船舶主机轴系交变扭矩与扭振测试装置

文章阐述了交变扭矩与扭振检测装置的测量原理.详细说明了交变扭矩扭振检测装置的组成,并提供测试相关的实时图形数据.装置特点是能够实时显示扭振时域、频域数据、曲线图和3DFFT色谱图,直观明了,无需事后分析处理.     

基于DEWE43V的船舶轴系扭振测量

扭振是影响船舶安全性和舒适性的重要因素,船舶轴系扭振的测量是提高轴系安全性和舒适性设计的重要前提。本文针对以柴油机为主动力的船舶轴系为研究对象,研究了轴系扭振的测量的方法。硬件部分采用测速齿轮、转速传感器和DEWE43V数据采集模块进行瞬时转速的采集;软件部分,在DEWEsoft软件平台的基础上进行二次开发,对瞬时转速进行处理,从而提取扭振信号,实现了船舶轴系扭振的实际测量。     

基于船舶轴系扭振的船用主机气缸动力输出平衡性分析

基于船用柴油机气缸动力输出平衡性评价的基础理论,对某船开展实船轴系扭振测试,在对轴系扭振时域波形图和扭振数据进行分析和计算的基础上,得出该船主机气缸动力输出不平衡变化曲线及相关结论,为进一步应用船舶轴系扭振进行船用柴油机气缸动力输出平衡性研究提供参考。     

冰载荷下柴油机推进轴系扭振的数值方法研究

本文研究出一种可用于计算冰载荷下柴油机推进轴系扭振的数值方法。先介绍了轴系扭振Newmark时域计算方法理论,针对一个多用途船的柴油机推进轴系,应用该计算方法,对柴油机稳定运行工况下的瞬态扭振进行仿真计算,将时域与频域计算结果进行对比,验证了该数值方法的可应用性;同时,在考虑柴油机调速器的情况下,利用刚性轴模型推导出相关激励载荷,并结合上述时域方法计算了额定转速时冰载荷下轴系的扭振响应,得到了轴系的最大响应幅值,并与无冰载荷冲击下的结果进行对比分析。     

船舶柴油机轴系扭振测试程序软件集成开发平台

扭振会对船舶柴油机轴系产生较大的不利影响,致使轴系发生故障或者断裂,需要对其进行精准的测试。为了提升柴油机轴系扭振测试的准确性,设计扭振测试程序软件集成开发平台,其硬件包括传感器选型单元、采集卡选型单元与调理电路设计单元,软件包括扭振测试数据处理模块与轴系扭振计算模块。通过上述硬件单元与软件模块的设计,实现了船舶柴油机轴系扭振测试程序软件集成开发平台的运行。实验结果表明,在共振转速27 r/min时,减振器内外圈振幅分别为3.3°与4.4°,与实测数值保持一致,证实设计平台具备可行性。     

船舶机电设备耦合扭振分析

针对传统的分析方法不能完整全面分析船舶机电设备耦合扭振,提出新的船舶机电设备耦合扭振分析方法。使用CCD和激光测量相结合的非接触测量方法,测量采集机电设备的耦合扭振信号。机电设备的耦合扭振信号经过过滤器处理后,根据Newmark理论进行计算,得到机电设备发生耦合扭振时的各项变量。编写Labview和Matlab软件程序,结合变量参数得到机电设备耦合扭振的频谱图。分析频谱图,机电设备正常运行时,机电设备工作信号频谱幅值较高,当发生耦合扭振时,信号幅值急剧下降后,随着耦合扭振程度加剧,即随着共振频率增加,幅值逐渐上升。当机电设备的共振频率达到频谱临界点时,机电设备会因为耦合扭振产生的强大共振而发生故障。设计与频域扫描分析法的对比实验,实验结果表明设计的船舶机电设备耦合扭振分析方法,更能全面的分析机电设备的各部位耦合扭振,具有优越性。     

燃气轮发电机组短路故障时的机电耦合分析

  目的  对于电力推进装置,推进电机短路故障时的瞬态扭矩激励峰值很大,对推进系统的运行安全影响较大。为此,提出一种短路故障工况下推进装置扭振计算方法。  方法  根据船舶推进装置扭振分析理论,建立系统的时域扭振计算模型,给出短路时推进电机瞬态冲击扭矩作用下系统的响应计算方法。基于此,建立某电力推进装置的计算模型,对其扭振固有特性及3极和2极短路故障时的系统扭振响应进行计算与分析。  结果  结果表明,系统动态特性对短路冲击扭矩的传递具有重要影响,其中,高于系统第1阶弹性模态频率的扭矩成分在传递至推进器端时的衰减很大,推进器处的动态扭矩以第1阶弹性模态频率成分为主,而在推进电机与传动轴−推进器之间设置高弹性联轴器,能大幅衰减冲击扭矩引起的动态响应;瞬态扭矩响应最大值随着电机转速的增加而增加,交变扭矩可达到数倍平均扭矩,由此引起齿轮传动装置的齿面敲击,且传动部件瞬时扭转应力较大。  结论  提出的时间域扭振模型及方法可用于电力推进装置在短路瞬态冲击作用下的响应计算分析,在设计阶段对短路冲击作用下的扭振响应进行校核非常必要,可提高电力推进装置运行的安全性。     

舰船轴系扭振测量及校准研究综述

扭振是舰船传动系统的关键参数之一，直接表征了轴系运转的稳定性和可靠性，对及时发现并消除轴系故障具有重要意义。随着舰船轴系扭振测试需求逐渐由离线分析向长期在线监测发展，对扭振量值的准确性要求愈来愈高。本文综述了当前扭振测试的方法以及误差消除、信号校正等提高测量精度的方法，指出了当前扭振测量方法与实际需求的差距，并比较了电子式校准和机械式校准两种校准方式的优缺点及适用范围，展望了舰船扭振测量校准的发展方向。     

基于扭振信号的柴油机单缸熄火故障诊断与监测

利用曲轴扭振波形参数对柴油机熄火故障进行监测和故障定位分析,并开发故障监测系统。通过试验模拟柴油机熄火故障,利用曲轴扭角峰峰值、各谐次幅值和峭度值可准确地监测熄火故障。对扭角时域波形进行滤波处理后,与上止点参考信号和发火间隔角结合分析,可准确定位发生熄火故障的气缸,开发的故障监测系统可及时对熄火故障进行报警。     

含有皮带驱动附件的船舶柴油机轴系扭振分析

按照造船规范,船舶柴油机轴系扭振计算中,皮带驱动部件可不予考虑。在测试中发现,1台含皮带驱动附件的柴油发电机组轴系扭振固有频率测试值多于计算值。在传统计算模型上增加皮带驱动部件后,并根据实际布置形式建立带分支的扭振计算模型,轴系固有频率的计算与测试结果吻合。分析表明:皮带系统对轴系的扭振存在不可忽视的影响,而且若皮带及驱动设备的参数选择不当,可使轴系扭振固有频率在机组额定转速附近,威胁轴系安全运行。     

冰载荷冲击下的船舶推进轴系瞬态扭转振动响应分析

传统的推进轴系扭转振动响应计算聚焦于稳态响应,而传递矩阵法、系统矩阵法,可以取得满意的稳态计算结果,但无法处理冰区船舶、海洋工程船舶所遇到的变载荷、变惯量等瞬态工况。为了克服频域扭振计算方法在处理瞬态条件扭振问题的局限性,使用 Newmark 法从时域求解轴系扭转振动微分方程组,基于该算法对某船推进轴系在冰载荷作用下的瞬态响应做了数值计算。其结果表明,在冰载荷冲击下,轴系瞬态扭矩比稳态扭矩大;通过时频分析,在冰载荷作用期间,出现了明显的螺旋桨叶频激励,因此须避免冰载荷激励产生轴系扭转振动的叶次共振。 Newmark 法扭振计算结果与实船测试结果对比表明,该方法在稳态响应计算和时域曲线上都与实际测量结果基本一致,具有工程实用性。     

大型船舶推进轴系扭振特性仿真和试验

基于多体动力学耦合理论结合有限元理论,以1艘大型船舶为研究对象,建立其推进轴系的刚柔耦合多体动力学仿真模型,对大型低转速推进轴系在工作中的扭振特性进行研究。在仿真计算的基础上,利用扭振测试系统对实船的扭振进行测量,并从多个谐次将轴系扭振的仿真计算值与试验测量值进行对比和分析。分析结果表明,通过仿真计算得到的轴系扭转振动变化趋势与实际测量值基本相符,验证了仿真模型的正确性和可行性。同时,通过Adams/Virbration模块分析了船体变形对轴系扭振的影响,证明了船体变形会导致轴系扭转振动增大。     

船艇轴系扭振状态测试与分析

由于船艇轴系扭振产生的原因复杂性,开展轴系扭振的测量技术研究显得非常重要.本文主要综合分析了齿轮加工及其工艺、脉冲发生电路时钟频率、船体振动3个方面对扭振测量精度的影响,系统分析了基于频率计数法的扭振测试系统的测试原理,并进行了相应的实船测试实验.结果表明,该测试方法对于船艇轴系扭振的测试达到与理论分析一致,是一种方便有效的船艇轴系扭振的测试方法.     

基于频域分析的冰载荷激励下推进轴系扭振计算方法研究及工程软件开发

受全球气候变暖的影响,极地/冰区航线将在可预见的时间内成为一条连接太平洋和大西洋的新航道。在极地/冰区航行技术的研究中,冰载荷激励下推进轴系扭振计算方法的建立是该轴系设计的关键因素。论文开展了3种冰载荷工况下螺旋桨桨叶激励分析,利用Fourier变换将冰载荷时域(以螺旋桨旋转角度度量的)激励信号转化为频域激励信号。并提出在变速系统中将螺旋桨激励谐次与幅值转化为与柴油机转速相同当量系统的方法。基于冰载荷激励研究与分析成果,开发了基于频域分析的冰载荷激励下推进轴系扭振工程计算软件。这项研究为我国自主开展极地/冰区航行船舶推进轴系的研究和设计奠定了基础。     

船舶推进轴系扭振激光测试技术

本文介绍船舶推进轴系扭振的激光测试原理与方法，并将实测数据与轴系扭振电测法测试数据及理论计算数据进行对比分析，得到满意的结果。轴系扭振激光测试不仅测试数据可靠，而且测试简单、安装方便，无需任何附件，适用于各类轴系的扭振测试工作。对于利用其它方法无法测试的轴系显示了不可比拟的优越性。     

近年来我国船舶柴油机动力装置扭振故障分析

扭振疲劳事故是往复式发动机动力装置特有的故障。近年来,我国一些船舶柴油机动力装置曾多次发生扭振事故。本文对这些故障情况及其发生原因作了简要介绍,並结合实例对消除故障的方法进行了深入的讨论。在扭振疲劳事故中,以单节扭振故障最为常见。通常采用调频法消除,可改变轴系柔度或柴油机飞轮惯量以使单节主临界转速远离常用转速。双节扭振故障也较常见,通常可加装减振器以消除之。如柴油机前后端同时输出功率,或轴系较长时,有可能产生三节扭振故障,也必须予以注意。此外,本文对扭振故障的其它形式,如传动齿轮敲击、减振器损坏、凸轮轴断裂等进行了简要分析。最后,本文阐述了为使柴油机动力装置具有良好的扭振特性,在其设计、试验和实船试航各阶段必须注意的几个环节。     

插值法在瞬态转速计算中的应用研究

利用齿轮-磁电式传感器装置对TBD234V6型柴油机进行台架瞬时转速信号的测试,并针对采样频率不够高导致瞬时转速测试分辨率过低的问题,采用插值的方法,对用较低采样频率采集到的原始信号进行插值处理,以提高采样频率。结果表明:插值处理以后得到平滑的转速波形图,瞬时转速的波形得到了很好的恢复,此方法能够较好地反映柴油机转速的变化规律。     

冰载荷作用下船舶电力推进装置控制策略研究

船舶在极地海域航行时,将面对恶劣的冰载荷工况,冰-桨的相互作用致使船舶推进系统产生转速降,系统同时产生较大的扭矩波动,动力推进系统的安全受到威胁。论文以某重型破冰船电力推进系统为研究对象,建立电力推进系统转速-时间仿真模型和扭振时域动态响应计算数学模型,重点研究了冰载荷激励力矩作用时电力推进系统在不同调速控制策略下的电机转速降及轴系扭矩动态响应,通过全转速分析得到不同调速控制策略下电机转速降和轴段最恶劣冰载荷扭矩幅值随初始转速的分布规律,并对推进系统在各冰载荷工况及各冰厚条件下的螺旋桨破冰性能作出了预测,结果可为冰区电力推进装置的设计及性能分析提供参考。     

MTU柴油机推进轴系的联轴器匹配研究及扭振特性预报

[目的]为明确中、高速柴油机与多弹性联轴器匹配的扭振计算方法及推进轴系扭振特性,[方法]以某船MTU柴油机推进轴系为研究对象,分析与之匹配的多弹性联轴器选型方法,建立MTU柴油机推进轴系的扭振计算模型,分析MTU柴油机的激励特性和推进轴系扭振特性,开展MTU柴油机与多弹性联轴器匹配系列轴系的扭振特性预报,并提出基于实测振幅和解析法的阻尼修正推算方法,用以修正轴系扭振特性的预报结果。[结果]研究结果表明:实测共振频率与计算频率吻合;经修正,共振转速处的曲轴应力降低了16%,弹性联轴器的振动扭矩降低了15%,验证了扭振计算方法的正确性。[结论]所得结论可为后续同型舰船的轴系扭振分析提供工程参考。     

冰区船舶柴油机推进轴系瞬态扭振计算研究

对冰区船舶推进轴系时域扭振建模方法进行阐述,归纳了扭振计算的流程,并对计算中的关键问题及影响因素进行了探讨。应用Newmark-β逐步积分法和MATLAB求解工具,进行了轴系瞬态扭振仿真计算。螺旋桨轴最大扭矩幅值的计算结果与国外计算报告的相对偏差为0.82%,验证了计算方法和程序的正确性,可为冰区船舶柴油机推进轴系瞬态扭振计算提供参考。