CN116858358A - 一种船舶超长轴系振动状态测量装置 - Google Patents

一种船舶超长轴系振动状态测量装置 Download PDF

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王庆毅
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Abstract

本发明提供了一种船舶超长轴系振动状态测量装置，包括：感应供电模块，感应供电模块包括静环和动环，静环包括同轴设于轴段周围的第一安装环以及设于第一安装环内部的发射器和发射线圈，动环包括同轴固定设于轴段上的第二安装环以及设于第二安装环内部的接收线圈和接收器；外部电源模块，用于为发射器与发射线圈供电；信号采集与无线传输模块，信号采集与传输模块固定设于第二安装环内，用于采集轴段的加速度数据并将加速度数据进行无线传输；现场信号采集与处理模块，用于接收信号采集与无线传输模块发送的加速度数据，并解析处理成振动数据。本发明通过电磁感应为信号采集与无线传输模块持续稳定供电，实现对船舶轴系振动的长期有效监测。

Description

一种船舶超长轴系振动状态测量装置
技术领域
本发明涉及船舶状态监测技术领域，具体涉及一种船舶超长轴系振动状态测量装置。
背景技术
船舶推进轴系振动按照其基本形式，主要可分为扭转振动、纵向振动以及回旋振动。主机曲轴以及螺旋桨运转时，产生较大的扭转激振力矩，引起扭转振动，严重的扭转振动可导致凸轮轴、曲轴及中间轴断裂，弹性元件碎裂，联轴器螺钉切断等事故；在螺旋桨上作用有较大的交变纵向激振力，使轴系产生纵向振动，会导致轴系、传动装置以及柴油机等的故障，并通过双层底或推力轴承诱发船体梁垂向振动，以及上层建筑的纵向振动；旋转质量的不平衡离心力以及偏心质量激振力造成了轴系的回旋振动，引起轴及轴系零部件的疲劳寿命减少、轴连接件疲劳及支撑零部件的破坏、艉管轴承破坏和密封装置的磨损，故需要针对轴系进行轴系振动监测。
目前，传统的轴系振动监测都是采用应变片来获取振动信号，并由电池向应变片供电。然而由于电池使用寿命有限，有时就必须停机更换电池，进而影响轴系的振动监测。因此，如何为监测装置提供足够的、长期的能量，从而保证整个监测装置的长期有效地工作，延长振动监测的持续时间是当前亟须解决的问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种船舶超长轴系振动状态测量装置，用以为监测装置提供足够的、长期的能量，从而保证整个监测装置的长期有效地工作，延长振动监测的持续时间。
为了解决上述问题，一方面，本发明提供了一种船舶超长轴系振动状态测量装置，设置于所述船舶超长轴系的轴段上，所述装置包括：
感应供电模块，所述感应供电模块包括静环和动环，所述静环包括同轴设于所述轴段周围的第一安装环以及设于所述第一安装环内部的发射器和发射线圈，所述动环包括同轴固定设于所述轴段上的第二安装环以及设于所述第二安装环内部的接收线圈和接收器；
外部电源模块，用于为所述发射器与发射线圈供电；
信号采集与无线传输模块，所述信号采集与传输模块固定设于第二安装环内，用于采集所述轴段的加速度数据并将所述加速度数据进行无线传输；
现场信号采集与处理模块，用于接收所述信号采集与无线传输模块发送的加速度数据，并解析处理成振动数据。
在一些可能的实现方式中，所述信号采集与传输模块包括固定设于所述第二安装环内的三向振动传感器、信号采集器和无线传输器；所述三向振动传感器用于对所述轴段的加速度进行测量，所述信号采集器用于采集所述三向振动传感器测量的加速度数据，所述无线传输器用于将所述加速度数据进行无线传输。
在一些可能的实现方式中，所述现场信号采集与处理模块包括无线接收器和解析器，所述无线接收器用于接收所述无线传输器发射的加速度数据，所述解析器用于将所述加速度数据解析成振动数据。
在一些可能的实现方式中，所述加速度数据包括相互垂直的三个方向的加速度数据，所述振动数据包括纵向振动、扭转振动和回旋振动数据。
在一些可能的实现方式中，所述现场信号采集与处理模块还包括用于存储所述振动数据的存储器。
在一些可能的实现方式中，所述感应供电模块设置有多个，并均布于所述第二安装环内。
在一些可能的实现方式中，所述第一安装环与所述第二安装环均包括两半环，所述半环固定设置于所述轴段上。
在一些可能的实现方式中，所述第一安装环外部和内部进行灌胶固化。
在一些可能的实现方式中，所述外部电源模块接220V标准交流电。
在一些可能的实现方式中，所述第一安装环与所述轴段单边具有间隙。
采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的船舶超长轴系振动状态测量装置包括感应供电模块、外部电源模块、信号采集与无线传输模块和现场信号采集与处理模块，感应供电模块包括静环和动环；工作时，外部电源模块为静环供电，产生磁场，动环随着轴段转动切割磁感线产生电能为信号采集与无线传输模块持续稳定的供电，使得信号采集与无线传输模块能够长期有效地对振动信号进行采集，实现船舶超长轴系振动状态的检测。
附图说明
图1是本发明提供的船舶超长轴系振动状态测量装置的一实施例结构示意图；
图2是图1中船舶超长轴系振动状态测量装置沿A-A方向的剖视结构示意图。
其中，1、轴段；2、感应供电模块；21、静环；22、动环；3、外部电源模块；4、信号采集与无线传输模块；41、三向振动传感器；42、信号采集器；43、无线传输器；5、现场信号采集与处理模块。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。本发明提供了一种船舶超长轴系振动状态测量装置，以下分别进行说明。
图1为本发明提供的船舶超长轴系振动状态测量装置的一个实施例剖视结构示意图，参照图1，船舶超长轴系振动状态测量装置设置于所述船舶超长轴系的轴段1上，装置包括：感应供电模块2、外部电源模块3、信号采集与无线传输模块4以及现场信号采集与处理模块5；外部感应模块3设置在现场，为感应供电模块2供电，感应供电模块2设置在轴段1上以及现场，为信号采集与无线传输模块4进行持续稳定供电，信号采集与无线传输模块4设置于轴段1上，进行轴段1振动信号的采集，现场信号采集与处理模块5设置于现场，对信号采集与无线传输模块4传输的振动信号进行解析处理，实现了对船舶轴系振动长期有效地监测。
参照图1，感应供电模块2包括静环21和动环22，静环21包括第一安装环、发射器和发射线圈，动环22包括第二安装环、接收器和接收线圈，第一安装环和第二安装环均作为外壳和基体，第一安装环包裹发射器和发射线圈、第二安装环包裹接收器和接收线圈集成为一体；动环22同轴固定在轴段1上，静环21同轴设于轴段1周围，并通过外部支撑进行固定；工作时，动环22随轴段1转动，外部电源模块3接入220V交流电为静环21通电，通过电磁感应的方式，即静环21通电产生磁场动环22随轴转动切割磁感线产生电能，静环21将电传给动环22，动环22经过电路处理后，将电提供给信号采集与无线传输模块4，使其持续稳定工作。
为便于安装，参照图1，第一安装环和第二安装环均包括两半环，半环采用长螺栓加螺母的方式进行固定安装，第一安装环和第二安装环直径尺寸根据轴径变化，宽度一般30mm左右，可根据现场情况进行特制；此外，为延长使用寿命，静环21与轴段1单边间隙至少保证5-10mm，甚至更大距离，并做防尘等外部及内部灌胶固化处理，同时静环21还具有外壳接地保护、短路保护、限流保护、过热保护等安全措施，并采用自然冷却的方式。
参照图1，信号采集与无线传输模块4包括三向振动传感器41、信号采集器42和无线传输器43，均固定集成于动环的动环22内，随着动环22同步运动，以进行信号采集；三向振动传感器41对相互垂直的X、Y、Z三轴方向的加速度进行测量，获取轴系旋转态下的轴段1截面处的截面圆两条相互垂直的直径方向、垂直截面圆方向的三个方向的加速度信号；这样设置的目的是，基于X、Y、Z三个方向所测量得到的加速度信号，经计算处理，可得到轴系的扭转振动、纵向振动和回旋振动的状态数据。
参照图1，三向振动传感器41对加速度信号进行测量后，信号采集器42采集三向振动传感器41测量的加速度数据，之后再通过无线传输器43将加速度数据无线传输给现场信号采集与处理模块5。
此外，为保证信号采集的稳定性、降低轴在旋转状态下的变形等对振动信号采集影响，需要多个振动信号采集与传输模4，均布在动环内，在本实施例中参照图2，振动信号采集与传输模4具体为4个。
现场信号采集与处理模块5包括无线接收器、解析器和存储器；实际使用时，无线传输器无线发射加速度数据，无线接收器接收无线传输器发射的无线信号即加速度数据，完成加速度信号的无线传输；接着解析器将这些加速度数据解析处理得到纵向振动、扭转振动和回旋振动等振动数据，同时存储器将这些振动数据进行存储。
需要注意的是，实际安装时，参照图1，只有动环22和信号采集与无线传输模块4是需要安装在轴段1上的，静环21、外部电源模块3和现场信号采集与处理模块5均可布置在现场，整体对轴段1的负载较少，减少相关硬件设备对轴段1稳定性的影响，提高测量精准度。
本发明的一个具体使用过程如下：
静环21通电，产生磁场，轴段1工作转动，动环22随着轴段1转动而转动，进而切割磁感线产生稳定、持续电流，为信号采集与无线传输模块4供电，三向振动传感器41测量轴段1工作时的加速度数据，无线传输器43将加速度数据无线传输给现场信号采集与处理模块5，无线接收器接收加速度数据，解析器将这些加速度数据解析处理得到纵向振动、扭转振动和回旋振动等振动数据，实现船舶轴系振动的监测。
本发明具备如下有益效果：
1、本发明通过电磁感应为信号采集与无线传输模块4提供持续稳定的电流，实现对船舶振动的长期有效监测；
2、整个装置通过电磁感应与无线传输原理，使得只有动环22和信号采集与无线传输模块4必须安装在轴段1上，以此减少相关硬件设备对轴段1稳定性的影响，提高测量精准度。
以上对本发明所提供的一种船舶超长轴系振动状态测量装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构以及原理进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的结构及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种船舶超长轴系振动状态测量装置，设置于所述船舶超长轴系的轴段上，其特征在于，所述装置包括：
感应供电模块，所述感应供电模块包括静环和动环，所述静环包括同轴设于所述轴段周围的第一安装环以及设于所述第一安装环内部的发射器和发射线圈，所述动环包括同轴固定设于所述轴段上的第二安装环以及设于所述第二安装环内部的接收线圈和接收器；
外部电源模块，用于为所述发射器与发射线圈供电；
信号采集与无线传输模块，固定设于第二安装环内，用于采集所述轴段的加速度数据并将所述加速度数据进行无线传输；
现场信号采集与处理模块，用于接收所述信号采集与无线传输模块发送的加速度数据，并解析处理成振动数据。
2.根据权利要求1所述的一种船舶超长轴系振动状态测量装置，其特征在于，所述信号采集与传输模块包括固定设于所述第二安装环内的三向振动传感器、信号采集器和无线传输器；所述三向振动传感器用于对所述轴段的加速度进行测量，所述信号采集器用于采集所述三向振动传感器测量的加速度数据，所述无线传输器用于将所述加速度数据进行无线传输。
3.根据权利要求2所述的一种船舶超长轴系振动状态测量装置，其特征在于，所述现场信号采集与处理模块包括无线接收器和解析器，所述无线接收器用于接收所述无线传输器发射的加速度数据，所述解析器用于将所述加速度数据解析成振动数据。
4.根据权利要求3所述的一种船舶超长轴系振动状态测量装置，其特征在于，所述加速度数据包括相互垂直的三个方向的加速度数据，所述振动数据包括纵向振动、扭转振动和回旋振动数据。
5.根据权利要求3所述的一种船舶超长轴系振动状态测量装置，其特征在于，所述现场信号采集与处理模块还包括用于存储所述振动数据的存储器。
6.根据权利要求1所述的一种船舶超长轴系振动状态测量装置，其特征在于，所述感应供电模块设置有多个，并均布于所述第二安装环内。
7.根据权利要求1所述的一种船舶超长轴系振动状态测量装置，其特征在于，所述第一安装环与所述第二安装环均包括两半环，所述半环固定设置于所述轴段上。
8.根据权利要求1所述的一种船舶超长轴系振动状态测量装置，其特征在于，所述第一安装环外部和内部进行灌胶固化。
9.根据权利要求1所述的一种船舶超长轴系振动状态测量装置，其特征在于，所述外部电源模块接220V标准交流电。
10.根据权利要求1所述的一种船舶超长轴系振动状态测量装置，其特征在于，所述第一安装环与所述轴段单边具有间隙。
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