CN106122369B - 一种用于柴油机二次力矩补偿的电动装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于柴油机二次力矩补偿的电动装置，包括二次力矩补偿装置本体、控制箱、转速传感器、滑油压力传感器和轴承温度传感器；其中，二次力矩补偿装置本体用以产生与柴油机二次不平衡惯性力矩大小相等、方向相反的力矩，以起到补偿及平衡的作用，控制箱用以控制该二次力矩补偿装置本体进入或退出工作状态，转速传感器对该柴油机的转速以及转向进行测量并将所测得的信号传输给控制箱；柴油机开始运转后，转速传感器对柴油机转速以及转向进行测量，当柴油机转速进入转速设定范围时，控制箱供电给二次力矩补偿装置本体开始运行，所述电动装置进入工作状态，当柴油机转速离开转速设定范围时，控制箱切断供电，所述电动装置退出工作状态，停止运行。本发明具有结构简单、成本低、操作方便的优点，能够用于各类柴油机的二次力矩补偿。
Description
技术领域
本发明涉及柴油机，具体涉及一种用于柴油机二次力矩补偿的电动装置，属于柴油机技术领域。
背景技术
柴油机在运转过程中，活塞组件、十字头滑块组件以及连杆小端等部件沿垂直方向上的往复运动会产生往复惯性力，连杆大端以及曲柄等部件绕曲轴中心的回转运动会产生离心力。通常情况下，由于多缸机各曲柄间的夹角以及各缸运动部件的质量相等，因此往复惯性力与离心力的合力能够达到内部平衡，但是惯性力矩无法达到平衡。对于大型低速二冲程柴油机而言，由于冲程较长，往复以及回转质量较大，存在着较大的一次和二次不平衡惯性力矩，特别是二次不平衡惯性力矩，由于数值较高，补偿困难，是导致安装主机，如船舶船体剧烈振动的主要因素。
为了控制二次不平衡惯性力矩带来的振动，目前较为常见的做法是在柴油机上安装二次力矩补偿装置，即由柴油机曲轴驱动偏心块，产生与二次不平衡惯性力矩大小相等、方向相反的力矩，从而起到补偿及平衡的作用。根据偏心块的安装位置及数量的不同，分为：安装在柴油机后端，通过主传动装置传动；安装在柴油机前端，通过分传动装置传动；安装在柴油机前、后端，通过主传动装置及分传动装置传动。该做法虽然简单，但存在以下缺点：
缺点1.不仅需要增加一整套传动装置，如链轮、链条及其张紧机构等，而且柴油机曲轴、机座以及机架等相关零部件上还要预留出传动空间，导致柴油机结构复杂，成本增加较多；
缺点2.需要定期维修，特别是传动装置的维护成本增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于柴油机二次力矩补偿的电动装置，安装在柴油机前、后端，在柴油机运行过程中，通过电动机驱动偏心块旋转，产生与柴油机二次不平衡惯性力矩大小相等、方向相反的力矩，从而起到补偿及平衡的作用。
基于上述目的，本发明解决其技术问题采取的技术方案如下：
一种用于柴油机二次力矩补偿的电动装置，其特征在于：所述电动装置包括二次力矩补偿装置本体、控制箱、转速传感器、滑油压力传感器和轴承温度传感器；
所述二次力矩补偿装置本体固定安装在所述柴油机的前端和后端，用以产生与柴油机二次不平衡惯性力矩大小相等、方向相反的力矩，以起到补偿及平衡的作用；
所述控制箱与所述二次力矩补偿装置本体连接，用以控制该二次力矩补偿装置本体进入或退出工作状态；
所述转速传感器安装在所述柴油机后端的飞轮附近并与所述控制箱连接，对该柴油机的转速以及转向进行测量并将所测得的柴油机转速以及转向信号传输给该控制箱；
所述滑油压力传感器安装在为所述二次力矩补偿装置本体提供滑油的管路上并与所述控制箱连接，用于对滑油压力进行测量并将所测得的滑油压力信号传输给该控制箱；
所述轴承温度传感器安装在所述二次力矩补偿装置本体内并与所述控制箱连接，对轴承的温度进行测量并将所测得的轴承温度信号传输给该控制箱；
所述柴油机开始运转后，所述转速传感器将所测得的柴油机转速以及转向信号传输给所述控制箱，当柴油机转速达到转速设定范围的下限时，所述控制箱供电给所述二次力矩补偿装置本体开始运行，所述电动装置进入工作状态，当柴油机转速达到转速设定范围的上限时,所述控制箱切断供电，所述电动装置退出工作状态，停止运行。
作为进一步改进，所述的控制箱分别与船舶监测报警系统和船舶馈电屏连接，该船舶监测报警系统对所述用于柴油机二次力矩补偿的电动装置的运行状况进行监测，当出现故障时进行报警，该船舶馈电屏为所述电动装置提供电源。
作为进一步改进，所述的控制箱对所述滑油压力信号和轴承温度信号的数据进行实时监测，当该数据出现异常时，该控制箱向所述船舶监测报警系统发出信号，然后由该船舶监测报警系统发出报警。
作为进一步改进，所述的控制箱内部元件的工作状态出现异常时，所述控制箱向所述船舶监测报警系统发出信号，然后由该船舶监测报警系统发出报警。
作为进一步改进，所述的二次力矩补偿装置本体包括驱动齿轮、电动机、第一从动齿轮、第二从动齿轮、第一偏心块和第二偏心块；
所述电动机固定安装在所述二次力矩补偿装置本体的框架上，所述第一从动齿轮和第二从动齿轮分别通过轴瓦和轴承安装在所述二次力矩补偿装置本体的框架上；
所述驱动齿轮固定在所述电动机的驱动轴上并受该电动机的驱动而旋转，所述第一从动齿轮与所述驱动齿轮相啮合，所述第二从动齿轮与所述第一从动齿轮相啮合，该驱动齿轮依次驱动所述第一从动齿轮和第二从动齿轮进行转动，该第二从动齿轮的旋转方向与所述第一从动齿轮的旋转方向相反；
所述第一偏心块固定在所述第一从动齿轮上且随着该第一从动齿轮一起转动，所述第二偏心块固定在所述第二从动齿轮上且随着该第二从动齿轮一起转动，该第一偏心块与第二偏心块的质量相等且转向相反。
作为进一步改进，所述的第一从动齿轮的齿数与所述第二从动齿轮的齿数相同。
作为进一步改进，通过控制所述电动机的转速以及所述驱动齿轮与第一从动齿轮的传动比，使得所述第一偏心块和第二偏心块的转速始终为所述柴油机转速的两倍。
作为进一步改进，所述的控制箱包括控制模块、驱动模块、人机交互界面、保护开关、接触器和电源模块；
所述控制模块连接所述转速传感器、滑油压力传感器和轴承温度传感器，所述驱动模块与所述控制模块连接，用以为所述控制箱供电，所述人机交互界面与所述控制模块连接，用于参数设置以及信息显示，所述保护开关连接所述驱动模块，为所述控制箱内的各电气元件提供电气保护，所述接触器分别连接所述控制箱、驱动模块和控制模块，用于对所述驱动模块与控制箱之间的电源通断进行控制，所述电源模块分别连接所述人机交互界面、保护开关和控制模块，该电源模块内部集成整流功能，将交流电转换为直流电，供所述人机交互界面以及控制模块使用；
所述控制模块接收来自所述转速传感器的信号，用以控制所述二次力矩补偿装置本体的起动及停止，同时接收来自所述滑油压力传感器的信号，对滑油压力进行监测，接收来自所述轴承温度传感器的信号，对轴承温度进行监测，与此同时，所述控制模块还接收来自所述电源模块和驱动模块的信号，对该电源模块和驱动模块的运行状态进行监测。
作为进一步改进，所述的控制模块连接所述船舶监测报警系统，当所述滑油压力、轴承温度、电源模块或驱动模块的数据出现异常时，该控制模块向所述船舶监测报警系统发出信号，然后由该船舶监测报警系统发出报警。
与常见的二次力矩补偿装置相比较，本发明所述的用于柴油机二次力矩补偿的电动装置采用电力驱动，而不再需要在柴油机曲轴、机座以及机架等相关零部件上为机械传动装置预留安装和传动空间，因而结构简单、成本更低；另外由于取消了一整套链轮、链条及其张紧机构等机械传动装置，因此维修保养更加方便；同时由于采用了电子控制，所以操作更加简单方便。
附图说明
图1是本发明的系统结构图。
图2是二次力矩补偿装置本体的结构图。
图3是控制箱的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步阐述，但不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提出了一种用于柴油机二次力矩补偿的电动装置，请参阅图1，所述用于柴油机二次力矩补偿的电动装置1包括二次力矩补偿装置本体4、控制箱6、转速传感器10、滑油压力传感器11和轴承温度传感器12。
所述转速传感器10安装在柴油机后端的飞轮附近，对柴油机的转速以及转向进行测量，通过信号电缆9与所述控制箱6连接并将所测得的柴油机的转速以及转向信号传输给所述控制箱6。所述滑油压力传感器11安装在为二次力矩补偿装置本体4提供滑油的管路上，用于对滑油压力进行测量，通过信号电缆9与所述控制箱6连接并将所测得的滑油压力信号传输给所述控制箱6。所述轴承温度传感器12安装在二次力矩补偿装置本体4内的轴承15和轴承18处，对该轴承15和轴承18的温度进行测量；该轴承温度传感器12通过信号电缆9与所述控制箱6连接并将所测得的轴承温度信号传输给所述控制箱6。
所述二次力矩补偿装置本体4通过螺栓固定安装在柴油机的前端和后端，用以产生与柴油机二次不平衡惯性力矩大小相等、方向相反的力矩，以起到补偿及平衡的作用；该二次力矩补偿装置本体4通过电力电缆5与所述控制箱6连接。
所述控制箱6通过螺栓固定安装在机舱内，用以控制所述二次力矩补偿装置本体4进入或退出工作状态。
所述控制箱6通过信号电缆7与船舶监测报警系统2连接，该船舶监测报警系统2可对用于柴油机二次力矩补偿的电动装置1的运行状况进行监测，当出现故障时进行报警。所述控制箱6通过电力电缆8与船舶馈电屏3连接，该船舶馈电屏3为所述用于柴油机二次力矩补偿的电动装置1提供电源。
再请参阅图2二次力矩补偿装置本体4的结构图，图示二次力矩补偿装置本体4包括驱动齿轮13、电动机14、第一从动齿轮17、第二从动齿轮20、第一偏心块21和第二偏心块22。
所述电动机14通过螺栓固定安装在所述二次力矩补偿装置本体4的框架上，所述驱动齿轮13通过螺栓固定安装在该电动机14的驱动轴上。一轴承15通过螺栓固定安装在所述二次力矩补偿装置本体4的框架上，一轴瓦16安装于所述第一从动齿轮17与轴承15之间，所述第一从动齿轮17通过所述轴瓦16和轴承15安装在所述二次力矩补偿装置本体4的框架上。一轴承18通过螺栓固定安装在所述二次力矩补偿装置本体4的框架上，一轴瓦19安装于所述第二从动齿轮20与轴承18之间，所述第二从动齿轮20通过所述轴瓦19和轴承18安装在所述二次力矩补偿装置本体4的框架上。
所述第一从动齿轮17与驱动齿轮13相啮合，受所述电动机14的驱动而旋转。所述第二从动齿轮20与所述第一从动齿轮17相啮合，齿数与该第一从动齿轮17的齿数相同，而旋转方向则与该第一从动齿轮17的转向相反。
所述第一偏心块21通过螺栓固定安装在所述第一从动齿轮17上，并且随着该第一从动齿轮17一起转动，所述第二偏心块22通过螺栓固定安装在所述第二从动齿轮20上，并且随着该第二从动齿轮20一起转动。所述第一偏心块21与第二偏心块22的质量相等且转向相反。
在所述用于柴油机二次力矩补偿的电动装置1的运行过程中，控制箱6向二次力矩补偿装置本体4的电动机14供电，电动机14带动驱动齿轮13一起转动，由于驱动齿轮13依次与第一从动齿轮17和第二从动齿轮20相啮合，则在驱动齿轮13的带动下，第一从动齿轮17以及安装在其上面的第一偏心块21和第二从动齿轮20以及安装在其上面的第二偏心块22随着一起转动。
通过控制电动机14的转速以及驱动齿轮13与第一从动齿轮17的传动比，使得第一偏心块21和第二偏心块22的转速始终为柴油机转速的两倍。由于第一偏心块21与第二偏心块22的质量相等且转向相反，其回转惯性力的水平方向分量相互抵消，只剩下回转惯性力的垂直方向分量。在第一偏心块21和第二偏心块22的作用下，产生与柴油机二次不平衡惯性力矩大小相等、方向相反的平衡力矩，从而对柴油机的二次不平衡惯性力矩起到补偿及平衡的作用。
再请参阅图3控制箱的结构图，图示控制箱6包括控制模块32、驱动模块36、人机交互界面23(HMI)、保护开关29、接触器38、电源模块26和接线端子31。
所述驱动模块36通过信号电缆35与所述控制模块32连接，该驱动模块36主要由变频器以及制动电阻构成，用以为所述电动机14供电并且控制该电动机14的转速。
所述人机交互界面23，即HMI，通过信号电缆40与所述控制模块32连接，用于参数设置以及信息显示。
所述保护开关29为控制箱6内的各电气元件提供电气保护，通过电力电缆28连接驱动模块36。
所述接触器38连接所述电动机14，用于对所述驱动模块36与电动机14之间的电源通断进行控制，其通过电力电缆37连接所述驱动模块36同时通过信号电缆34连接所述控制模块32。
所述接线端子31供控制箱6内各电气元件与外部接线用，其通过电力电缆30连接所述保护开关29，并且通过电力电缆39连接所述接触器38，同时通过信号电缆33连接所述控制模块32。
所述电源模块26内部集成整流功能，将交流电转换为直流电，供所述人机交互界面23以及控制模块32使用；该电源模块26通过电力电缆24连接人机交互界面23，通过电力电缆27连接所述保护开关29，并且同时通过电力电缆25和信号电缆41连接所述控制模块32。
所述控制模块32连接所述转速传感器10、滑油压力传感器11、轴承温度传感器12和船舶监测报警系统2。
所述控制模块32接收来自所述转速传感器10的信号，用以控制所述二次力矩补偿装置本体4的起动及停止；同时还接收来自所述滑油压力传感器11的信号，对滑油压力进行监测；接收来自所述轴承温度传感器12的信号，对轴承温度进行监测。与此同时，所述控制模块32还接收来自所述电源模块26和驱动模块36的信号，对该电源模块26和驱动模块36的运行状态进行监测；当出现异常时，向所述船舶监测报警系统2发出信号，由该船舶监测报警系统2发出报警。
本发明的工作原理如下：
柴油机起动并开始运转后，转速传感器10开始对柴油机转速以及转向进行测量，信号送至控制模块32并由控制模块32进行监测；当柴油机转速达到转速设定范围的下限时，控制模块32送出起动信号至驱动模块36，由驱动模块36驱动电动机14起动并运行，从而控制箱6供电给二次力矩补偿装置本体4开始运行，并且驱动模块36的变频器通过控制输出电源的频率来控制电动机14的转速，此时所述用于柴油机二次力矩补偿的电动装置1进入工作状态；当柴油机转速达到转速设定范围的上限时，控制模块32发出停止信号至驱动模块36，在驱动模块36的制动电阻的作用下电动机14逐步停止工作，从而控制箱6切断供电,此时所述用于柴油机二次力矩补偿的电动装置1退出工作状态，停止运行。所述用于柴油机二次力矩补偿的电动装置1只在一定的柴油机转速范围内工作。
在装置运行过程中，滑油压力传感器11和轴承温度传感器12分别对滑油压力和轴承温度进行实时测量，由控制箱6对测量数据进行实时监测，当出现异常时即刻向船舶监测报警系统2发出信号，由船舶监测报警系统2报警；另外当控制箱6内部元件的工作状态出现异常时，也会向船舶监测报警系统2发出信号，由船舶监测报警系统2报警。
本发明要求的保护范围不仅限于上述实施例，也应包括其他对本发明显而易见的变换和替代方案。
本发明具有结构简单、成本低、操作方便的优点，能够用于各类柴油机的二次力矩补偿，尤其适用于大型低速二冲程柴油机。
Claims (9)
1.一种用于柴油机二次力矩补偿的电动装置，其特征在于：所述电动装置包括二次力矩补偿装置本体、控制箱、转速传感器、滑油压力传感器和轴承温度传感器；
所述二次力矩补偿装置本体固定安装在所述柴油机的前端和后端，用以产生与柴油机二次不平衡惯性力矩大小相等、方向相反的力矩，以起到补偿及平衡的作用；
所述控制箱与所述二次力矩补偿装置本体连接，用以控制该二次力矩补偿装置本体进入或退出工作状态；
所述转速传感器安装在所述柴油机后端的飞轮附近并与所述控制箱连接，对该柴油机的转速以及转向进行测量并将所测得的柴油机转速以及转向信号传输给该控制箱；
所述滑油压力传感器安装在为所述二次力矩补偿装置本体提供滑油的管路上并与所述控制箱连接，用于对滑油压力进行测量并将所测得的滑油压力信号传输给该控制箱；
所述轴承温度传感器安装在所述二次力矩补偿装置本体内并与所述控制箱连接，对轴承的温度进行测量并将所测得的轴承温度信号传输给该控制箱；
所述柴油机开始运转后，所述转速传感器将所测得的柴油机转速以及转向信号传输给所述控制箱，当柴油机转速达到转速设定范围的下限时，所述控制箱供电给所述二次力矩补偿装置本体开始运行，所述电动装置进入工作状态，当柴油机转速达到转速设定范围的上限时,所述控制箱切断供电，所述电动装置退出工作状态，停止运行。
2.根据权利要求1所述的用于柴油机二次力矩补偿的电动装置，其特征在于：所述的控制箱分别与船舶监测报警系统和船舶馈电屏连接，该船舶监测报警系统对所述用于柴油机二次力矩补偿的电动装置的运行状况进行监测，当出现故障时进行报警，该船舶馈电屏为所述电动装置提供电源。
3.根据权利要求2所述的用于柴油机二次力矩补偿的电动装置，其特征在于：所述的控制箱对所述滑油压力信号和轴承温度信号的数据进行实时监测，当该数据出现异常时，该控制箱向所述船舶监测报警系统发出信号，然后由该船舶监测报警系统发出报警。
4.根据权利要求2所述的用于柴油机二次力矩补偿的电动装置，其特征在于：所述的控制箱内部元件的工作状态出现异常时，所述控制箱向所述船舶监测报警系统发出信号，然后由该船舶监测报警系统发出报警。
5.根据权利要求1所述的用于柴油机二次力矩补偿的电动装置，其特征在于：所述的二次力矩补偿装置本体包括驱动齿轮、电动机、第一从动齿轮、第二从动齿轮、第一偏心块和第二偏心块；
所述电动机固定安装在所述二次力矩补偿装置本体的框架上，所述第一从动齿轮和第二从动齿轮分别通过轴瓦和轴承安装在所述二次力矩补偿装置本体的框架上；
所述驱动齿轮固定在所述电动机的驱动轴上并受该电动机的驱动而旋转，所述第一从动齿轮与所述驱动齿轮相啮合，所述第二从动齿轮与所述第一从动齿轮相啮合，该驱动齿轮依次驱动所述第一从动齿轮和第二从动齿轮进行转动，该第二从动齿轮的旋转方向与所述第一从动齿轮的旋转方向相反；
所述第一偏心块固定在所述第一从动齿轮上且随着该第一从动齿轮一起转动，所述第二偏心块固定在所述第二从动齿轮上且随着该第二从动齿轮一起转动，该第一偏心块与第二偏心块的质量相等且转向相反。
6.根据权利要求5所述的用于柴油机二次力矩补偿的电动装置，其特征在于：所述的第一从动齿轮的齿数与所述第二从动齿轮的齿数相同。
7.根据权利要求5所述的用于柴油机二次力矩补偿的电动装置，其特征在于：通过控制所述电动机的转速以及所述驱动齿轮与第一从动齿轮的传动比，使得所述第一偏心块和第二偏心块的转速始终为所述柴油机转速的两倍。
8.根据权利要求2所述的用于柴油机二次力矩补偿的电动装置，其特征在于：所述的控制箱包括控制模块、驱动模块、人机交互界面、保护开关、接触器和电源模块；
所述控制模块连接所述转速传感器、滑油压力传感器和轴承温度传感器，所述驱动模块与所述控制模块连接，用以为所述控制箱供电，所述人机交互界面与所述控制模块连接，用于参数设置以及信息显示，所述保护开关连接所述驱动模块，为所述控制箱内的各电气元件提供电气保护，所述接触器分别连接所述控制箱、驱动模块和控制模块，用于对所述驱动模块与控制箱之间的电源通断进行控制，所述电源模块分别连接所述人机交互界面、保护开关和控制模块，该电源模块内部集成整流功能，将交流电转换为直流电，供所述人机交互界面以及控制模块使用；
所述控制模块接收来自所述转速传感器的信号，用以控制所述二次力矩补偿装置本体的起动及停止，同时接收来自所述滑油压力传感器的信号，对滑油压力进行监测，接收来自所述轴承温度传感器的信号，对轴承温度进行监测，与此同时，所述控制模块还接收来自所述电源模块和驱动模块的信号，对该电源模块和驱动模块的运行状态进行监测。
9.根据权利要求8所述的用于柴油机二次力矩补偿的电动装置，其特征在于：所述的控制模块连接所述船舶监测报警系统，当所述滑油压力、轴承温度、电源模块或驱动模块的数据出现异常时，该控制模块向所述船舶监测报警系统发出信号，然后由该船舶监测报警系统发出报警。
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