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船舶轴功率常用测量方法及特点

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  • 发布时间:2017/8/9 17:05:51
  • 作者:czy_yinhe

  船舶轴系动力作为船舶航行动力的输出源,其轴功率测量对掌握船舶运行状态和性能具有重要的意义。目前船舶轴系轴功率测量是通过间接测量轴系的输出扭矩和转速得到,其中转速测量技术已经相当成熟,因而扭矩测量技术对轴功率测量精度有很大的影响。

应变片式轴功率测量原理及方法

  以电阻应变片为测量元件进行船舶轴功率测量,是目前船舶行业应用非常广泛的一种扭矩测量方法。该测量系统由扭矩遥测仪、光电式转速传感器数据采集系统和便携式计算机组成。利用金属良好的延展性制成很薄和电阻为定值的金属片即应变片,粘贴在被测轴系的光滑表面上,当应力作用于被测轴系上后,被测轴的表面就会在扭力作用下产生变形,应力传递到应变片,受拉压力应力应变片的电阻发生与被测轴表面变形成正比的变化,因此被测轴的变形量就可以通过测量应变片电阻的变化量来实现,进而轴系的扭矩值也就可以测量出来,应变片在安装时,沿扭矩轴中心线45°f方便粘贴四个应变片,组成全桥式电路。

电阻应变片粘贴方式和电路示意图

图1 电阻应变片粘贴方式和电路示意图

  应变片式测量仪的尺寸小、使用范围广、测量精度高,结构简单,不仅适合于静态测量而且适合于短时动态测量。但由于该传感器信号发射器和供电电池必须与应变片一同安装固定在转轴上,所以就给安装带来了一定的难度,其测量时间受到蓄电池供电能力的影响,不适合长时间监测,且其信号在传输时易受测试环境温度、湿度、粘贴技术及粘贴剂的干扰,会对测量准确度造成影响。

钢弦式轴功率测量原理及方法

  钢弦式船舶轴功率测量方法是另外一种重要的测量方法,钢弦通过卡环安装在被测轴上,当应力作用于被测轴上时,轴表面产生变形,就会拉紧或放松钢弦,从而钢弦自身频率发生变化,进而可以间接测得轴系扭矩。一根长为 的钢弦,当前所受张力为T,则其固有频率为:

a

  式中d表示单位长度钢弦的质量。

  钢弦的张力在被测轴受到的扭矩作用下产生变化,进而引起钢弦振动频率的变化,频率的变化量通过磁电式变换器转换为电信号。钢弦与永久磁钢间的间隙在钢弦发生振动的情况下发生变化,从而磁路的磁阻发生了改变,进而感应电动势在线圈中产生,其频率即钢弦振动频率,经放大器放大后电压信号被输出测量。

  钢弦法工作稳定、性能可靠、测量精度高,对于船舶主机等可以快速地进行高质量的测试。但设备较为笨重,携带、安装不方便、且测量易受到环境因素的影响。此外,钢弦式测量仪的调试时间较长,准备工作需要花较长时间,不适合做快速测量;另外钢弦式测试仪重量、尺寸较大,安装后易对构件的工作状态和应力分布造成一定的影响,所以不适合测量较细的轴。

光栅法轴功率测试方法

  光栅式轴功率测试由两个光电码盘、两个光电传感器、控制器组成,光电码盘由两个半圆环拼接而成,电传感器安装在固定的支架上,保证两个光电传感器与被测轴的轴心线在同一个平面上。两个光电码盘安装在轴的两横截面上,以检测轴的扭转角,它们随轴一起转动,光电码盘上的遮挡齿或者通光孔扫过光电传感器会周期性的遮挡和打开光电开关上光电检测器与发光二极管之间的光路,触发光电传感器产生连续的光脉冲输出,对应的光电开关的输出是同周期的低电平和高电平的脉冲。

光栅正视图与侧视图

图2 光栅正视图与侧视图

  光栅法能对扭矩、转速、轴功率进行瞬时和长时间实时动态监测,及时反映轴系运行状态,提前预测主机、轴系故障的发生,提高设备利用率,降低维修费用。并且性能可靠,响应速度快,抗干扰能力和环境的适应性强,既可以测量轴上单点的功率值,也可测量轴上多段的功率值。