CN114203003B - 一种船舶多功能模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于船舶检测相关技术领域，其公开了一种船舶多功能模拟试验装置，装置包括：船体模型段，其一端固定于外部固定装置，船体模型段的另一端用于施加垂向力；船体模型段包括船体甲板，船身以及船轴，船身内部依次设有用于支撑船轴的舷外轴承、艉轴管以及舷内轴承，舷外轴承、艉轴管以及舷内轴承的内表面设有压力测量模块，其外表面以及船轴表面设有位移计，位移计用于检测所述舷外轴承、艉轴管、舷内轴承以及船轴的位移变化；船体甲板上设有多个平台，每一平台均对应有至少一个相机，相机用于采集平台的位置变化。本申请可以同时实现船舶中拱中垂变形、轴承内部压力和位姿变化、平台位姿变化等多种船体性能的试验，适用范围广，普适性强。

Description

一种船舶多功能模拟试验装置

技术领域

本发明属于船舶检测相关技术领域，更具体地，涉及一种船舶多功能模拟试验装置。

背景技术

船舶轴系支撑轴承是船舶推进***的重要组成部分，船舶轴系贯穿船体的尾部，为船舶航行提供推力。而这些年来，随着船舶不断向着大型化和高功率化发展，船舶的船体刚度相对不断变小。由于船舶是在复杂的波浪环境下工作，一旦下水，由温度、风浪、水流、水深船体结构与材料等一系列因素的影响下船体会发生随机性强的非线性大变形，船体变形与轴系的变形规律不一致，这样就会带来轴承的异常磨损现象及共振现象，造成***的安全隐患，因此，需要测量轴承内部分布压力的变化，同时测量船体变形时各个轴承的相对位姿变化并总结规律，同时，寻找加强船体部分区域以改善轴承内部压力分布的方法对未来船舶建造中加强局部以优化轴承内部压力避免轴承异常磨损具有重要意义。同时船舶在海上运行时由于船体变形等一系列因素的影响，船体不同平台会发生相对位置的变化，会影响船舶平台上高精度光学测量设备的准确性，对多平台观测同一目标产生影响。因此，获取船体变形与船体平台变形的相对规律对及时预报调整平台上光学测量仪器的测量参数有至关重要的意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种船舶多功能模拟试验装置，可以同时实现船舶中拱中垂变形、轴承内部压力和位姿变化、平台位姿变化等多种船体性能的试验，适用范围广，普适性强。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种船舶多功能模拟试验装置，所述装置包括：船体模型段，所述船体模型段的一端固定于外部固定装置，所述船体模型段的另一端用于施加垂向力；所述船体模型段包括船体甲板，船身以及船轴，所述船身内部依次设有用于支撑所述船轴的舷外轴承、艉轴管以及舷内轴承，所述舷外轴承、艉轴管以及舷内轴承的内表面设有压力测量模块，其外表面以及船轴表面设有位移计，所述位移计用于检测所述舷外轴承、艉轴管、舷内轴承以及船轴的位移变化；所述船体甲板上设有多个平台，所述平台用于承载外部设备，每一平台均对应有至少一个相机，所述相机用于采集所述平台的位置变化。

优选地，所述船体甲板表面还设有刚度加强底座，所述刚度加强底座上设有可拆卸连接件，用于连接不同刚度的加强结构。

优选地，所述船身表面设有多个应变测量模块。

优选地，所述装置还包括液压加载装置，所述液压加载装置用于向所述船体模型段施加所述垂向力。

优选地，所述装置还包括加载段，所述加载段连接于所述船体模型段的端部，所述液压加载装置通过向所述加载段施加垂向力进而实现所述船体模型段力的加载。

优选地，所述加载段通过法兰与所述船体模型段的一端连接。

优选地，所述舷外轴承、艉轴管以及舷内轴承与所述船身可拆卸连接。

优选地，所述装置还包括约束段，所述约束段通过法兰与所述船体模型段的另一端连接，所述船体模型段通过所述约束段与外部固定装置固定连接。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种船舶多功能模拟试验装置具有如下有益效果：

1.本申请通过在轴承内部设置压力测量模块、表面设置位移计以及平台位置检测可以实现在中拱中垂状态下轴承变形量的检测，便于实现轴承位姿变化与船体变形关系的研究，平台上位姿变化的检测可以实现多平台的统一校准，便于多平台对同一目标的监测统一。

2.船体甲板表面设置刚度加强底座，刚度加强底座与加强结构可拆卸连接，便于研究不同刚度加强结构对船体变形和轴系等的影响。

3.船身表面设有多个应变测量模块便于研究加载力对船体变形的影响。

4.舷外轴承、艉轴管以及舷内轴承与船身可拆卸连接便于通过更换船轴实现对不同船轴和轴承的研究，普适性广，具有显著的工业应用价值。

附图说明

图1是船舶多功能模拟试验装置的示意图；

图2是舷外轴承、艉轴管和舷内轴承内部结构剖视图；

图3是刚度加强底座和加强结构的示意图；

图4是本申请实施例舷外轴承、艉轴管和舷内轴承内部结构主视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-加载段；2-液压加载装置；3-吊装吊耳；4，10-法兰；5-舷外轴承；6-外部压力测量模块；7-位移计；8-艉轴管；9-舷内轴承；11-约束段；12-船体模型段；13-压力测量模块；14-应变测量模块；15-平台；16-刚度加强底座；17-加强结构；18-船轴；19-赛龙。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明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。

请参阅图1，本发明提供了一种船舶多功能模拟试验装置，所述装置包括船体模型段12、加载段1和约束段11。

船体模型段12，所述船体模型段12的一端固定于外部固定装置，所述船体模型段12的另一端用于施加垂向力；

所述船体模型段12包括船体甲板，船身以及船轴18，所述船身内部依次设有用于支撑所述船轴的舷外轴承5、艉轴管8以及舷内轴承9，所述舷外轴承5、艉轴管8以及舷内轴承9的内表面设有压力测量模块13(如图2所示)，其外表面以及船轴表面设有位移计7，所述位移计7用于检测所述舷外轴承、艉轴管、舷内轴承以及船轴的位移变化；所述船体甲板上设有多个平台15，所述平台15用于承载外部设备，每一平台15均对应有至少一个相机，所述相机用于采集所述平台的位置变化。舷外轴承5、艉轴管8以及舷内轴承9为优选为赛龙轴承，其内部设有赛龙19(如图4所示)，赛龙19为热胀冷缩物品，安装时先浸泡在液氮中，待充分冷缩后，取出放入轴承中，安装好赛龙轴承后，再安装轴18。

压力测量模块13可以为压力应变片，可以测量应变片所在点位的受力，通过布置多个应变片，测量不同应变片区域的受力情况可以得到轴承内部的压力分布，在不同的变形条件下进行连续测量，可以得到轴承内部压力分布变化规律。轴承内部压力是面力，通过离散的方式，将面力通过不同区域的集中力来表示，以达到测量轴承内部压力分布的目的，应变片的布置方式为沿轴向和沿周向两个方向，每个应变片之间间距为应变片导线布线距离，应变片布满整个轴承下轴瓦面，应先进行穿轴工艺，后安装应变片。

平台15一般通过螺栓与船体甲板连接，平台15本身刚度大，在船体变形过程中可视为刚体。平台15一般用于布置测量靶点，当试验平台发生变形的时候通过设置在平台上方的相机进行测量，所有相机通过外部支架进行固定，确保其自身位置不发生变化。

舷外轴承5通过下方的位移计进行测量，艉轴管8通过外部和伸到模型内部的位移计7进行测量，舷内轴承9通过伸到模型内部的位移计进行测量。所有位移计7均使用外部支架进行固定，保证自身位置不发生变化。

舷外轴承5、艉轴管8以及舷内轴承9与船身的连接处还设置有外部压力测量模块6，用于测量舷外轴承、艉轴管以及舷内轴承处的压力。

所述船体甲板表面还设有刚度加强底座16，所述刚度加强底座16上设有可拆卸连接件，用于连接不同刚度的加强结构17，如图3所示。刚度加强底座16沿船长的方向布置，底座焊接在船体甲板上并与船体模型段12内部的强肋骨相连接，可以有效的传递结构应力，通过增加加强结构的剖面模数来达到改变结构刚度的目的。需要改变船体刚度时，将加强结构17安装在底座上。加强结构优选为定制的工字型钢材，不同型号的加强结构对应不同的刚度。

船体甲板上还设置有吊装吊耳3用于装载时使用。

所述船身表面设有多个应变测量模块14。应变测量模块14优选为应变片，通过布置在船体模型段表面的应变片，连接到应变箱进行采集，最终输入到电脑进行统一处理，得到船体模型段12的应力应变。船体模型段12变截面处剖面为应力集中区域，需要对整个剖面进行检测，测点分布应该均匀布置在发生剖面模数变化的剖面上。约束段以及加载段肘板也为应力集中区域也应设置应变测量模块14。

所述舷外轴承5、艉轴管8以及舷内轴承9与所述船身可拆卸连接。可以实现对不同船轴的测量试验。

所述装置还包括液压加载装置2，所述液压加载装置2用于向所述船体模型段施加所述垂向力。

所述加载段1连接于所述船体模型段的端部，所述液压加载装置2通过向所述加载段施加垂向力进而实现所述船体模型段12力的加载。所述加载段1通过法兰与所述船体模型段12的一端连接。加载段上下左右均布置有液压加载装置，上方有特殊开孔便于与法兰4连接，液压加载装置位于加载端的上下左右受力面上，液压缸将集中力施加在受力面上以提供试验装置的外部载荷，试验装置在外部载荷的作用下发生向上向下或向左向右的变形，以达到悬臂梁挠曲线变形的目的。

所述约束段11通过法兰10与所述船体模型段12的另一端连接，所述船体模型段12通过所述约束段11与外部固定装置固定连接，用于提供刚固的支撑条件。

进行试验时，首先将约束段、船体模型段、加载段安装好，并安装到承重墙上，接下来安装赛龙轴承，穿轴，最后安装轴承外部压力测量模块、位移测量模块、轴承内部压力测量模块、应变测量模块、平台，然后将液压缸安装在加强结构上。打开液压缸控制平台，待液压缸稳定后开始缓慢加压，对试验台各种参数进行测量。由于液压缸施加的外载荷可以进行调节，因此可以实现多种工况下的推进轴系轴承测试。

1.试验前安全检测，检查连接法兰端面的连接情况，使用工具旋转抽动螺栓应不动。用扭力扳手对各连接法兰端面的上、下、左、右四个连接方位分别抽检，确定扭力值与安装时候扭力值对比、记录。

2.轴通路照光，记录各轴承中心与光轴的偏差，作为各轴承的初始位置。在照光情况下，轴承支撑座的应变片粘贴固定；连接应变仪；仪器调零。

3.在照光情况下，轴承的首、尾位移计安装到专用工装上；与轴承连接的船体对应部分的位移计安装；连接应变仪，调零。

4.移除照光设备，安装轴。

5.安装完轴后，在未加载情况下，记录已经连接的各位移计、应变片的数据。

6.安装轴承内部接触比压测量传感器，安装位于轴承所在船体横截面处的船体舷侧和底部的水平应变εx、垂向应变εy的应变片。

7.安装艉部加载液压油缸。

8.液压油缸加载并重复，期间进行各项参数的测量。

9.进行刚度加强结构安装，并重复进行液压油缸加载过程。

10.液压油缸卸载、关闭，并拆除各项设备，试验结束。

综上所述，本申请提供了一种船舶多功能模拟试验装置，可以同时实现船舶中拱中垂变形、轴承内部压力和位姿变化、平台位姿变化等多种船体性能的试验，适用范围广，普适性强。

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

Claims (7)

1.一种船舶多功能模拟试验装置，其特征在于，所述装置包括：

船体模型段，所述船体模型段的一端固定于外部固定装置，所述船体模型段的另一端用于施加垂向力；

所述船体模型段包括船体甲板，船身以及船轴，所述船身内部依次设有用于支撑所述船轴的舷外轴承、艉轴管以及舷内轴承，所述舷外轴承、艉轴管以及舷内轴承的内表面设有压力测量模块，其外表面以及船轴表面设有位移计，所述位移计用于检测所述舷外轴承、艉轴管、舷内轴承以及船轴的位移变化；所述船体甲板上设有多个平台，所述平台用于承载外部设备，每一平台均对应有至少一个相机，所述相机用于采集所述平台的位置变化；所述船体甲板表面还设有刚度加强底座，所述刚度加强底座上设有可拆卸连接件，用于连接不同刚度的加强结构；

所述压力测量模块为压力应变片，通过布置多个应变片，测量不同应变片区域的受力情况，进而得到轴承内部的压力分布，应变片的布置方式为沿轴向和沿周向两个方向。

2.根据权利要求1所述的船舶多功能模拟试验装置，其特征在于，所述船身表面设有多个应变测量模块。

3.根据权利要求1所述的船舶多功能模拟试验装置，其特征在于，所述装置还包括液压加载装置，所述液压加载装置用于向所述船体模型段施加所述垂向力。

4.根据权利要求3所述的船舶多功能模拟试验装置，其特征在于，所述装置还包括加载段，所述加载段连接于所述船体模型段的端部，所述液压加载装置通过向所述加载段施加垂向力进而实现所述船体模型段力的加载。

5.根据权利要求4所述的船舶多功能模拟试验装置，其特征在于，所述加载段通过法兰与所述船体模型段的一端连接。

6.根据权利要求1所述的船舶多功能模拟试验装置，其特征在于，所述舷外轴承、艉轴管以及舷内轴承与所述船身可拆卸连接。

7.根据权利要求1所述的船舶多功能模拟试验装置，其特征在于，所述装置还包括约束段，所述约束段通过法兰与所述船体模型段的另一端连接，所述船体模型段通过所述约束段与外部固定装置固定连接。

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