并在轴线上合理地布置四个监测面，构成一套船舶轴系运动在线监测装置。
3.根据权利要求1所述的一种船舶轴系运动监测装置, 其特征在于：包括转速传感器用于实时测量记录主机转速。
4.根据权利要求1所述的一种船舶轴系运动监测装置, 其特征在于：所述电涡流位移传感器用于监测船舶轴系运动状态信号，将船舶轴系运动产生的位移信号转换成电信号。
5.根据权利要求1或6所述的一种船舶轴系运动监测装置, 其特征在于：所述软件部分主要用于储存、分析、处理船舶轴系运动状态数据，得到各船舶轴系运动状态参数在特定转速下的频谱分析图、时域分析图以及轴心轨迹图。
6.根据权利要求1所述的一种船舶轴系运动监测装置, 其特征在于：所述电脑位于机舱集控室，数据采集盒固定于机舱稳定空间处，传感器安装于距轴系表面指定距离处，三者之间通过数据线相连，构成一套船舶轴系运动在线监测装置。
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