CN106864664A - 一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置 - Google Patents

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温小飞
袁强
李玉乐
高军凯
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明涉及一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置，解决了现有的船舶轴系性能试验缺少对应的冰载荷作用试验项目，使得船舶轴系在冰区航行的动力学特征研究出现空白，不能满足北极区航线开发要求的缺陷，包括：用于模拟海洋且内装海水的水箱，用于模拟船艉部并部分浸入到水箱海水内的试验台，设置于试验台端部并伸入到水箱海水内用于模拟船舶尾轴的转轴，及布置于转轴周围的冰载荷发生装置；转轴与试验台之间连接轴承，尾轴的轴线位置设置有振动特性监测机构。冰载荷发生装置产生冰块，并可将冰块向转轴方向推动，使得转轴在转动过程与冰块发生碰撞，从而模拟船舶在北极冰区航行与海面上的冰块发生撞击的过程并得出轴系的动力学特性。

Description

一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置
技术领域
本发明涉及一种船舶轴系性能试验装置，尤其是一种一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置。
背景技术
随着全球气候变化，北极冰盖的逐年融化，北极航线的商业价值逐步体现，其战略意义也不容忽视，并且北极地区资源的逐步开发利用，给适合在低温多冰条件下航行的冰区运输船舶、冰区海洋工程船舶带来前所未有的发展机遇。
冰区的航行条件下，螺旋桨会受到冰块撞击，引起巨大的轴系扭转激励，因此对船舶推进系统在冰载荷冲击下的动力学特征研究提出了更高的要求。同时对于海洋工程船舶而言，其运行工况多，出于动力定位要求，经常需要频繁变换工况，在冰载荷作用下的非稳态工况更加复杂，需要综合考虑轴系的扭转振动响应与横振响应等综合性能。
冰区航行的船舶受到的冰载荷复杂多变，既有与一块冰发生碰撞的单冰载荷工况，也有与两个冰块发生碰撞的双冰载荷工况。此外，极地航行时，螺旋桨处的海水还会发生再结冰现象，相应就会产生与混合冰块碰撞的混合冰载荷工况。要研究船舶轴系在冰区航行的动力学特性，就必须有效模拟这些复杂的冰载荷工况。
发明内容
本发明解决了现有的船舶轴系性能试验缺少对应的冰载荷作用试验项目，使得船舶轴系在冰区航行的动力学特征研究出现空白，不能满足北极区航线开发要求的缺陷，提供一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置，模拟船舶尾轴在冰区航行时与冰块发生撞击产生的扭转及垂直冲击效应，从而得出船舶轴系在冰区航行的动力学特性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置，包括：用于模拟海洋且内装海水的水箱，用于模拟船艉部并部分浸入到水箱海水内的试验台，设置于试验台端部并伸入到水箱海水内用于模拟船舶尾轴的转轴，及布置于转轴周围的冰载荷发生装置；转轴与试验台之间连接轴承，尾轴的轴线位置设置有振动特性监测机构。转轴的端部固定有螺旋桨，用于模拟船舶尾轴，冰载荷发生装置用于产生冰块，并可将冰块向转轴方向推动，使得转轴在转动过程与冰块发生碰撞，从而模拟船舶在冰区航行时与海面上的冰块发生撞击的过程，振动特性监测机构用于监测转轴与冰块发生撞击后产生的系统运动特性，从而得出船舶轴系在冰区航行的动力学特性，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；冰载荷发生装置产生的冰块可以根据需要进行控制，用于控制冰块的大小、在海面上露出的大小及海面下沉入的大小；试验能模拟海水处于临界结冰状态时，海水结冰形成的混合冰载荷对轴系运动特性的影响。
作为优选，试验台内部设置有驱动电机，驱动电机与转轴相连接。
作为优选，试验台内部设置有重量调节装置，重量调节装置采用配重块增叠方式。通过重量调节装置可以调节试验台在水箱的高度，从而调节转轴浸入海水的深度，模拟船舶不同的吃水深度，使得试验的条件多样化。
作为优选，冰载荷发生装置包括制冰设备及推动冰块移动的伸缩机构。
作为优选，制冰设备包括制冷系统及设置于水箱内的冷气终端装置，冷气终端装置上设置有冷气出口。冷气从冷气出口排出，海水接触到冷气后逐渐凝结成冰块，凝结的时间长短决定冰块的体积大小，这个凝结冰块的工作可以预先进行，使得水箱内部预先漂浮有散落的冰块，试验过程中也可以继续产生冰块。
作为优选，冷气终端装置为三个，三个冷气终端装置分别设置于转轴的两侧及后方位置。可以分别模拟单冰块载荷，双冰块载荷的两种工况。
作为优选，冷气出口设置于冷气终端装置朝向转轴的侧面上，冷气出口的位置在水面上并接近水面。
作为优选，冷气终端装置在底面位置设置有冷气出口，底面的冷气出口处设置有截止阀，水箱侧壁上对应该底面的冷气出口处设置有伸缩机构，
作为优选，水箱底部设置有产生海水波浪的摇板。摇板能使海水在水箱内产生波浪，波浪结合转轴转动从而模拟船舶航行中的海水的流向，使得转轴与冰块的撞击更加接近实际航行情况；也可以是转轴静止，冰块在波浪的推动下与转轴撞击，模拟船舶静止时的冰块撞击情况。
作为优选，碰磨监测机构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，当圆环上弧条与圆轴相接触时，接通电路，发出碰摩信号。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。
本发明的有益效果是：转轴的端部固定有螺旋桨，用于模拟船舶尾轴，冰载荷发生装置用于产生冰块，并可将冰块向转轴方向推动，使得转轴在转动过程与冰块发生碰撞，从而模拟船舶在冰区航行与海面上的冰块发生撞击的过程，振动特性监测机构用于监测转轴与冰块发生撞击后产生的碰磨情况，从而得出船舶轴系在冰区航行的动力学特性。
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、螺旋桨，3、转轴，4、试验台，5、冷气终端装置，6、冷气出口，7、伸缩机构。
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：一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置（参见图1图2），包括：用于模拟海洋且内装海水的水箱1，用于模拟船艉部并部分浸入到水箱海水内的试验台4，设置于试验台端部并伸入到水箱海水内用于模拟船舶尾轴的转轴3，及布置于转轴周围的冰载荷发生装置。转轴的尾端位置固定有螺旋桨，转轴和螺旋桨的尺寸均与实际船舶使用的尾轴相同，转轴与试验台之间连接轴承，尾轴的轴线位置设置有碰磨监测机构。水箱底部设置有产生海水波浪的摇板。
试验台内部设置有驱动电机，驱动电机与转轴相连接。试验台内部设置有重量调节装置，重量调节装置采用配重块增叠方式。
冰载荷发生装置包括制冰设备及推动冰块移动的伸缩机构7。制冰设备包括制冷系统及设置于水箱内的冷气终端装置5，冷气终端装置上设置有冷气出口6。伸缩机构采用伸缩油缸，伸缩油缸的伸缩杆端部连接有推板。冷气终端装置为三个，三个冷气终端装置分别设置于转轴的两侧及后方位置。冷气出口设置于冷气终端装置朝向转轴的侧面上，冷气出口的位置在水面上并接近水面。冷气终端装置在底面位置设置有冷气出口，底面的冷气出口处设置有截止阀，水箱侧壁上对应该底面的冷气出口处设置有伸缩机构。
振动特性监测机构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，当圆环上弧条与圆轴相接触时，接通电路，发出碰摩信号。
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 (10)

1.一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置，其特征在于包括：用于模拟海洋且内装海水的水箱（1），用于模拟船艉部并部分浸入到水箱海水内的试验台（4），设置于试验台端部并伸入到水箱海水内用于模拟船舶尾轴的转轴（3），及布置于转轴周围的冰载荷发生装置；转轴与试验台之间连接轴承，尾轴的轴线位置设置有振动特性监测机构。
2.根据权利要求1所述的一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置，其特征在于试验台内部设置有驱动电机，驱动电机与转轴相连接。
3.根据权利要求1所述的一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置，其特征在于试验台内部设置有重量调节装置，重量调节装置采用配重块增叠方式。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置，其特征在于冰载荷发生装置包括制冰设备及推动冰块移动的伸缩机构（7）。
5.根据权利要求4所述的一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置，其特征在于制冰设备包括制冷系统及设置于水箱内的冷气终端装置（5），冷气终端装置上设置有冷气出口（6）。
6.根据权利要求5所述的一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置，其特征在于冷气终端装置为三个，三个冷气终端装置分别设置于转轴的两侧及后方位置。
7.根据权利要求5所述的一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置，其特征在于冷气出口设置于冷气终端装置朝向转轴的侧面上，冷气出口的位置在水面上并接近水面。
8.根据权利要求7所述的一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置，其特征在于冷气终端装置在底面位置设置有冷气出口，底面的冷气出口处设置有截止阀，水箱侧壁上对应该底面的冷气出口处设置有伸缩机构。
9.根据权利要求1或2或3所述的一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置，其特征在于水箱底部设置有产生海水波浪的摇板。
10.根据权利要求1或2或3所述的一种冰载荷作用下船舶轴系性能试验装置，其特征在于振动特性监测机构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，当圆环上弧条与圆轴相接触时，接通电路，发出碰摩信号。
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