CN105526893B - 船舶推进及动力设备大型隔振系统对中监测装置 - Google Patents

船舶推进及动力设备大型隔振系统对中监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种船舶推进及动力设备大型隔振系统对中监测装置，在推进及动力设备大型隔振装置筏架与艇体之间安了7个垂向位移传感器、3个横向位移传感器、2个纵向位移传感器及转速、温度传感器；控制器单元内部集成有可编程控制器、A/D模块、通讯模块、电源模块等；通讯模块有PC机通讯接口。面板上集成有触摸显示屏、指示灯及开关等。所有传感器与A/D模块相连，A/D模块将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，可编程控制器解算出运行状态下推进主机对中状态及筏架姿态，并在触摸显示屏上显示。本发明实时性好、测量精度高、使用便捷、智能化程度高，可用于实现船舶推进及动力设备大型隔振装置对中状态及筏架姿态实时高精度监测。

Description

船舶推进及动力设备大型隔振系统对中监测装置
技术领域
本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种船舶推进及动力设备大型隔振系统对中监测装置。
背景技术
船舶推进及动力设备大型隔振系统可对推进主机及其它多台动力设备实施集成化高效隔振，可以在获得高效隔振效果的同时，降低隔振装置重量、空间占用，克服传统船舶分散隔振系统隔振效果不均衡，容易造成“隔振效果短板”的问题。船舶推进及动力设备大型隔振系统的承载重量可以高达数百吨，目前该技术已成为船舶动力设备减振降噪领域新的发展方向。
船舶推进及动力设备采用大型隔振系统隔振后，面临两个方面的问题：推进主机如何保持与轴系的良好对中状态以确保轴系及推进主机的工作安全性；动力设备附属管路位移如何控制以确保管路系统工作的安全性。因此，工程上迫切需要一种实时对中监测装置，该装置既能够监测推进主机对中状态，同时又能够对隔振系统筏架进行姿态监测，以确保动力设备附属管路位移在允许范围内。
现有的产品如激光对中仪、百分表等均无法在线监测推进主机对中及筏架姿态。CN101813152公开了一种智能气囊隔振装置，通过7个位移传感器实现结构外形尺寸相对较小的推进电机类旋转机械对中监测，但该装置不能解决大型筏架结构弹性变形影响引起的对中测量误差问题，且由于测点较少也无法监测大型筏架的姿态，因此，不适用于推进及动力设备大型隔振系统对中监测。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，旨在提供一种通过多个位移传感器测量大型隔振装置筏架不同测点相对基座的位移变化信息，然后将不同测点位移变化信息进行融合，解算出推进主机对中状态及筏架姿态的船舶推进及动力设备大型隔振系统对中监测装置。
本发明目的的实现方式为，船舶推进及动力设备大型隔振系统对中监测装置，在推进及动力设备大型隔振装置筏架与艇体之间安装了7个垂向位移传感器、3个横向位移传感器、2个纵向位移传感器及转速传感器、温度传感器；
控制器单元内部集成有可编程控制器、A/D模块、通讯模块、电源模块、蜂鸣器；控制器单元的面板上集成安装有触摸显示屏、电源工作指示灯、对中状态指示灯、故障状态指示灯及控制器单元开关；
所有传感器与A/D模块相连，A/D模块将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，可编程控制器解算出运行状态下推进主机对中状态数据及筏架姿态，并在触摸显示屏上显示；电源模块给系统供电，蜂鸣器在系统出现故障时发出报警提示音，通讯模块有PC机通讯接口。
本发明的位移传感器用于测量筏架相对基座不同方向的位移变化信息，转速传感器用于测量推进主机的输出轴转速，温度传感器用于测量装置的工作环境温度，控制器单元高速采集各路传感器的测量信号并对信号进行预处理，然后解算出筏架的姿态及推进主机对中状态，同时能够对装置的工作状态进行监控并具备故障自诊断功能。转速信号传输至控制器单元，用于主机对中信号处理。
本发明的技术效果如下：
1、通过多个位移传感器测量筏架不同位置相对基座的三向位移变化，然后将各测点位移变化信息融合，融合后的位移传感器信息可以反映筏架结构弹性变形影响，并用于解算推进及动力设备大型隔振系统的筏架姿态、主机对中状态，位移传感器可以长时间连续工作，实时性高、测量精度高；
2、采用转速传感器测量推进主机输出轴转速，转速信号传输至控制器单元内的可编程控制器，然后根据转速信号对实时对中状态数据进行处理，有效降低了由于联轴器刚度不均匀性等因素导致的对中状态波动，可以提供设备运行状态下推进主机平稳对中状态数据，便于操作人员观察大型隔振系统的对中状态、筏架姿态数据；
3、控制器单元内的可编程控制器可以实时采集装置中各路传感器的信息，内置的常用软件负责对传感器信息进行数字滤波等预处理，然后对传感器信息进行融合，分析筏架结构弹性变形影响并解算出筏架姿态、对中状态，还具备故障自诊断功能；
4、控制器单元显示屏可以实时显示筏架姿态平衡状态及推进主机对中状态，筏架姿态失去平衡、主机对中状态超标等情况发生时，控制器单元可以给出声、光及文本信息提示，文本信息可以为操作人员提供隔振系统的位移超标部位及超标量，从而可以辅助操作人员进行隔振系统检修。
综上所述，本发明实时性好、测量精度高、使用便捷、智能化程度高，可以对推进及动力设备大型隔振系统实施筏架姿态、对中状态监测，填补了大型隔振装置技术领域对中监测技术空白。
附图说明
图1为本发明的结构原理图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的电路结构图；
图4为本发明的位移传感器测点布置示意图；
图5为本发明的控制器单元结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
参照图1、2、4，本发明在推进及动力设备大型隔振装置筏架与艇体之间安装了7个垂向位移传感器、3个横向位移传感器、2个纵向位移传感器和转速传感器4、温度传感器6。图2中还有隔振器11、基座12。
本发明的的垂向位移传感器七1-7、横向位移传感器三2-3安装在联轴器7附近，分别用于提供竖直偏移量、水平偏移量解算所需的筏架垂向及水平方向基准位移变化信息，可有效降低大型隔振装置筏架结构弹性变形导致的对中状态解算误差。
转速传感器4安装在联轴器7后，用于测量推进主机8的转速；联轴器7两边安纵向位移传感器一3-1、纵向位移传感器二3-2，纵向位移传感器一3-1、纵向位移传感器二3-2用于监测筏架的纵向位移，同时可以监测水平偏斜角。温度传感器6安装在推进主机8一侧。垂向位移传感器一1-1、垂向位移传感器二1-2安装于船体两边远离推进主机8的发电机组一10-1、发电机组二10-2侧，垂向位移传感器五1-5、垂向位移传感器六1-6安装于船体两边靠推进主机8侧，垂向位移传感器三1-3、垂向位移传感器四1-4安装于船体两边靠辅助机械一9-1、辅助机械二9-2侧。横向位移传感器一2-1安装于垂向位移传感器二1-2附近，横向位移传感器二2-2安装于垂向位移传感器六1-6附近。
本发明的垂向位移传感器一1-1、垂向位移传感器二1-2、垂向位移传感器三1-3、垂向位移传感器四1-4、垂向位移传感器五1-5、垂向位移传感器六1-6、垂向位移传感器七1-7测量筏架相对基座的垂向位移变化，其中垂向位移传感器一、二、五、六用于监测筏架姿态以及竖直偏斜角、自转角。垂向位移传感器一、二、五、六布置进行了冗余设计，可确保其中任意一个传感器出现故障时不影响装置正常的监测功能，垂向位移传感器三1-3、垂向位移传感器四1-4用于监测筏架弹性变形影响，可编程控制器5-1根据筏架弹性变形监测结果，实时修正筏架姿态及对中状态测量值。
横向位移传感器一2-1、横向位移传感器二2-2、横向位移传感器三2-3测量筏架相对基座的横向位移变化。其中的横向位移传感器一、二用于监测水平偏斜角，纵向位移传感器一3-1、纵向位移传感器二3-2用于监测筏架的纵向位移测量值与横向位移传感器一、二测得的水平偏斜角进行平均，可以提高水平偏斜角测量精度。通过增大横向位移传感器一、二的纵向安装间距有效降低了传感器测量误差对水平偏斜角测量精度的影响。
本发明通过三个安装方向的位移传感器可以监测筏架的三向位移信息，所有位移传感器测量信号经过A/D模块5-2转换为数字信号后，传输至可编程控制器5-1，可编程控制器5-1内置软件对传感器信号进行融合，并解算出推进主机的实时对中状态及筏架姿态，可监测的对中状态分量包括水平偏斜角、水平偏移量、竖直偏斜角、竖直偏移量、自转角。
本发明的温度传感器6用于测量装置的工作环境温度，环境温度信息传输至可编程控制器5-1，可编程控制器5-1根据环境温度信息对位移传感器测量值进行温度漂移误差修正，可以减小传感器温度漂移误差导致的对中状态、筏架姿态测量误差。
本发明的转速传感器4用于测量推进主机的输出轴转速，转速信号传输至可编程控制器5-1，可编程控制器5-1根据实时对中状态信息的随转速周期变化特性，对各实时对中状态分量进行滤波处理，有效抑制了由于联轴器刚度不均性等因素导致的对中状态信号波动，使得装置输出平稳对中状态信息。
参照图2、3、4、5，控制器单元5内部集成有可编程控制器5-1(CPUSFB10)、A/D模块5-2(A500D01)、通讯模块5-4(CP50TX10)、电源模块5-5(PS307)、蜂鸣器5-9。控制器单元5的面板上集成安装有触摸显示屏5-3(TP10AC500)、电源工作指示灯5-5、对中状态指示灯5-6、故障状态指示灯5-7、控制器单元开关5-8、PC机通讯接口U(Y27F-16102KBM-B)。
所有传感器与A/D模块5-2相连，可编程控制器5-1对传感器信号的数据处理以及对中状态、筏架姿态的解算；A/D模块5-2将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，即运行状态下推进主机平稳对中状态数据，并在触摸显示屏5-3上显示，并提供图形化的人机交互功能；电源模块5-5给系统供电，蜂鸣器5-9在系统出现故障时发出报警提示音，通讯模块5-4有PC机通讯接口。
电源工作指示灯5-5为白色灯，当灯亮时表示外部供电电源工作正常；对中状态指示灯5-6为绿色灯，当该灯亮时表示对中状态在允许范围内；故障状态指示灯5-7为红色灯，当该灯亮时表示系统部分元件存在故障或推进主机对中状态超标或筏架姿态平衡精度超标。
本发明的工作原理为：
本发明在推进及动力设备大型隔振装置筏架与艇体之间安装了12个位移传感器，可以分别测量筏架不同测点相对基座的三向位移信息，可编程控制器首先经由A/D模块5-2高速采集传感器测量信息，并根据温度传感器6的测量数据对传感器测量信息进行温度漂移误差修正，然后将修正后的传感器测量信息进行融合并解算出推进主机对中状态及筏架姿态，触摸显示屏5-3用于显示对中状态、筏架姿态等系统工作状态数据，并具备图形化的人机交互功能，对中状态指示灯5-6、故障状态指示灯5-7、蜂鸣器5-9可提供更为直接的系统工作状态信息便于操作人员使用及维护。
本发明具有对推进及动力设备大型隔振系统进行实时高精度对中监测的功能，系统安装、调试后即可长期自主运行，不需要人员操作，具有实时性好、测量精度高、使用便捷、智能化程度高等优点，非常适用于船舶推进及动力设备大型隔振系统的对中状态及筏架姿态监测。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.船舶推进及动力设备大型隔振系统对中监测装置，其特征在于：在推进及动力设备大型隔振装置筏架与艇体之间安装了7个垂向位移传感器、3个横向位移传感器、2个纵向位移传感器及转速传感器、温度传感器；
垂向位移传感器七(1-7)、横向位移传感器三(2-3)安装在联轴器(7)附近，分别用于提供竖直偏移量、水平偏移量解算所需的筏架垂向及水平方向基准位移变化信息；
转速传感器(4)安装在联轴器(7)后；联轴器(7)两边安装纵向位移传感器一(3-1)、纵向位移传感器二(3-2)，纵向位移传感器一(3-1)、纵向位移传感二(3-2)用于监测筏架的纵向位移，同时监测水平偏斜角；
控制器单元内部集成有可编程控制器、A/D模块、通讯模块、电源模块、蜂鸣器；控制器单元的面板上集成安装有触摸显示屏、电源工作指示灯、对中状态指示灯、故障状态指示灯及控制器单元开关；
所有传感器与A/D模块相连，A/D模块将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，可编程控制器解算出运行状态下推进主机对中状态数据及筏架姿态，并在触摸显示屏上显示；电源模块给系统供电，蜂鸣器在系统出现故障时发出报警提示音，通讯模块有PC机通讯接口。
2.根据权利要求1所述的船舶推进及动力设备大型隔振系统对中监测装置，其特征在于：温度传感器(6)安装在推进主机(8)一侧；垂向位移传感器一(1-1)、垂向位移传感器二(1-2)安装于船体两边远离推进主机(8)的发电机组一(10-1)、发电机组二(10-2)侧；垂向位移传感器五(1-5)、垂向位移传感器六(1-6)安装于船体两边靠推进主机(8)侧。
3.根据权利要求1所述的船舶推进及动力设备大型隔振系统对中监测装置，其特征在于：垂向位移传感器三(1-3)、垂向位移传感器四(1-4)安装于船体两边靠辅助机械一(9-1)、辅助机械二(9-2)侧；横向位移传感器一(2-1)安装于垂向位移传感器二(1-2)附近，横向位移传感器二(2-2)安装于垂向位移传感器六(1-6)附近。
4.根据权利要求1所述的船舶推进及动力设备大型隔振系统对中监测装置，其特征在于垂向位移传感器一(1-1)、垂向位移传感器二(1-2)、垂向位移传感器五(1-5)、垂向位移传感器六(1-6)布置进行了冗余设计。
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