CN216770503U

CN216770503U - 一种用于船舶动力装置对中偏差监测的装置

Info

Publication number: CN216770503U
Application number: CN202220005108.XU
Authority: CN
Inventors: 杨博; 周臻; 戎志祥; 王燕萍; 郭丰泽; 朱奎; 仇立兵; 江嘉堃
Original assignee: Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute
Current assignee: 711th Research Institute of CSIC
Priority date: 2022-01-04
Filing date: 2022-01-04
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2032-01-04

Abstract

本实用新型公开了一种用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，包括激光器、准直器、位置传感器和数据采集与处理模块。激光器用于发射激光；准直器固定连接在船舶动力装置的基准设备上，且与激光器相连接，准直器的中心线与船舶动力装置的被测设备的中心线之间成一定角度；位置传感器固定连接在被测设备上，且位置传感器的感光面与准直器相对安装，用于感测准直器的激光光束；数据采集与处理模块电连接至位置传感器，用于采集并处理位置传感器的电信号。根据本实用新型的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，能够有效提高被测设备相对于基准设备对中偏差的监测精度，自动化程度高，且结构简单，体积小，对船舶动力装置等被测系统具有较强的兼容性。

Description

一种用于船舶动力装置对中偏差监测的装置

技术领域

本实用新型涉及船舶柴油机动力装置技术领域，尤其涉及一种用于船舶动力装置对中偏差监测的装置。

背景技术

动力装置是船舶动力系统至关重要的组成部分，动力装置的对中，即动力装置的轴对中，是动力装置集成业务的重点工作之一。对中质量直接影响动力装置的运营成本和可靠性。如果出现对中超差，则容易导致轴承受的力变复杂，轴承和密封装置磨耗增加，甚至轴承“抱轴”，联轴器承受异常扭力，寿命和传动效率降低，轴系振动超标等。对中超差会带来巨大的运行风险和经济损失。

目前主要从两方面保障对中质量，一是安装调试中的静态对中，二是动力装置运行时的对中在线监测。

保证静态对中的方法主要有靠尺法、千分表法和激光法。靠尺法一般用于设备粗对中或对中精度要求较低的场合。千分表法中的单表法操作方便，精度较高，应用较为广泛。激光法可以避免千分表测杆变形引起的系统误差，现场操作简单且易于实现自动化和智能化，近二十年来逐渐有取代千分表法的趋势。

而对中在线监测技术目前处于探索发展阶段，各种技术方案均存在不同程度的局限性。且现有的对中在线监测装置由于结构的原因，难以与被测系统集成，对不同被测系统的兼容性较差。且对监测装置的安装精度要求比较高，无法同时对多个方向的位移以及旋转角度进行测量。

为此，本实用新型提供了一种用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，以至少部分地解决相关技术中的问题。

实用新型内容

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型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。

为了至少部分地解决上述问题，本实用新型提供了一种用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，所述装置包括：

激光器，所述激光器用于发射激光；

准直器，所述准直器固定连接在所述船舶动力装置的基准设备上，且与所述激光器相连接，所述准直器的中心线与所述船舶动力装置的被测设备的中心线之间成一定角度；

位置传感器，所述位置传感器固定连接在所述被测设备上，且所述位置传感器的感光面与所述准直器相对安装，用于感测所述准直器的激光光束；

数据采集与处理模块，所述数据采集与处理模块电连接至所述位置传感器，用于采集并处理所述位置传感器的电信号。

根据本实用新型的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，将准直器固定连接在船舶动力装置的基准设备上，并将准直器的中心线构造为与船舶动力装置的被测设备的中心线之间成一定角度，能够有效提高被测设备相对于基准设备对中偏差的监测精度；将位置传感器固定连接在被测设备上，且将位置传感器的感光面与准直器相对安装，能够保证位置传感器感测到准直器发射的激光光束；通过数据采集与处理模块采集并处理位置传感器的电信号，能够有效提高对中监测的自动化程度。此外，根据本实用新型的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，结构简单，体积小，在使用时，只需将准直器和位置传感器安装在船舶动力装置的基准设备和被测设备上，对激光器和数据采集与处理模块的布置位置没有特殊要求，因此对船舶动力装置等被测系统具有较强的兼容性，且可以大范围调整安装位置。

可选地，所述准直器的中心线通过所述位置传感器的感光面的中心点。

可选地，所述位置传感器的测量精度为δ，所述被测设备沿所述被测设备的中心线方向的位移的测量误差为ε，所述准直器的中心线与所述被测设备的中心线之间的所述角度不小于arctan(δ/ε)。

可选地，所述装置还包括分光器，所述分光器连接至所述激光器，所述准直器通过光纤连接至所述分光器。

可选地，所述准直器至少为三个，所述位置传感器的数量与所述准直器的数量一致，且与所述准直器一一对应。

可选地，所述基准设备为柴油机，所述被测设备为轴支架或发电机，所述准直器和所述位置传感器分别安装在所述柴油机的机体和所述轴支架或所述发电机的机体相对的位置。

可选地，所述基准设备为柴油机，所述被测设备为轴支架或发电机，所述准直器安装在所述柴油机的输出轴的外表面，所述位置传感器安装在与所述轴支架的或所述发电机相连的传动轴的外表面。

可选地，所述准直器通过焊接或者螺接的方式连接至所述基准设备，所述位置传感器通过焊接或者螺接的方式连接至所述被测设备。

可选地，所述位置传感器为二维位置传感器，所述二维位置传感器构造为光点位置传感器、CCD相机、CMOS相机和四象限传感器中的一种。

可选地，所述数据采集与处理模块包括修正模块，所述修正模块用于修正所述基准设备和所述被测设备的热膨胀和油膜变化引起的测量误差。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。

附图中：

图1为根据本实用新型的一个优选实施方式的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置与船舶动力装置连接的示意图；

图2为根据本实用新型的一个优选实施方式的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置与船舶动力装置连接的另一示意图；以及

图3为根据本实用新型的一个优选实施方式的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置的被测设备校正的示意图。

附图标记说明：

100：用于船舶动力装置对中偏差监测的装置 110：激光器

120：分光器 130：准直器

131：第一准直器 132：第二准直器

133：第三准直器 140：光纤

150：位置传感器 151：第一位置传感器

152：第二位置传感器 153：第三位置传感器

160：数据采集与处理模块 161：数据采集装置

162：服务器 170：基准设备

171：输出轴 180：被测设备

181：传动轴 191：第一螺栓

192：第二螺栓 193：第三螺栓

194：第四螺栓

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实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型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，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本实用新型。显然，本实用新型的施行并不限定于该技术领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式，不应当解释为局限于这里提出的实施方式。

应当理解的是，在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施方式并且不作为本实用新型的限制，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。本实用新型中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

本实用新型中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

以下，将参照附图对本实用新型的具体实施方式进行更详细地说明，这些附图示出了本实用新型的代表实施方式，并不是限定本实用新型。

参考图1，根据本实用新型的一个优选实施方式的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置100包括激光器110、准直器130、位置传感器150和数据采集与处理模块160。船舶动力装置包括基准设备170和被测设备180。基准设备170可以为柴油机，被测设备180可以为支撑传动轴的轴支架或发电机。

激光器110用来产生单束激光。

准直器130与激光器110相连接，以发射激光器110产生的激光光束，并调整激光光束的射出方向。准直器130固定连接在船舶动力装置的基准设备170上，如可通过焊接或螺接接等的方式将准直器130固定连接至基准设备170。在图1所示实施方式中，准直器130固定安装在基准设备170的机体上，如柴油机等基准设备170的机体上。优选地安装在柴油机等基准设备170的机体的朝向轴支架或发电机等被测设备180的面上。

在准直器130的安装过程中，优选地使得准直器130的中心线与被测设备180的中心线之间成一定角度，以有效提高被测设备180相对于基准设备170对中偏差的监测精度。

优选地，若位置传感器150的测量精度为δ，被测设备180沿被测设备180的中心线方向的位移的测量误差为ε，则准直器130的中心线与被测设备180的中心线之间的角度不小于arctan(δ/ε)。

在图1所示实施方式中，设置有三个准直器130，即第一准直器131、第二准直器132和第三准直器133。如此能够发射三束激光光束。便于建立下文中即将提到的非线性方程组，并通过求解非线性方程组获得被测设备180相对于基准设备170的移动和/或旋转的参数，即被测设备180相对于基准设备170的对中偏差。

可以理解，在未示出的实施方式中，准直器130的数量可以根据所需激光光束的数量进行设置，如设置四个、五个或六个等。也就是说，准直器130的数量至少为三个。

在图1所示实施方式中，用于船舶动力装置对中偏差监测的装置100优选地还包括分光器120。分光器120连接至激光器110，以对激光器110产生的单束激光进行分光。固定连接在船舶动力装置的基准设备170上(如基准设备170的机体上)的三个准直器130分别通过光纤140连接至分光器120，以发射三束激光光束。通过设置分光器120，能够获得需要的激光光束的数量，进而减少激光器110的数量，有利于简化用于船舶动力装置对中偏差监测的装置100的结构。

可以理解，在未示出的实施方式中，也可以通过布置多个激光器110，如至少三个激光器110，使准直器130直接与激光器110一一对应连接，以发射多束激光光束，如至少三束激光光束。

位置传感器150固定连接在被测设备180上，并与被测设备180之间保持刚性连接，如可通过焊接或螺接等的方式将位置传感器150固定连接至被测设备180。

位置传感器150用于感测准直器130射出的激光光束。也就是，准直器130射出的激光光束能够在位置传感器150上形成光斑。通过位置传感器150能够获得光斑相对于位置传感器150的中心的位置坐标。

在图1所示实施方式中，位置传感器150固定安装在被测设备180的机体上，如轴支架或发电机等被测设备180的机体上，优选地安装在轴支架或发电机等被测设备180的机体的朝向柴油机等基准设备170的面上。也就是说，位置传感器150的感光面与准直器130相对安装，具体地为位置传感器150的感光面与准直器130的出射口相对安装，以保证位置传感器150能够感测到准直器130发射的激光光束。

位置传感器150可以为光点位置传感器、CCD相机、CMOS相机或四象限传感器等二维位置传感器。

在图1所示实施方式中，位置传感器150的数量与准直器130的数量一致，即设置有三个位置传感器150，即第一位置传感器151、第二位置传感器152和第三位置传感器153。第一位置传感器151用于感测第一准直器131射出的激光光束，第二位置传感器152用于感测第二准直器132射出的激光光束，第三位置传感器153用于感测第三准直器133射出的激光光束。也就是说，位置传感器150与准直器130一一对应。

为了提高测量精度，并保证被测设备180相对于基准设备170发生移动和/或转动的过程中，位置传感器150能够感测到准直器130射出的激光光束，在布置准直器130和位置传感器150时，应调整准直器130或位置传感器150，使得准直器130的中心线与位置传感器150的感光面的交点落在感光面的中心点附近，优选地使得准直器130的中心线通过位置传感器150的感光面的中心点。

数据采集与处理模块160用于采集并处理位置传感器150的电信号。具体地，数据采集与处理模块160可以包括数据采集装置161和服务器162。数据采集装置161与位置传感器150和服务器162相连接，以采集位置传感器150的电信号，如采集光斑相对于位置传感器150的中心的位置坐标相关的电信号，并将电信号输送至服务器162进行处理。服务器162也能够用来求解下文中即将提到的非线性方程组，并输出被测设备180相对于基准设备170的移动和/或旋转的参数，即输出被测设备180相对于基准设备170的对中偏差。

优选地，数据采集与处理模块160还包括修正模块，修正模块用于修正基准设备170和被测设备180的热膨胀和油膜变化引起的测量误差，以有效提高对被测设备180相对于基准设备170的对中偏差监测的精度。

参考图2，其示出了根据本实用新型的优选实施方式的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置100与船舶动力装置连接的另一示意图。在图示实施方式中，准直器130安装在柴油机等基准设备170的输出轴171的外表面，位置传感器150安装在与轴支架或发电机等被测设备180相连的传动轴181的外表面，以进一步提高对被测设备180相对于基准设备170的对中偏差监测的精度。

根据本实用新型的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置100，结构简单，体积小，在使用时，只需将准直器130和位置传感器150安装在船舶动力装置的基准设备170和被测设备180上，对激光器110、分光器120和数据采集与处理模块160的布置位置没有特殊要求，因此对船舶动力装置等被测系统具有较强的兼容性，且在安装时可以大范围调整安装位置。

将本实用新型的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置100与船舶动力装置等被测系统连接完成后，可以启动相应程序，在线监测船舶动力装置中轴支架或发电机等被测设备180相对于柴油机等基准设备170的对中偏差。具体监测过程为探索准直器130射出的激光光束在位置传感器150上形成的光斑的位置如何发生变化的过程。

开始监测之前，需先建立空间坐标系OXYZ，并基于空间坐标系OXYZ建立非线性方程组。空间坐标系OXYZ的坐标原点O为位置传感器150的感光面与被测设备180的中心线的交点，空间坐标系OXYZ以被测设备180的中心线为Z轴，以水平方向为X轴，以竖直方向为Y轴，具体地参考图3。

以三个准直器130和三个位置传感器150为例，基于空间坐标系OXYZ可以建立如下非线性方程组：

其中，R_x(α)＝[1 0 0；0 cosα -sinα；0 sinα cosα]，R_y(β)＝[cosβ 0 sinβ；0 10；-sinβ 0 cosβ]，R_z(γ)＝[cosγ -sinγ 0；sinγ cosγ 0；0 0 1]，α、β和γ分别为被测设备180相对于基准设备170沿空间坐标轴X轴、Y轴和Z轴的旋转角度，δx、δy和δz分别为被测设备180沿空间坐标轴X轴、Y轴和Z轴的位移；(x_L1，y_L1，z_L1)、(x_L2，y_L2，z_L2)和(x_L3，y_L3，z_L3)分别为初始时刻第一准直器131、第二准直器132和第三准直器133所射出的激光光束的方向矢量；(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)和(x₃，y₃，z₃)分别为第一准直器131、第二准直器132和第三准直器133所射出的激光光束在第一位置传感器151、第二位置传感器152和第三位置传感器153所形成的光斑在空间坐标系OXYZ下的空间坐标；(x'₁，y'₁，z'₁)、(x'₂，y'₂，z'₂)和(x'₃，y'₃，z'₃)分别为t时刻第一准直器131、第二准直器132和第三准直器133所射出的激光光束在第一位置传感器151、第二位置传感器152和第三位置传感器153所形成的光斑在空间坐标系O'X'Y'Z'下的空间坐标，空间坐标系O′X′Y′Z′为在t时刻空间坐标系OXYZ随被测设备180移动和/或旋转所形成的空间坐标系；const₁、const₂和const₃为未知常量。

上述非线性方程组中方程的个数与未知变量的个数一致，因此，通过数据采集与处理模块160对上述非线性方程组进行求解，即可得到被测设备180相对于基准设备170沿空间坐标轴X轴、Y轴和Z轴的位移δx、δy和δz，以及旋转角度α、β和γ，即轴支架或发电机等被测设备180相对于柴油机等基准设备170的对中偏差。

当δx、δy、δz、α、β和γ有至少一个超出允许变化范围时，数据采集与处理模块160可以发出警告，并报告超出允许变化范围的程度。在条件允许的情况下可以进行停机校正。

继续参考图3，在空间坐标系OXYZ下，坐标原点O与轴支架或发电机等被测设备180的底面的距离为H，轴支架或发电机等被测设备180的第二螺栓192和第三螺栓193之间的间距为L，第三螺栓193和第四螺栓194之间的间距为W，OXY平面到第三螺栓193的距离为P。

校正时，先拆除第一螺栓191、第二螺栓192、第三螺栓193和第四螺栓194等紧固件。将轴支架或发电机等被测设备180分别沿OX方向平移-δx，沿OZ方向平移-δz，绕OY轴旋转-β；然后将第一螺栓191、第二螺栓192、第三螺栓193和第四螺栓194均垫高-δy-L/2×tanγ+W×P/(W+P)×tanα；再将第三螺栓193和第四螺栓194均垫高L×tanγ；最后将第一螺栓191和第四螺栓194均垫高W×tanα，即可完成校正操作。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型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，不是旨在限制本实用新型。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他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。

本实用新型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，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型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实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，其特征在于，所述装置包括：

激光器，所述激光器用于发射激光；

2.根据权利要求1所述的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，其特征在于，所述准直器的中心线通过所述位置传感器的感光面的中心点。

3.根据权利要求1所述的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，其特征在于，所述位置传感器的测量精度为δ，所述被测设备沿所述被测设备的中心线方向的位移的测量误差为ε，所述准直器的中心线与所述被测设备的中心线之间的所述角度不小于arctan(δ/ε)。

4.根据权利要求1所述的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，其特征在于，所述装置还包括分光器，所述分光器连接至所述激光器，所述准直器通过光纤连接至所述分光器。

5.根据权利要求1所述的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，其特征在于，所述准直器至少为三个，所述位置传感器的数量与所述准直器的数量一致，且与所述准直器一一对应。

6.根据权利要求1所述的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，其特征在于，所述基准设备为柴油机，所述被测设备为轴支架或发电机，所述准直器和所述位置传感器分别安装在所述柴油机的机体和所述轴支架或所述发电机的机体相对的位置。

7.根据权利要求1所述的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，其特征在于，所述基准设备为柴油机，所述被测设备为轴支架或发电机，所述准直器安装在所述柴油机的输出轴的外表面，所述位置传感器安装在与所述轴支架或所述发电机相连的传动轴的外表面。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，其特征在于，所述准直器通过焊接或者螺接的方式连接至所述基准设备，所述位置传感器通过焊接或者螺接的方式连接至所述被测设备。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，其特征在于，所述位置传感器为二维位置传感器，所述二维位置传感器构造为光点位置传感器、CCD相机、CMOS相机和四象限传感器中的一种。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的用于船舶动力装置对中偏差监测的装置，其特征在于，所述数据采集与处理模块包括修正模块，所述修正模块用于修正所述基准设备和所述被测设备的热膨胀和油膜变化引起的测量误差。