CN108027299B - 监控船舶的驱动器的轴承的负荷的方法和系统以及船舶 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及监控船舶、尤其是水面船只或潜艇的驱动器(2)的轴承(6)的负荷的一种系统(4)和方法。系统(4)包括：至少一个加速度传感器(18)，其用于测量驱动器(2)在三个正交方向上的加速度以及三个角加速度；每个被检查的轴承(6)至少一个间距传感器(20)，间距传感器用于确定驱动轴(10)距相应的轴承(6)的轴承壳体的相对位置；评估单元(22)，评估单元构成用于：根据加速度传感器(18)的数据在获知驱动器(2)的重量的情况下计算作用于相应的轴承(6)上的力，并且根据间距传感器(20)的测量确定力在驱动器(2)的轴承(6)上的分布。借助于该系统(4)实现在船舶运行时可靠地监控轴承负荷。

Description

监控船舶的驱动器的轴承的负荷的方法和系统以及船舶
技术领域
本发明涉及监控船舶的驱动器的轴承的负荷的一种方法和一种系统。本发明还涉及一种具有这种系统的船舶。
背景技术
针对用于船舶的、尤其是水面船只和潜艇的驱动器在尤其有海浪或进行调动时的机械负荷方面提出了最高要求。在此，驱动轴承的状态至今为止仅通过视觉检查来鉴定。然而这要求将轴承分解，以便到达关键部件、即例如轴瓦。
公开文献EP 2 446 998 A1描述了一种用于机床的主轴状态识别设备，该机床包括一个轴承负载获取装置，其用于获取承载一个机床主轴的轴承上的负载。此外该主轴状态识别设备还包括消耗比例计算部件，以便从通过轴承负载获取部件获取的负载出发，计算当前消耗比例，该当前消耗比例是轴承的关于轴承的预说明寿命的消耗比例，该消耗比例在一个直至现在的时间点的时间段上实现。
专利文件US 5 224 380 A描述了一种超导的六轴-加速度测量器，其用于在空间时间的同一点处测量所有六个自由度中的超导质量块的线性和角加速度。
学术公开出版物XP00432367描述了一种简单的涡流传感器，其能应用在悬浮物上。
发明内容
本发明所基于的目的是：确保在船舶的运行中可靠地监控轴承负荷。
根据本发明，所述目的通过一种监控船舶、尤其是水面船只或潜艇的驱动器的轴承的负荷的系统来实现，其中驱动器的马达壳体借助于所述轴承支承在驱动轴上，所述系统包括：
-至少一个加速度传感器，所述加速度传感器用于测量驱动器在三个正交方向上的加速度以及驱动器的三个角加速度；
-每个被检查的轴承至少一个间距传感器，所述间距传感器用于确定驱动轴距相应的轴承的轴承壳体的相对位置；
-评估单元，所述评估单元构成用于：根据加速度传感器的数据在获知驱动器的重量的情况下计算作用于相应的轴承上的力，并且根据间距传感的测量确定这些力在驱动器的轴承上的分布。
根据本发明，所述目的还通过一种监控船舶、尤其是水面船只或潜艇的驱动器的轴承的负荷的方法来实现，其中：
-借助于至少一个加速度传感器收集关于驱动器在三个正交方向上的加速度以及驱动器的三个角加速度的数据；
-对每个被检查的轴承借助于至少一个间距传感器确定驱动轴距相应的轴承的轴承壳体的相对位置；和
-在评估单元中，根据加速度传感器的数据在获知驱动器的重量的情况下计算作用于相应的轴承上的力，并且根据间距传感器的测量确定这些力在驱动器的轴承上的分布。
最后，所述目的通过一种具有这种系统的船舶来实现。
关于系统在下面详述的优点和优选的实施方式意义上也能够转用于方法和船舶。
根据本发明的解决方案提出：将至少一个加速度传感器安装在船舶的内部中，经由所述加速度传感器记录驱动器的轴承由于有海浪或进行调动(例如在潜艇下沉时)所引起的动态变化。在此，测量三个平移方向和三个旋转方向上的加速度，以便获得关于在所有运动自由度上的加速度的尽可能详细的信息。
为了该目的，在评估单元中掌握了关于重量的、尤其附加地也关于驱动器的几何形状的数据。借助于加速度在获知驱动器重量的情况下，计算惯性力、尤其是在转子与轴承之间的惯性力。在此，不仅将驱动器的重量理解为驱动器的总重量，而且也将其理解为各个驱动器部件的重量，所述驱动器部件对于计算惯性力是重要的。关于几何形状的信息对于计算转子的惯性矩是重要的。以该方式，确保了动态且精确地计算轴承力。特别地，由此确定运行中的轴承力变化的方向、大小和频率。
并行于此，在被检查的轴承处经由间距传感器获取驱动轴线距轴承壳体的相对位置。由此，能够得出关于轴承力分布的结论，即：哪个轴承在相应的时间点负荷何种力。
这两个前述测量尤其连续地在船舶的运行中进行。驱动器的所测量的平移加速度和角加速度以及驱动轴线的相对位置被馈送到评估单元中，所述评估单元如上描述的那样对轴承力在该时间上的变化执行动态和精确的计算。将馈送到评估单元中的或借助于评估单元计算出的信息例如显示给用户、立即用于进一步数据处理或存储或馈送到驱动器的控制装置中。
根据一个优选的实施方式，设有用于测量驱动器的加速度的六轴的加速度传感器。因此通过唯一的传感器在所有自由度上对加速度进行测量，从而存在一个尤其节约空间的实施方案。
优选地，加速度传感器设置在驱动器的不可移动的部件上，尤其设置在定子上。出于结构原因，设置在定子上或设置在驱动器的其他不可移动的部件上有利于：对传感器供电并且将传感器数据传输给评估单元，因此有利地能够将加速度传感器安装在静止的部件上。
根据另一优选的实施方式，针对每个被检查的轴承设有两个用于间距测量的涡流传感器。涡流传感器属于无接触式间距传感器的类别。由此命名的测量原理实现确定距导电的测量物体的间距。该测量技术的特别之处在于非导电介质、例如油、水或冷却剂的存在不影响测量结果。基于该特性，涡流传感器适合于在恶略的工业环境中使用。此外，涡流传感器突出地适合于观察动态过程。所述涡流传感器的特征体现于鲁棒性、高的动态和高的分辨率。此外，涡流传感器能够在宽泛的温度范围上应用。需要使用通常彼此以90°的角度设置的涡流传感器，以便能够多维度地获取驱动轴和轴承壳体之间的间距。
优选地，评估单元构成用于：基于关于轴承的负荷的信息，给出轴承的寿命估计。借助于所获得的关于轴承力变化的信息尤其列出所谓的负载集合，将所述负载集合与轴承制造商的损耗数据比较，以便实现可靠地估计轴承的寿命。在此，借助负载集合标明在一定时间段上的全部所出现的振动幅度的总和。进行振动的负载实际上少有单级地出现，即以仅一个唯一的幅度出现。在通常情况下，其是很多没有固定顺序的不同的幅度。如果评估该所谓的载荷-时间函数，那么得到对该函数的描述，其以所出现的负载的频率形式存在。所述负载集合随后用于估计相应的轴承的寿命。
附图说明
根据附图详细阐述本发明的一个实施例。在此，唯一的视图示意地且极度简化地示出未详细描述的水面船只或潜艇的驱动器2。给驱动器2配有用于监控轴承6的负荷的系统4，借助所述轴承将马达壳体8支承在驱动轴10上。驱动轴10在所示出的实施例中构成为转子11并且沿着轴线A延伸。从该图中示出驱动轴10的一个部段。整个驱动轴包括多个转子11，这些转子组合成所谓的驱动系。
具体实施方式
驱动器2还包括设置在马达壳体8之内的定子12。马达壳体8经由安装元件14支承在地基16上。
系统4包括六轴的加速度传感器18，以测量驱动器2在三个正交方向上的角速度以及三个角加速度。以该方式，获得关于在所有自由度上的加速度或作用于相应的轴承6上的力的信息。在此，对于整个驱动器仅需要一个加速度传感器18。
系统4还包括每个轴承6各两个涡流传感器，所述涡流传感器在附图中作为一个单元示出并且设有附图标记20。涡流传感器测量在驱动轴10与轴承6的未详细示出的轴承壳体之间的间距。因此，用附图标记20通常表示间距传感器。
最后，系统4也包括评估单元22，将加速度传感器18和涡流传感器20的测量数据馈送到所述评估单元中以进行评估。在评估单元22中，处理关于加速度和转子11或驱动轴10距轴承6的轴瓦的相对位置的数据，以便获得关于在船舶的运行中作用于轴承6上的力的信息。特别地，确定轴承力变化的方向、大小和频率。将所述数据与关于轴承6的可负荷性的制造商数据进行比较，以便能够得出关于轴承寿命的结论，而对此不需要拆卸轴承。

Claims (11)

1.一种监控船舶的驱动器(2)的轴承(6)的负荷的系统(4)，其中所述驱动器(2)的马达壳体(8)借助于所述轴承(6)支承在驱动轴(10)上，所述系统包括：
-至少一个加速度传感器(18)，所述加速度传感器用于测量所述驱动器(2)在三个正交方向上的加速度以及所述驱动器的三个角加速度；
-每个被检查的轴承(6)至少一个间距传感器(20)，所述间距传感器用于确定驱动轴(10)距相应的所述轴承(6)的轴承壳体的相对位置；
-评估单元(22)，所述评估单元构成用于：根据所述加速度传感器(18)的数据在获知所述驱动器(2)的重量的情况下计算作用于相应的所述轴承(6)上的力，并且根据所述间距传感器(20)的测量确定所述力在所述驱动器(2)的所述轴承(6)上的分布，
其中，设有用于测量所述驱动器(2)的所述加速度的六轴的加速度传感器(18)，
其中，所述加速度传感器(18)设置在所述驱动器(2)的不可移动的部件上。
2.根据权利要求1所述的系统(4)，其中，所述船舶是水面船只或潜艇。
3.根据权利要求1所述的系统(4)，其中，所述加速度传感器(18)设置在定子(12)上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统(4)，其中，针对每个被检查的轴承(6)设有两个用于间距测量的涡流传感器。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的系统(4)，其中，所述评估单元(22)构成用于：在考虑损耗数据的情况下，从关于轴承力变化的所获取的信息中给出所述轴承(6)的寿命估计。
6.一种监控船舶的驱动器(2)的轴承(6)的负荷的方法，其中：
-借助于至少一个加速度传感器(18)收集关于所述驱动器(2)在三个正交方向上的加速度以及所述驱动器的三个角加速度的数据；
-对每个被检查的轴承(6)借助于至少一个间距传感器(20)确定驱动轴(10)距相应的所述轴承(6)的轴承壳体的相对位置；
和
-在评估单元(22)中，根据所述加速度传感器(18)的所述数据在获知所述驱动器(2)的重量的情况下计算作用于相应的所述轴承(6)上的力，并且根据所述间距传感器(20)的测量确定所述力在所述驱动器(2)的所述轴承(6)上的分布，
其中，借助于六轴的加速度传感器(18)收集关于所述加速度的所述数据
其中，所述加速度传感器(18)设置在所述驱动器(2)的不可移动的部件上。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述加速度传感器(18)在定子(12)上获取关于所述加速度的所述数据。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的方法，其中，对每个被检查的轴承(6)应用两个用于间距测量的涡流传感器。
9.根据权利要求6至7中任一项所述的方法，其中，在考虑损耗数据的情况下，从关于轴承力变化的所获取的信息中借助于所述评估单元(22)进行所述轴承(6)的寿命估计。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述船舶是水面船只或潜艇。
11.一种船舶，具有根据权利要求1至5中任一项所述的系统(4)。
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