CN106840649B - 一种船舶艉部轴系结构试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种船舶艉部轴系结构试验装置，解决了现有技术中船体设计制造与推进系统设计制造相互分开，没有能对大型船舶推进系统与船舶艉部结构耦合动力进行试验的试验台的缺陷，包括：内装海水用于模拟海洋的水箱，设置于水箱内用于模拟船舶的船模，设置于船模下部且伸出船模并浸没于海水用于模拟船舶尾轴的转轴，设置于船模内部的参数监测装置，及设置于转轴与水箱壁之间的加载装置。船模根据实际船舶进行模型建立，转轴与水箱壁之间的加载装置可以模拟船舶大尺度效应对推进轴系产生的影响，通过调节加载负荷，模拟船舶航行中的各种工况，船模内部的参数监测装置用于监测船舶轴系运动特性并进行分析。

Description

一种船舶艉部轴系结构试验装置
技术领域
本发明涉及一种船舶试验装置，尤其是一种船舶艉部轴系结构试验装置。
背景技术
船舶尾轴作为动力推进装置系统的一部分经常承受着各种复杂的叠加力，但是由于这些力的复杂性使其难以很准确的计算。海洋是一个复杂多变的环境体系，对船舶的推进系统造成了很多难以预测的影响。而目前在船舶设计、制造、安装与故障诊断过程中，由于船体设计制造与推进系统设计制造一般是分开考虑的，因此，如何在实验条件下模拟实际的工作环境，从而检测尾轴及尾轴承的各参数就显得非常重要。
船舶轴系的工作状态在一定范围内变动，由于大型船的轴较粗和船体过大导致船体刚度不大，这些复杂多变的波浪荷载作用在船体上，会加剧船舶的船体不均匀变形和随机运动而导致振动计算产生较大误差，给轴系的振动特性计算带来了新的技术问题和困难。为了分析船体状态和波浪载荷对推进轴系的影响，本发明将船舶推进轴系与船体艉部结构系统共同作为一个研究范畴，让船舶轴系在不同状态的工况下工作，力求模拟真实船舶运行中的外力载荷，为大型船舶船体与推进系统协同设计提供依据，也为其他海洋工程船舶的特性研究提供帮助。
发明内容
本发明解决了现有技术中船体设计制造与推进系统设计制造相互分开，没有能对大型船舶推进系统与船舶艉部结构耦合动力进行试验的试验台的缺陷，提供一种船舶艉部轴系结构试验装置，能模拟大型船舶由于大尺度效应对推进轴系的影响，能有效模拟船舶航行过程中的各种工况。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种船舶艉部轴系结构试验装置，包括：内装海水用于模拟海洋的水箱，设置于水箱内用于模拟船舶的船模，设置于船模下部且伸出船模并浸没于海水用于模拟船舶尾轴的转轴，设置于船模内部的参数监测装置，及设置于转轴与水箱壁之间的加载装置。水箱内装海水模拟海洋，船模设置有转轴，转轴上固定有螺旋桨，用于模拟船舶，船模根据实际船舶进行模型建立，转轴与水箱壁之间的加载装置可以模拟船舶大尺度效应对推进轴系产生的影响，通过调节加载负荷，模拟船舶航行中的各种工况，船模内部的参数监测装置用于监测船舶轴系运动特性并进行分析；参数监测装置可以采用振动特征分析，也可以结合振动频谱和轴心轨迹进行分析。
作为优选，转轴与船模之间连接有推力轴承，船模内部设置有相连的变频电机及减速机，减速机与转轴相固定。
作为优选，加载装置采用可变拉伸长度的弹簧机构。
作为优选，弹簧机构包括弹簧、固定于弹簧一端并套置于转轴端部的轴承及固定于弹簧另一端并连接于水箱侧壁的伸缩杆。通过伸缩杆伸缩来调节弹簧的拉伸长度，从而对转轴产生不同的加载力，为了增加推进轴系可变工况，伸缩杆与水箱侧壁为可转动连接，从而改变弹簧的作用力方向。
作为优选，弹簧机构为两组，两别对称设置于转轴两侧位置。
作为优选，船模前端位置与水箱侧边通过万向球头连接，船模由水箱内海水形成悬浮支撑。
作为优选，水箱侧壁上的万向球头为上下可动结构，船模内部设置有可变配重机构。
作为优选，水箱内部连接有摇板，摇板处于转轴后方，摇板的下侧边与水箱底部相铰接，摇板与水箱侧壁之间连接有驱动缸。
作为优选，水箱底部设置有若干可拆装的竖向隔板。通过对竖向隔板拆分可调整荷载，通过改变竖向隔板的位置可对轴系受到的载荷模式进行调整。
作为优选，参数监测装置采用圆环与圆轴机构，圆轴与转轴同轴固定，圆环套置于圆轴外，圆环与圆轴相对转轴与轴承等比例缩小，圆环是由多段弧条组合而成，圆环上弧条与圆轴接入电路。当轴承与转轴发生碰摩时，圆环与圆轴也会碰摩，可以检测出碰摩发生的时间和位置并作为碰摩信号，根据碰摩信号可对试验台工况进行调整。
作为优选，船模采用分段方式，即有两段连接而成，连接刚度可变，从而可以模拟船体损伤之后的轴系动力学特性。
本发明的有益效果是：水箱内装海水模拟海洋，船模设置有转轴，转轴上固定有螺旋桨，模拟船舶，船模根据实际船舶进行模型建立，转轴与水箱壁之间的加载装置可以模拟船舶大尺度效应对推进轴系产生的影响，通过调节加载负荷，模拟船舶航行中的各种工况，船模内部的碰磨监测装置用于监测船舶轴系运动特性并进行分析。
附图说明
图1是本发明一种结构示意图；
图2是本发明一种俯视图；
图中：1、水箱，2、万向球头，3、船模，4、变频电机，5、减速机，6、推力轴承，7、转轴，8、螺旋桨，9、轴承，10、摇板，11、驱动缸，12、伸缩杆，13、弹簧。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：一种船舶艉部轴系结构试验装置（参见图1图2），包括：内装海水用于模拟海洋的水箱1，设置于水箱内用于模拟船舶的船模3，设置于船模下部且伸出船模并浸没于海水用于模拟船舶尾轴的转轴7，设置于船模内部的参数监测装置，及设置于转轴与水箱壁之间的加载装置。
水箱前壁上设置有可上下活动的万向球头2，万向球头与船模前端相铰接。试验内部设置有变频电机4，电频电机连接有减速机5，减速机与转轴端部相固定，转轴与船模之间通过推力轴承6相连。船模内部设置有可变配重机构，可变配重机构通过改变配重块从而改变船模的重量。转轴设置于船模的下部位置，转轴伸出到船模外并浸没于海水中，转轴端部位置固定有螺旋桨8。加载装置设置于转轴的最端部位置。
加载装置采用可变拉伸长度的弹簧机构。弹簧机构包括弹簧13、固定于弹簧一端并套置于转轴端部的轴承9及固定于弹簧另一端并连接于水箱侧壁的伸缩杆12。弹簧机构为两组，两别对称设置于转轴两侧位置。
水箱内部连接有摇板10，摇板处于转轴后方，摇板的下侧边与水箱底部相铰接，摇板与水箱侧壁之间连接有驱动缸11。
参数监测装置采用振动特征分析，根据转轴的振幅、频谱和轴线轨迹进行分析。参数监测装置采用圆环与圆轴机构，圆轴与转轴同轴固定，圆环套置于圆轴外，圆环与圆轴相对转轴与轴承等比例缩小，圆环是由多段弧条组合而成，圆环上弧条与圆轴接入电路。当轴承与转轴发生碰摩时，圆环与圆轴也会碰摩，可以检测出碰摩发生的时间和位置并作为碰摩信号，根据碰摩信号可对试验台工况进行调整。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种船舶艉部轴系结构试验装置，其特征在于包括：内装海水用于模拟海洋的水箱（1），设置于水箱内用于模拟船舶的船模（3），设置于船模下部且伸出船模并浸没于海水用于模拟船舶尾轴的转轴（7），设置于船模内部的参数监测装置，及设置于转轴与水箱壁之间的加载装置；船模前端位置与水箱侧边通过万向球头连接，船模由水箱内海水形成悬浮支撑；加载装置采用可变拉伸长度的弹簧机构，弹簧机构包括弹簧（13）、固定于弹簧一端并套置于转轴端部的轴承及固定于弹簧另一端并连接于水箱侧壁的伸缩杆（12）。
2.根据权利要求1所述的一种船舶艉部轴系结构试验装置，其特征在于转轴与船模之间连接有推力轴承（6），船模内部设置有相连的变频电机（4）及减速机（5），减速机与转轴相固定。
3.根据权利要求1或2所述的一种船舶艉部轴系结构试验装置，其特征在于弹簧机构为两组，两别对称设置于转轴两侧位置。
4.根据权利要求1或2所述的一种船舶艉部轴系结构试验装置，其特征在于水箱侧壁上的万向球头为上下可动结构，船模内部设置有可变配重机构。
5.根据权利要求1或2所述的一种船舶艉部轴系结构试验装置，其特征在于水箱内部连接有摇板（10），摇板处于转轴后方，摇板的下侧边与水箱底部相铰接，摇板与水箱侧壁之间连接有驱动缸（11）。
6.根据权利要求5所述的一种船舶艉部轴系结构试验装置，其特征在于水箱底部设置有若干可拆装的竖向隔板。
7.根据权利要求1或2所述的一种船舶艉部轴系结构试验装置，其特征在于参数监测装置采用圆环与圆轴机构，圆轴与转轴同轴固定，圆环套置于圆轴外，圆环与圆轴相对转轴与轴承等比例缩小，圆环是由多段弧条组合而成，圆环上弧条与圆轴接入电路。
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