CN106596006B - 一种利用艇体轴频振速峰值现场动平衡的桨轴激励响应分离系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用艇体轴频振速峰值现场动平衡的桨轴激励响应分离系统及方法，在轴系的适当位置安装对开式平衡盘作为配重面，以现场动平衡试验来平衡掉推进轴系的不平衡激励，从而得到螺旋桨激励响应。针对舰船尤其是潜艇柔性基础上的悬臂式推进轴系，把振动传感器放到艇壳体内侧面上，以艇壳体表面多点法向轴频振速峰值最大的点作为振动测点，多面多次动平衡试验，动平衡效果更加理想，同时也会改变轴系的惯量，改善轴系的振动特性。本发明是可以在舱内实施，不需要更换水中的螺旋桨，效率高，灵活性强，测试环境要求低，节约试验和时间成本。

Description

一种利用艇体轴频振速峰值现场动平衡的桨轴激励响应分离 系统及方法

技术领域

本发明涉及一种利用艇体轴频振速峰值现场动平衡的桨轴激励响应分离系统及方法。

背景技术

机械噪声和螺旋桨噪声是舰船尤其是潜艇在安静航行下的主要噪声源，此时水动力噪声很小。机械噪声主要的激励源之一是轴系不平衡激励。潜艇的推进轴系，由于轴系细长，螺旋桨较重形成悬臂结构，几何中心和质心不重合，再加上连接件和附加的惯量较多，极易出现转子不平衡现象。螺旋桨噪声主要包括空化噪声和叶片噪声。其来源就是，当螺旋桨处于工作状态时，桨叶片尖上表面受到空化气泡破裂时的冲击，桨叶循环拍击、切割水流，使螺旋桨受到叶频激励。

可见，艇体的振动和辐射噪声是多个激励源共同作用的结果，要想研究轴系的不平衡激励特性和螺旋桨激励特性以及二者分别对艇体尾部辐射噪声的影响，对螺旋桨-轴系运转扰动激励响应的分离是很有必要的。

在工程实践中，分离螺旋桨激励的传统方法是将桨换成等惯量的圆盘，没有桨叶的旋转扰动也就没有螺旋桨激励，从而得到了纯不平衡激励及响应，用实际测得的混合激励响应减去不平衡激励响应，得到螺旋桨激励响应。但是在实艇上，螺旋桨侵没在水中，要更换螺旋桨需要将艇拖进船坞，工作较繁琐且耗时又耗力，增加了试验成本。经文献检索，2012年5月哈尔滨工程大学王志伟在其博士论文《舰船推进器噪声分离方法研究》研究了船体推进器噪声分离方法。文中对船体推进器噪声的分离是通过分析机械噪声和螺旋桨噪声频谱特征和随转速的变化规律，将其从船体混合辐射噪声中分离出来，并没有从激励源角度分离也没有分离轴系不平衡激励所引起的船体辐射噪声。

经查阅关于轴系现场动平衡试验相关文献，发现至今所有检测的振动信号都是轴系振动位移信号，或者是轴承座的振动加速度信号，以此作为动平衡的参考信号和评价标准。但实际上潜艇的整个推进系统都是在一个柔性基础之上，是一个悬臂结构，电涡流传感器的支架只能固定到轴承座的安装基础上，当整个系统发生振动时安装基础也会有一定的振动，使得电涡流测得的轴系横向位移是一个相对位移，并不是绝对的横向振动位移。检测到的振动信号既然不准确，那么动平衡试验自然也不能取得较好的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用艇体轴频振速峰值现场动平衡的桨轴激励响应分离系统及方法，能够准确测试并分离舰船尤其是潜艇尾部辐射噪声响应。

本发明的目的是这样实现的：一种利用艇体轴频振速峰值现场动平衡的桨轴激励响应分离系统，其特征在于：艇壳体内部设置的电机的输出端与设置在艇壳体内的轴系连接，轴系上设置有对开式平衡盘，沿着轴系的轴向贴有一条反光纸，且反光纸与对开式平衡盘的零度在同一水平线上，在艇壳体内表面对称设置有测点，每个测点上均布置有振动传感器，且测点的数量是对开式平衡盘数量的二倍，在艇壳体内还安装有光电传感器且光电传感器位于反光纸下方，所述振动传感器、光电传感器均与数据采集仪连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述对开式平衡盘有两个，测点有四个，对应的振动传感器也有四个。

3.一种利用艇体轴频振速峰值现场动平衡的桨轴激励响应分离方法，其特征在于：

第一步：开机并运行到测试转速，测试艇壳体所有测点的法向轴频振动速度，找出轴频振速峰值相对较大的测点，找出的相对较大的测点数目与平衡盘个数相同，关闭其它峰值较小测点的信号通道，剩余测点测得的轴频振速峰值及相位，以矢量A₀表示；

第二步：停机，选取一定质量的试重M₁，添加在每个平衡盘任意一个螺纹孔处；

第三步：开机运行到测试转速，再次测试艇壳体表面测点的法向轴频振动速度峰值及相位，以矢量A₀₁表示，则需要加的平衡质量Q计算公式为：

第四步：停机，在每个平衡盘上加好对应的平衡质量Q；

第五步：开机运行到测试转速，复测艇壳体测点的轴频振动速度峰值是否达到国家标准，如未达到重复三至五步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明专利提出了一种以艇体表面多个测点中法向轴频振速最大点峰值作为动平衡参考信号，通过现场动平衡试验来分离舰船尾部受到螺旋桨激励和轴系不平衡激励产生的辐射声响应的方法。

本专利提出的一种桨轴激励响应分离方法，不需要将桨更换为等惯量圆盘，而是在轴系的适当位置安装对开式平衡盘作为配重面，以现场动平衡试验来平衡掉推进轴系的不平衡激励，从而得到螺旋桨激励响应，能够分离二者对尾部水下辐射噪声的影响。效率高，灵活性强，测试环境要求低，节约试验和时间成本。

本专利提出的一种桨轴激励响应分离方法，针对舰船柔性基础上的悬臂式推进轴系，摒弃了以轴系横向振动的位移信号及轴承座振动信号作为现场动平衡参考信号，而是把振动传感器放到艇壳体内侧面上，直接测试艇壳体的表面法向振动速度，以轴频振速峰值作为参考信号。

本专利提出的一种桨轴激励响应分离方法，以艇壳体表面多点法向轴频振速最大的点作为振动测点，多面多次动平衡试验，动平衡效果更加理想，同时也会改变轴系的惯量，改善轴系的振动特性。

附图说明

图1是尾部艇体结构及动平衡测试示意图；

图2是本发明中可拆卸对开式平衡盘；

图3是本发明中桨轴激励响应分离方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

动平衡试验采用的是影响系数法。具体试验方案如下：

1、根据试验要求和现场环境设计并加工多个对开式平衡盘，并在适当的位置安装好，使所有的圆盘的0度在同一水平线；

2、在艇壳体内表面多点布置振动传感器，测点数目要比平衡盘数目多1/2以上。在轴系适当位置沿轴向粘贴一条反光纸，并且与平衡盘的0度在同一水平线。在轴系径向靠近反光纸的地方安装光电传感器，传感器与反光纸的距离以采集到的转速信号是否清晰为准。将所有传感器共同接入数据采集仪中；

3、开机运行到测试转速，测试艇壳体所有测点法向轴频振动速度，找出轴频振速峰值相对较大的测点，测点数目与平衡盘个数相同，关闭其它峰值较小测点的信号通道。剩余测点测得的轴频振速峰值及相位，以矢量A₀表示；

4、停机，选取一定质量的试重M₁，添加在每个平衡盘任意一个螺纹孔处；

5、开机运行到测试转速，再次测试艇壳体表面测点的法向轴频振动速度峰值及相位，以矢量A₀₁表示。最终需要加的平衡质量Q计算公式为：

6、停机，在每个平衡盘上加好对应的平衡质量Q；

7、开机运行到测试转速，复测艇壳体测点的轴频振动速度峰值是达到国家标准(GJB4058-00)，否则，重复5～7步骤。

根据试验要求和现场环境要进行双面动平衡试验。设计并加工2个对开式平衡盘4，具体结构如图2所示。在轴系1适当的位置安装好，使所有的圆盘的0度在同一水平线；

在艇壳体7内表面布置4个测点A1、A2、A3、A4，分别放置振动传感器2，测点数目是平衡盘数目的2倍。在轴系1适当位置沿轴向粘贴一条反光纸6，并且与平衡盘的0度在同一水平线。在轴系1径向靠近反光纸的地方安装光电传感器5，传感器与反光纸的距离以采集到的转速信号是否清晰为准。将所有传感器共同接入数据采集仪3中；

开机运行到测试转速，测试艇壳体7所有测点A1、A2、A3、A4法向轴频振动速度，找出轴频振速峰值相对较大的测点A1、A2，测点数目与平衡盘个数相同，关闭其它峰值较小测点A3、A4的信号通道。测点A1、A2测得的轴频振速峰值及相位，以矢量A₀表示；

停机，选取一定质量的试重M₁，添加在每个平衡盘4任意一个螺纹孔处；

开机运行到测试转速，再次测试艇壳体7表面A1、A2测点的法向轴频振动速度峰值及相位，以矢量A₀₁表示。最终需要加的平衡质量Q计算公式为：

停机，在每个平衡盘4上加好对应的平衡质量Q；

开机运行到测试转速，复测艇壳体7测点A1、A2的轴频振动速度峰值是达到国家标准(GJB4058-00)，否则，重复5～7步骤。

本发明与传统的桨轴激励响应分离方法不同之处在于：

如背景技术中所述，舰船尤其是潜艇静水航行时两个主要的振动噪声源是轴系不平衡激励和螺旋桨激励，艇体所体现出的辐射噪声是二者共同作用的结果。要想研究螺旋激励特性，可以用实际测得的混合激励响应减去不平衡激励响应，剩下的可看作是螺旋桨激励响应。如图3所示。对于不平衡激励响应的测试，传统做法是将螺旋桨换成等惯量的圆盘，这样整个系统可认为以`轴系不平衡激励为主。而本发明就是提出不需要换桨的试验方法，现场动平衡。平衡掉推进轴系的不平衡激励响应剩下的就是螺旋桨激励响应。

Claims (3)

1.一种利用艇体轴频振速峰值现场动平衡的桨轴激励响应分离系统，其特征在于：艇壳体内部设置的电机的输出端与设置在艇壳体内的轴系连接，轴系上设置有对开式平衡盘，沿着轴系的轴向贴有一条反光纸，且反光纸与对开式平衡盘的零度在同一水平线上，在艇壳体内表面对称设置有测点，每个测点上均布置有振动传感器，且测点的数量是对开式平衡盘数量的二倍，在艇壳体内还安装有光电传感器且光电传感器位于反光纸下方，所述振动传感器、光电传感器均与数据采集仪连接，通过测点上的振动传感器获得法向轴频振动速度。

2.根据权利要求1所述的一种利用艇体轴频振速峰值现场动平衡的桨轴激励响应分离系统，其特征在于：所述对开式平衡盘有两个，测点有四个，对应的振动传感器也有四个。

3.一种依据权利要求1所述系统的利用艇体轴频振速峰值现场动平衡的桨轴激励响应分离方法，其特征在于：

第一步：开机并运行到测试转速，测试艇壳体所有测点的法向轴频振动速度，找出轴频振速峰值相对较大的测点，找出的相对较大的测点数目与平衡盘个数相同，关闭其它峰值较小测点的信号通道，剩余测点测得的轴频振速峰值及相位，以矢量A₀表示；

第二步：停机，选取一定质量的试重M₁，添加在每个平衡盘任意一个螺纹孔处；

第三步：开机运行到测试转速，再次测试艇壳体表面测点的法向轴频振速度峰值及相位，以矢量A₀₁表示，则需要加的平衡质量Q计算公式为：

第四步：停机，在每个平衡盘上加好对应的平衡质量Q；

第五步：开机运行到测试转速，复测艇壳体测点的轴频振速度峰值是否达到国家标准，如未达到重复步骤三至五。