CN111380603B - 用于柴油机的扭振监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于柴油机的扭振监测装置。扭振监测装置包括扭振传感器、多通道采集卡与控制器；扭振传感器设置在柴油机的多个待测量位置，以测量多个待测量位置的初测扭振信号；多通道采集卡分别电连接扭振传感器和控制器，控制器通过多通道采集卡获取扭振传感器的初测扭振信号，控制器根据所有扭振传感器在同一时刻测量的初测扭振信号确定动态误差补偿值，控制器根据初测扭振信号和与之对应的动态误差补偿值确定校准扭振信号。由此，扭振监测装置能同时监测柴油机的多个测点的初测扭振信号；控制器根据初测扭振信号和动态误差补偿值确定校准扭振信号，减小测速齿盘的齿形误差引起的测量误差，扭振信号的测量精度高。

Description

用于柴油机的扭振监测装置

技术领域

本发明总地涉及内燃机领域，且更具体地涉及一种用于柴油机的扭振监测装置。

背景技术

扭振测量是船舶柴油机检验的重要检验项目之一。扭振测量可判断新型柴油机在试制、改进过程中的扭振特性是否达到规定标准，共振频率是否合适，扭振幅值、扭矩与扭振应力是否超过许用值。扭振测量还可用于检验在柴油机的加工和装配过程中，各个加工和装配工序，以及各个柴油机的部件是否存在缺陷。为了对柴油机的轴系(曲轴和输出轴)的扭振做出正确的评价，避免柴油机的轴系发生扭振破坏事故。在设计阶段应进行详细的扭振计算，还需要进行船舶柴油机的扭振测试。理论分析和计算结果必须经过实际测试的检验，若两者不相一致，则必须以实际测试的实测结果来修正理论计算结论。基于以上扭振测量的重要性及测量技术的发展，目前已有部分扭振监测产品的出现，现有的扭振监测产品可以实现扭振实时在线监测，及时反馈柴油机的曲轴的受力情况，以达预警效果，如机械式盖格尔(Geiger)扭振仪。

现有的扭振监测仪一般是在曲轴的飞轮或者曲轴的自由部进行扭振测量(测量扭振幅值和扭振应力)，然后根据霍尔兹法(1921年德国学者霍尔兹Holzer)首次提出的一种表格法)计算柴油机的其他位置的扭振幅值。不过现有的扭振监测仪没有实现多测点同步测量。

另外，由于加工精度的影响，用于进行扭振测量的测量齿盘的齿形的存在误差(测量齿盘的齿形的大小不均匀)，这样扭振监测仪在扭振测量的过程中，测量齿盘的齿形误差会影响扭振监测仪的测量结果，而现有的扭振测量仪或扭振监测仪将测量的结果直接输出，没有消除测量齿盘的齿形误差引起的测量误差。因此现有的扭振监测仪测量精度低。

因此，需要提供一种用于柴油机的扭振监测装置，以至少部分地解决上面提到的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施例部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种用于柴油机的扭振监测装置，扭振监测装置包括：扭振传感器，扭振传感器设置在柴油机的多个待测量位置，以测量多个待测量位置的初测扭振信号，初测扭振信号包括初测扭振幅值和初测扭振应力；多通道采集卡与控制器，多通道采集卡分别电连接扭振传感器和控制器，控制器通过多通道采集卡获取扭振传感器的初测扭振信号，控制器根据所有扭振传感器在同一时刻测量的初测扭振信号确定动态误差补偿值，控制器根据初测扭振信号和与之对应的动态误差补偿值确定校准扭振信号。

根据本发明的用于柴油机的扭振监测装置，扭振监测装置能同时监测柴油机的多个测点的初测扭振信号，控制器对在同一时刻获取的所有初测扭振信号进行处理，确定动态误差补偿值，控制器根据初测扭振信号和与之对应的动态误差补偿值确定校准扭振信号，减小测速齿盘的齿形误差引起的测量误差，因此扭振信号的测量精度高。

可选地，扭振传感器设置在柴油机的2-4个待测量位置。

可选地，扭振传感器分别设置在柴油机的曲轴的飞轮端、与飞轮端对应设置的自由端、扭振减振器以及输出轴。

可选地，控制器通过多项式插值法和移动平均法对初测扭振信号进行处理，以确定动态误差补偿值。

可选地，扭振监测装置还包括报警装置，报警装置和控制器电连接，当校准扭振信号大于预设值时，控制器控制报警装置发出警报信号。

可选地，报警装置为指示灯。

可选地，控制器还包括显示装置，显示装置用于显示校准扭振信号。

可选地，控制器还包括存储装置，存储装置用于存储校准扭振信号。

附图说明

为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本发明。

图1为根据本发明的一个优选实施方式的扭振监测装置安装至曲轴的自由端的局部剖视示意图；以及

图2为本发明的一个优选实施方式的扭振减振器安装至柴油机的局部示意图。

附图标记说明：

110：柴油机 120：扭振减振器

121：扭振传感器 122：计算机

123：传感器夹具 124：测速齿盘

130：曲轴 131：自由端

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明提供了一种用于柴油机的扭振监测装置。柴油机110可以用于驱动船舶的推进器。如图1和图2所示，扭振监测装置包括多个扭振传感器121、控制器与多通道采集卡。多个扭振传感器121分别设置在柴油机110的曲轴130的飞轮端和与飞轮对应设置的自由端131、柴油机110的扭振减振器，以及柴油机110的输出轴上。这样，多个扭振传感器121能够在同一时刻测量曲轴130的飞轮端和自由端131，以及扭振减振器与输出轴的初测扭振信号(初测扭振幅值信号和初测扭振应力信号)。扭振传感器121测量的初测扭振信号为电压模拟信号。

在未给出的实施方式中，也可以仅在曲轴130的飞轮端设置扭振传感器121，以及在曲轴130的自由端131设置扭振传感器121。以在同一时刻实时测量曲轴130的飞轮端和自由端131的初测扭振信号。

本实施方式中，扭振监测装置还包括转速传感器。转速传感器用于测量柴油机110的输出轴的转速。本实施方式中，如图1所示，扭振监测装置还包括传感器夹具123、测速齿盘124与光电编码器。测速齿盘124和光电编码器构成转速传感器。扭振传感器121和传感器夹具123连接。传感器夹具123和测速齿盘124连接，测速齿盘124套设在曲轴130的自由端131。

多通道采集卡和所有扭振传感器121电连接。这样多通道采集卡能够在同一时刻从所有扭振传感器121获取当前的初测扭振信号，然后多通道采集卡将初测扭振信号转换为电压数字信号。控制器和多通道采集卡电连接，这样，控制器可以从多通道采集卡在同一时刻获取当前的所有转换为电压数字信号的初测扭振信号。由此，控制器能够在柴油机的工作过程中，同时监测曲轴130的飞轮端和自由端131，以及扭振减振器120与输出轴的扭振信号。

优选地，多通道采集卡包括2-4条通道。由此控制器可以通过2-4条通道同时获取所有的扭振传感器121的初测扭振信号。

本实施方式中，控制器通过多项式插值法和移动平均法对在同一时刻获取的所有初测扭振信号进行处理，确定动态误差补偿值。控制器将初测扭振信号和与之对应的动态误差补偿值相加以确定校准扭振信号。这样减小测速齿盘124的齿形误差引起的测量误差，提高校准扭振信号的信噪比，提高测量精度。

本实施方式中，扭振监测装置能同时监测柴油机的多个测点的初测扭振信号，控制器对在同一时刻获取的所有初测扭振信号进行处理，确定动态误差补偿值，控制器根据初测扭振信号和与之对应的动态误差补偿值确定校准扭振信号，减小测速齿盘的齿形误差引起的测量误差，因此扭振信号的测量精度高。

在未给出的实施方式中，控制器将初测扭振信号和与之对应的动态误差补偿值相乘以确定校准扭振信号。

由于控制器通过多项式插值法和移动平均法对所有同时获取的初测扭振信号进行处理，以确定动态误差补偿值。这样，对于单台柴油机，在保证测量精度的同时，能够减少单个扭振传感器121测量的初测扭振信号的数量，进而降低控制器的计算量，进而降低对控制器的要求以及对多通道采集卡的要求，降低成本。

本实施方式中，由于控制器对单个柴油机110的初测扭振信号的计算量少，因此控制器可以同时对多台柴油机110实现扭振的动态监测。

本实施方式中，扭振监测装置还包括报警装置。控制器可以是包括控制面板、存储装置和显示装置的计算机122。控制器电连接报警装置。当校准扭振信号大于预设值时，控制器控制报警装置发出警报信号。

工作人员可以通过控制面板对扭振监测装置进行操作，例如调取某个时间段的初测扭振信号、校准扭振信号与输出轴的转速。

控制器通过显示装置显示所有的初测扭振信号、校准扭振信号与输出轴的转速。控制器通过存储装置存储所有的初测扭振信号、校准扭振信号与输出轴的转速。

优选地，报警装置为指示灯。

本实施方式中，扭振监测装置按照软件加通用硬件替代专用硬件的虚拟仪器设计思想，可以实现对多个柴油机110的曲轴130的飞轮端和自由端131，以及输出轴的敏感部位测量点的进行同步扭振监测。控制器上运行专用的监测软件，以通过多通道采集卡和扭振传感器121实时监测扭振信号。监测软件是一种基于LabVIEW(Laboratory VirtualInstrument Engineering Workbench)用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言的运行平台和C语言的运行平台开发的扭振监测仪软件。或监测软件是一种基于LabVIEW语言的运行平台和C++语言的运行平台开发的扭振监测仪软件。

本实施方式中，控制器中运行的监测软件根据扭振信号分析原理，将所有转换为电压数字信号的初测扭振信号进行时间域和频率域的精确分析。然后通过多项式插值法和移动平均法对所有同时获取的初测扭振信号进行处理，以确定动态误差补偿值。控制器根据初测扭振信号和与之对应的动态误差补偿值确定校准扭振信号，实现对初测扭振信号的动态补偿。减小测速齿盘的齿形误差引起的测量误差，因此扭振信号的测量精度高。

本实施方式中，只要打开设置在计算机122的电源开关按钮，扭振监测装置的所有的设备就会自动工作，无需用户再进行人为的设置或其他操作。

本实施方式中，扭振监测装置的安装位置充分考虑了柴油机运行环境以及安装空间。同时，扭振减振器120设置有扭振传感器121的安装位置和安装空间，这样，扭振传感器的安装不会影响柴油机的运行，不会影响柴油机的输出轴的固有特性。通过扭振监测装置可以大大提高柴油机曲轴运行地安全性和扭振减振器的使用地可靠性。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (6)

1.一种用于柴油机的扭振监测装置，其特征在于，所述扭振监测装置包括：

扭振传感器，所述扭振传感器设置在所述柴油机的多个待测量位置，以测量所述多个待测量位置的初测扭振信号，所述初测扭振信号包括初测扭振幅值和初测扭振应力；

多通道采集卡与控制器，所述多通道采集卡分别电连接所述扭振传感器和所述控制器，所述控制器通过所述多通道采集卡获取所述扭振传感器的所述初测扭振信号，所述控制器根据所有所述扭振传感器在同一时刻测量的所述初测扭振信号确定动态误差补偿值，所述控制器根据所述初测扭振信号和与之对应的所述动态误差补偿值确定校准扭振信号；

所述控制器通过多项式插值法和移动平均法对所述初测扭振信号进行处理，以确定所述动态误差补偿值；

所述扭振传感器分别设置在所述柴油机的曲轴的飞轮端、与所述飞轮端对应设置的自由端、扭振减振器以及输出轴。

2.根据权利要求1所述的扭振监测装置，其特征在于，所述扭振传感器设置在所述柴油机的2-4个所述待测量位置。

3.根据权利要求1所述的扭振监测装置，其特征在于，所述扭振监测装置还包括报警装置，所述报警装置和所述控制器电连接，当所述校准扭振信号大于预设值时，所述控制器控制所述报警装置发出警报信号。

4.根据权利要求3所述的扭振监测装置，其特征在于，所述报警装置为指示灯。

5.根据权利要求1所述的扭振监测装置，其特征在于，所述控制器还包括显示装置，所述显示装置用于显示所述校准扭振信号。

6.根据权利要求1所述的扭振监测装置，其特征在于，所述控制器还包括存储装置，所述存储装置用于存储所述校准扭振信号。

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