CN211234959U

CN211234959U - 一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统

Info

Publication number: CN211234959U
Application number: CN201922289088.4U
Authority: CN
Inventors: 万海波; 石迎潮; 李贤燚; 涂海华; 张星
Original assignee: Ningbo Huisheng Zhichuang Technology Co ltd
Current assignee: Ningbo Huisheng Zhichuang Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-08-11
Anticipated expiration: 2029-12-19

Abstract

本实用新型公开了一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，其特征在于，包括：采集模块、信号分析处理模块和监测诊断模块；所述采集模块包括振动加速度测量单元、扭转振动测量单元、横向和纵向振动测量单元、轴功率测量单元、声音测量单元以及信号采集单元；所述振动加速度测量单元、扭转振动测量单元、横向和纵向振动测量单元、轴功率测量单元、声音测量单元以及信号采集单元分别对应设在船舶轴系的测量位置并分别与所述信号采集单元相连；所述信号采集单元将采集到的数据上传到所述信号分析处理模块以及所述监测诊断模块。本实用新型可实时监控船舶轴系振动状态，并及时发现可能出现的故障，给出维修建议。

Description

一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统

技术领域

本实用新型属于船舶轴系监测领域，更具体地，涉及一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统。

背景技术

船舶推进系统一般包括推力轴、中间轴系、艉轴、螺旋桨以及相对应的推力轴承、中间轴承和艉轴承，其中推进轴系主要功能为将主机输出的扭转力矩传递至螺旋桨处并使之旋转，进而产生纵向的推动力。在轴系运行过程中，不可避免地会引起振动，是影响船舶安全稳定航行的重要因素。从声隐身性的角度，由于船舶艉部壳体刚度相对较低，船舶轴系纵向振动及其引起的壳体耦合振动低频线谱在艇体辐射水声中比较明显，导致船舶极易被敌方声纳探测发现，对船舶的声隐身性能造成了严重危害；从安全航行的角度，船舶轴系产生的扭转振动、纵向振动、回旋振动会对轴系本身造成危害，严重时会引起主机曲轴故障、轴系疲劳损坏、艉轴承变形及密封失效等恶性事故发生，甚至造成轴段断裂等极端情况；同时由于我国东海出海口附近海域复杂，渔民作业频繁，船舶容易出现螺旋桨缠绕渔网情况，导致轴系振动异常，给船舶安全航行带来较大隐患。

因此，如何掌握和了解在航船舶的轴系振动状态，及时发现和修复可能出现的故障，是船舶所面临的重要安全性问题。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供种一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，包括：

采集模块、信号分析处理模块和监测诊断模块；

所述采集模块包括振动加速度测量单元、扭转振动测量单元、横向和纵向振动测量单元、轴功率测量单元、声音测量单元以及信号采集单元；

所述振动加速度测量单元、扭转振动测量单元、横向和纵向振动测量单元、轴功率测量单元、声音测量单元以及信号采集单元分别对应设在船舶轴系的测量位置并分别与所述信号采集单元相连；

所述信号采集单元将采集到的数据上传到所述信号分析处理模块以及所述监测诊断模块。

进一步地，所述振动加速度测量单元包括振动加速度传感器，所述振动加速度传感器可测试轴系运行过程中产生的振动信号。

进一步地，所述扭转振动测量单元包括扭转振动传感器，所述扭转振动传感器可测试轴系扭振，所述扭转振动传感器在轴系上选非节点位置进行扭转振动测量，所述扭转振动传感器对轴系扭振非接触式测量。

进一步地，所述横向和纵向振动测量单元包括激光位移传感器，其中，在轴系界面的水平和垂直方向设置所述激光位移传感器，可测量横向的振动幅度。

进一步地，在轴系端面和或轴系扭振测速齿盘端面设置所述激光位移传感器，可测量纵向的振动幅度。

进一步地，所述轴功率测量单元包括轴功率传感器，所述轴功率传感器可测量轴系的扭矩和转速，进而可计算得到轴系的功率。

进一步地，所述声音测量单元包括传声器，所述传声器可测量船舱的声压值。

进一步地，所述信号采集单元包括转接接线箱，所述转接接线箱可将多个所述加速度测量单元、所述扭转振动测量单元、所述横向和纵向振动测量单元、所述轴功率测量单元、所述声音测量单元的线缆转接到一起。

进一步地，所述监测诊断模块可实时检测轴系状态和振动状态，若所述轴系状态和或所述振动状态异常，所述监测诊断模块会发出报警信号。

进一步地，所述监测诊断模块可根据故障特征，识别出故障类型，并给出维修建议。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本实用新型提供的一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，可实现对多物理量同时采集，包括对轴系的振动加速度、声压、横振、纵振、转速及轴功率数据进行实时采集、传输，获取其状态信息，全面测量轴系运行状态。

2.本实用新型提供的一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，可按舱室内不同信号配备不同类别转接接线箱，将多跟信号线缆通过转接接线箱后汇总为一个线缆，连接至工控机。

3.本实用新型提供的一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，通过实时数据的时域、频域等分析，获取船舶轴系实时状态信息，对轴系运行状态进行实时判断，并预测可能出现的故障，并做出提示，且具备离线数据分析功能。

附图说明

图1为本实用新型实施例多船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例多轴机器人全自动化智能拧紧系统的转接接线盒结构示意图；

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型实施例提供种一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，如图1-2所示，包括：采集模块、信号分析处理模块和监测诊断模块；

采集模块包括振动加速度测量单元、扭转振动测量单元、横向和纵向振动测量单元、轴功率测量单元、声音测量单元以及信号采集单元；

振动加速度测量单元、扭转振动测量单元、横向和纵向振动测量单元、轴功率测量单元、声音测量单元以及信号采集单元分别对应设在船舶轴系的测量位置并分别与信号采集单元相连；

信号采集单元将采集到的数据上传到信号分析处理模块以及监测诊断模块。

进一步地，振动加速度测量单元包括振动加速度传感器，振动加速度传感器可测试轴系运行过程中产生的振动信号。

优选地，利用加速度传感器对轴系运行过程中产生的振动信号进行测试，可用多轴工业ICP振动加速度传感器。

进一步地，扭转振动测量单元包括扭转振动传感器，扭转振动传感器可测试轴系扭振，扭转振动传感器在轴系上选非节点位置进行扭转振动测量，扭转振动传感器对轴系扭振非接触式测量。

进一步地，在轴系上选单个点(非节点位置)进行扭转振动测量。轴系扭振采用非接触测量，需要对原始采样信号经过一系列后处理才能获得轴系的扭振测量结果。

进一步地，用磁电法测量轴系瞬时转速的原始信号，然后对其进行多项式插值、滤波、整周期平均、齿平均等处理，采用零值点法提取轴系的瞬时转速,最后对瞬时转速积分获得扭振的测量结果。

进一步地，选用测速齿盘-磁电式传感器作为信号拾取系统，从而产生与轴转速相关的电压脉冲信号，其中测速齿盘具体需要根据轴系直径进行定制化加工设计，其齿数不少于100，整个齿盘选用轻质材料构成，不会影响轴系安全运行。

优选地，磁电式传感器选用SZB-16L-9霍尔转速传感器。

进一步地，横向和纵向振动测量单元包括激光位移传感器，其中，在轴系界面的水平和垂直方向设置所述激光位移传感器，可测量横向的振动幅度。

进一步地，在轴系端面和或轴系扭振测速齿盘端面设置激光位移传感器，可测量纵向的振动幅度。

进一步地，横向振动均通过激光位移传感器采集测量，其中横向振动的测量即通过在轴系某一截面的水平和垂直方向安装两只激光位移传感器，测量轴系回旋振动在测点处两个方向的振动幅值大小，并通过对这两个方向的振动信号进行互相关，获得当前轴系横向振动情况。

进一步地，纵向振动的测量可在轴系端面或者轴系扭振测速齿盘端面进行测量，传感器选用ZA21系列电涡流传感器。

进一步地，轴功率测量单元包括轴功率传感器，轴功率传感器可测量轴系的扭矩和转速，进而可计算得到轴系的功率。

优选地，采用第二代扭矩功率监测系统TPM2测量轴扭矩和转速，从而计算出轴功率，其测点位置轴系前端。

进一步地，声音测量单元包括传声器，传声器可测量船舱的声压值。

进一步地，舱室内部可以布置记录舱室声音的传声器，用于采集设备运行、停止时舱室内的声压值，目前选用型号为PCB378A21。

进一步地，信号采集单元包括转接接线箱，转接接线箱可将多个加速度测量单元、扭转振动测量单元、横向和纵向振动测量单元、轴功率测量单元、声音测量单元的线缆转接到一起。

进一步地，船舶的单根轴系需要穿过艉舱、后辅机舱、后电站舱、齿轮箱舱、燃气轮机舱和舵机舱6个舱室，每个舱室根据室内布局，设置不同类别的传感器对轴系状态进行监测，对同一个舱室内同类型信号进行汇总，将多跟同类型信号4芯线缆汇总到接线盒，然后转成一根19芯线缆连接到工控主机显控箱上，具体结构为一面是五个4芯航插输入，对面是19芯航插，输出到显控箱。

进一步地，信号分析处理模块硬件选用NI组件来实现。

进一步地，信号分析处理模块硬件包括机箱，NI 9231，NI 9221和NI 9402。

进一步地，机箱是8槽机箱，基于TSN的以太网CompactDAQ机箱—cDAQ-9189是专为小型或分布式传感器测量系统设计的总线供电CompactDAQ以太网机箱。

进一步地，机箱还可控制C系列I/O模块与外部主机之间的定时、同步和数据传输。可结合多种C系列I/O模块，创建模拟I/O、数字I/O和计数器/定时器测量的组合。

进一步地，机箱通过基于TSN的网络提供精确、同步的时序，非常适合长距离高分布测量。

进一步地，机箱具有集成网络开关，用于简单的菊花链连接，机箱还有四个32位通用计数器/定时器，可通过硬件定时数字C系列模块访问，适用于涉及正交编码器、PWM、脉冲串生成等应用。

进一步地，NI 9231集卡是8通道，51.2kS/s/ch，±5V，C系列声音和振动输入模块，NI-9231是一款高密度声音和振动模块，能够测量来自速度计、转速计和接近式探针等集成电子压电(IEPE)和非IEPE传感器的信号。该模块可以执行现代麦克风和加速计所需的高动态范围测量，并具有同步采样功能。

进一步地，NI-9231集成了一条TEDS输入路径和2mA IEPE信号激励源，这两者均可打开或关闭，因而无需使用外部传感器电源，同时降低了数据采集系统的复杂性。

进一步地，NI 9221是一种模拟输入模块，可用于CompactDAQ和CompactRIO系统。

进一步地，NI 9221可提供8通道±60V输入，采样率为800kS/s。NI 9221主要实现电压、电流信号的采集。

进一步地，NI 9402为数字输入/输出模块，可用于任意CompactDAQ及CompactRIO系统，可对每个通道配置通道方向为输入或输出，通道和背板间，每个通道瞬态隔离为1000Vrms，借助可重新配置I/O(RIO)技术(仅CompactRIO)，可使用LabVIEW FPGA模块对NI9402进行编程，以实现自定义高速计数器/定时器、数字通信协议、脉冲生成，每个通道的I/O通道和背板之间都具有瞬态隔离。

进一步地，监测诊断模块可实时检测轴系状态和振动状态，若轴系状态和或所述振动状态异常，监测诊断模块会发出报警信号。

进一步地，监测诊断模块可根据故障特征，识别出故障类型，并给出维修建议。

进一步地，监测诊断模块该模块可以完成信号灵敏度、采样频率、触发方式等设置，同时对系统保存文件夹进行设置。同时可以灵活设置采集保存的数据格式(txt/wav格式等)，并将数据文件单独存储为振动、噪声及电流等独立信号，

进一步地，监测诊断模块该模块可以实时显示测试信号时域波形、频谱及相关特征参数；以通用数据格式保存数据，建立数据库，便于查询、显示、统计、管理、以及导出数据，同时实现趋势分析；实时处理数据，显示处理结果，为评估船舶轴系运行状态及故障诊断维修提供依据；离线分析数据，回放分析以往数据；

进一步地，监测诊断模块该模块可以实时监测轴系及振动状态，若振动量级超限能够及时报警，同时避免出现“虚报警”或“误报警”的情况；

进一步地，监测诊断模块该模块根据振动故障特征，能够将前期故障录入，结合机器学习，实现故障判定分析，并给出维修建议，提供船舶轴系健康状态数据支撑。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，其特征在于，包括：

采集模块、信号分析处理模块和监测诊断模块；

2.根据权利要求1所述的一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，其特征在于，所述振动加速度测量单元包括振动加速度传感器，所述振动加速度传感器可测试轴系运行过程中产生的振动信号。

3.根据权利要求2所述的一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，其特征在于，所述扭转振动测量单元包括扭转振动传感器，所述扭转振动传感器可测试轴系扭振，所述扭转振动传感器在轴系上选非节点位置进行扭转振动测量，所述扭转振动传感器对轴系扭振非接触式测量。

4.根据权利要求3所述的一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，其特征在于，所述横向和纵向振动测量单元包括激光位移传感器，其中，在轴系界面的水平和垂直方向设置所述激光位移传感器，可测量横向的振动幅度。

5.根据权利要求4所述的一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，其特征在于，在轴系端面和/或轴系扭振测速齿盘端面设置所述激光位移传感器，可测量纵向的振动幅度。

6.根据权利要求5所述的一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，其特征在于，所述轴功率测量单元包括轴功率传感器，所述轴功率传感器可测量轴系的扭矩和转速，进而可计算得到轴系的功率。

7.根据权利要求6所述的一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，其特征在于，所述声音测量单元包括传声器，所述传声器可测量船舱的声压值。

8.根据权利要求7所述的一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，其特征在于，所述信号采集单元包括转接接线箱，所述转接接线箱可将多个所述加速度测量单元、所述扭转振动测量单元、所述横向和纵向振动测量单元、所述轴功率测量单元、所述声音测量单元的线缆转接到一起。

9.根据权利要求8所述的一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，其特征在于，所述监测诊断模块可实时检测轴系状态和振动状态，若所述轴系状态和/或所述振动状态异常，所述监测诊断模块会发出报警信号。

10.根据权利要求9所述的一种船舶轴系状态监测与故障智能诊断系统，其特征在于，所述监测诊断模块可根据故障特征，识别出故障类型，并给出维修建议。