CN209117173U - 轴系振动测量*** - Google Patents

轴系振动测量*** Download PDF

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CN209117173U CN201821939039.XU CN201821939039U CN209117173U CN 209117173 U CN209117173 U CN 209117173U CN 201821939039 U CN201821939039 U CN 201821939039U CN 209117173 U CN209117173 U CN 209117173U
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姜小荧
王舒楠
陈鹏
马炳杰
闫超群
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Abstract

本实用新型公开了一种轴系振动测量***。该轴系振动测量***包括至少两个无线加速度传感器,用于设置在轴系的外表面以获取轴系转动时的加速度;采集装置,与多个无线加速度传感器信号连接,用于获取无线加速度传感器发出的信号;处理装置,与采集装置连接,用于根据接受到的采集装置发出的信号计算轴系的振动。因采用了无需线连接的无线加速度传感器,使得该装置不受安装齿盘位置的限制,可以同时完成柴油机轴系多点扭转振动和横向振动测量。

Description

轴系振动测量***
技术领域
本实用新型涉及船用柴油机轴系振动测量领域,具体涉及一种轴系振动测量***。
背景技术
轴系振动包括扭转振动和横向振动。常用的船用柴油机轴系扭转振动测量装置分为接触式和非接触式。其中,非接触式测量装置包括组合式(齿盘与磁性传感器一体安装)、分开式(齿盘与磁性传感器分开安装)、透射式(齿盘与透射式传感器分开安装)、反射式(反射性纸带代替齿盘,与反射式传感器分开安装)。虽然使用的传感器和安装方式不同,但是使用这类装置的扭转振动的测量方法都是基于“测齿”原理。此类装置测量准备工作少,测量方便,测量过程不干扰轴的正常运转,因此使用比较广泛。但是,此类装置存在以下缺点:首先,此类装置需要安装齿盘或者轴系上有等分齿型结构的位置进行测量,严格限制了测点的位置;其次,此类装置要求齿的间距严格等分,分度误差和齿廓误差将严重影响测量误差;最后此类装置测量信号的上限频率较低,适合测量低阶扭振信号。
接触式测量装置主要是将应变式传感器(例如应变片)贴在轴上,来测量轴的剪切应变,剪切应变随时间变化情况就反应了轴系的扭振。应变片具有较宽的频率响应范围和高的灵敏度,但是该装置不能测出转轴的刚体扭振,并且对黏贴部位表面粗糙度要求较高。
现有技术中,轴系横向振动的测量也可分为接触式测量和非接触式测量。其中,接触式测量一般采用在轴承座、机体及基础等固定位置上设置速度传感器或加速度传感器,以测量该处的振动,进而间接反应轴系的横向振动。该方法不如直接测量转轴的方法直接,不能全面反应转轴的振动情况,相对不准确。
非接触式测量则采用电涡流传感器,测量转轴相对于传感器探头相对位移。该方法利用转轴表面与传感器探头端部间的间隙变化接收振动,测量转轴轴心振动位移。但该方法仅适用于金属材质而不能用于非金属轴系的测量,且测点位置为面积要求为传感器探头面积的3倍,测量结果受测点位置处圆度、表面粗糙度等加工精度影响。
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。
为了至少部分解决上述的问题,本实用新型提供一种轴系振动测量***。该轴系振动测量***包括:
至少两个无线加速度传感器,用于设置在轴系的外表面以获取所述轴系转动时的加速度;
采集装置,与多个所述无线加速度传感器信号连接,用于获取所述无线加速度传感器发出的信号;
处理装置,与所述采集装置连接,用于根据接受到的所述采集装置发出的信号计算所述轴系的振动。
本实用新型提供的轴系振动测量***,因采用了无需线连接的无线加速度传感器,使得该装置不受安装齿盘位置的限制,可以同时完成柴油机轴系多点扭转振动和横向振动测量。特别是可以实现通过实测值对扭振减振器、高弹性联轴器等部件进行运行安全性分析,代替了以往靠估算得到安全性评价结果。
在实施例中,相邻的所述无线加速度传感器与所述轴系中心间形成的夹角大于或等于 90度。
由此,可以测得多个点上的加速度值。
在实施例中,所述无线加速度传感器为两个,两个所述无线加速度传感器与所述轴系中心间形成的夹角为180度,以用于测量扭转振动。
由此,扭转振动的测量可以只使用两个无线加速度传感器
在实施例中,所述无线加速度传感器为三个,其中两个所述无线加速度传感器与所述轴系中心间形成的夹角为180度,另一个位于两个所述无线加速度传感器的中间,以用于测量扭转振动和横向振动的位置。
在实施例中,所述无线加速度传感器为四个,相邻的所述无线加速度传感器与所述轴系中心间形成的夹角等于90度,以用于测量扭转振动和横向振动的位置。
由此,可以实现同时测量测量扭转振动和横向振动。
在实施例中,多个所述无线加速度传感器设置在同一平面上。
在实施例中,所述采集装置包括信号预调理单元和同步采集单元,所述信号预调理单元用于将无线加速度传感器测得的模拟信号放大和抗混滤波,所述同步采集单元用于将经过放大和抗混滤波后的模拟信号转化为数字信号。
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。在附图中,
图1为轴系振动测量***的测点布置图;
图2为轴系振动测量***中各装置的连接示意图;
图3为无线加速度传感器设置在轴系表面上的示意图;
图4a为设有两个无线加速度传感器的布置示意图;
图4b为设有三个无线加速度传感器的布置示意图;
图4c为设有四个无线加速度传感器的布置示意图;
图5为轴系振动测量方法的流程图。
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来说显而易见的是,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。
图2为本实用新型的实施例提供的一种轴系振动测量***。该轴系振动测量***可以用于测量轴系的扭转振动和横向振动。该装置可以包括多个无线加速度传感器20,采集装置30以及处理装置40。具体地,无线加速度传感器20可以用于检测物体运动时的加速度。无线加速度传感器20可以包括多个。参照图1和图3所示,多个无线加速度传感器20可以分别设置在轴系10的外表面上。当轴系10转动时,无线加速度传感器20可以检测到轴系10转动时的加速度的大小,进而根据加速度的大小确定轴系10的扭转振动和横向振动的值。
加速传感器组件的数量可以为多种,相应地不同数量的安装位置也不同。例如,无线加速度传感器20至少为两个,当其设置在轴系10的外面时,相邻的无线加速度传感器 20与轴系10中心间形成的夹角大于或等于90度。更具体地,当只需要测量扭转振动时,参照图4a所示,无线加速度传感器20可以为两个。两个无线加速度传感器20与轴系10 中心间形成的夹角为180度,或者参照图4b所示,无线加速度传感器20可以为三个,其中两个无线加速度传感器20与轴系10中心间形成的夹角为180度,另一个位于两个无线加速度传感器20的中间。当需要测量扭转振动和横向振动时,参照图4c所示,无线加速度传感器20可以为四个,相邻的无线加速度传感器20与轴系10中心间形成的夹角等于 90度。不同数量的无线加速度传感器20可以设置在一垂直于轴系中心线的平面上,进而保证各无线加速度传感器20所检测到的加速度的值为同一平面上的。
例如,某船用柴油机试验台架由扭振减振器-柴油机-高弹性联轴器-测功机组成。为测量该轴系10部件运行安全性,其中,轴系10为该船用柴油机试验台架中各传动轴的共同组合。在扭振减振器11内圈、外圈分别布置2个无线加速度传感器20为一组的2组测点。在高弹性联轴器的主动端12和从动端13分别布置4个无线加速度传感器20为一组的2组测点。如图1所示,1号测点布置在扭振减振器11内圈,包括2个无线加速度传感器20(1#);2号测点布置在扭振减振器11外圈,包括2个无线加速度传感器20(2#); 3号测点布置在高弹性联轴器主动端12,包括4个无线加速度传感器20(3#);4号测点布置在高弹性联轴器从动端13,包括4个无线加速度传感器20(4#)。
采集装置30与多个无线加速度传感器20信号连接,用于获取无线加速度传感器20发出的模拟信号。信号连接的方式可以包括多种,例如无线连接,红外线信号连接或者通讯连接等,其只要满足加速度传感器能与采集装置30之间实现无线的连接,都符合本申请的要求,进而能解决现有技术中,因为采用有线连接而无法设置在运动的轴系表面上的问题。当轴系10转动时,无线加速度传感组件将检测到的轴系10某个位置的加速度的值以模拟信号的方式发送给采集装置30。具体地,采集装置30可以包括信号预调理单元和同步采集单元。信号预调理单元可以用于将无线加速度传感器20测得的模拟信号放大和抗混滤波。同步采集单元可以用于将经过放大和抗混滤波后的模拟信号转化为数字信号。
处理装置40与采集装置30连接,用于根据接受到的采集装置30发出的数字信号计算轴系10的振动。处理装置40具有储存数据并分析数据的功能。其可以按一定格式存储采集到的信号,读取、分析、管理测量信号,并具有积分变换、频谱分析、倒谱分析、相关分析、轴心轨迹分析、动平衡分析等数据处理功能。
为了使技术人员更好的理解本实用新型,参照图5及以下以具体的实施例来对本实用新型的装置的测量方法进行说明。其中,测量方法一般包括步骤;S10:获取各测量点的加速度值;
S20:根据获取到的各测量点的加速度值确定扭转振动值和横向振动值。具体地,对于扭振减振器,在轴系10运行过程中,主要为刚体振动,所以仅需测量内圈和外圈的扭转振动,经过对比得到内圈和外圈相对扭转角度,用与衡量扭振减振器的运行安全性。参照图1所示1号(1#)测点2个无线加速度传感器20,按图4a呈180°相对布置,测得的加速度信号包括扭转和横向振动的。由传感器灵敏度布置方向可知,2个传感器得到的扭转加速度信号相同,而横向振动加速度信号相位相反,见式(1)。通过1号测点2个传感器测得信号a(1-1)、a(1-2)的比较,就可以得到扭振减振器内圈的扭转振动加速度a1t
式中:a(1-1)为1号测点第一个传感器测得的信号;a(1-2)为1号测点第二个传感器测得的信号;a1t为1号测点处扭转振动加速度;a1w为1号测点处横向振动加速度;α1为横向振动方向与传感器灵敏度方向的夹角。
按式(2)计算得到角加速度ω1′。ω1′为1号测点处转轴角速度的变化率。
ω1′=a1t/r1 (2)
式中:ω1′为1号测点出扭转振动角加速度;r1为1号测点处的回转半径。
对ω1′进行两次积分,可以得到扭振减振器内圈的角位移θ1,见式(3)。再利用阶次分析、频谱分析等数据处理手段,分析该处扭转振动响应。
θ1=∫∫ω1′ (3)
式中:θ1为1号测点处角位移。
同理,可以得到扭振减振器外圈的扭转振动角加速度ω2′。
对ω2′进行两次积分,可以得到扭振减振器外圈的角位移θ2
扭振减振器内、外圈扭转振动角度的差值,即为扭振减振器扭转振动的相对扭角,见式(4)。
Δθ1,2=θ21 (4)
Δθ1,2即是扭转振动值,其用来衡量扭振减振器的运行安全性的指标。
对于高弹性联轴器,在轴系10运行过程中,不仅需要测量扭转振动,还要测量横向振动,因此布置4个无线加速度传感器20为一组的测点,可以分别得到主动端和从动端的扭转振动和横向振动。3(3#)号测点4个无线加速度传感器20按图4c呈90°分布布置,测得的加速度信号包括扭转和横向振动,由传感器灵敏度布置方向可知,4个传感器得到的扭转加速度信号相同,而横向振动加速度信号相位分别相差90°,见式(5)。通过3 号测点4个传感器测得信号a(3-1)、a(3-2)、a(3-3)、a(3-4)的两两比较分析,就可以得到扭振减振器内圈的扭转振动加速度a3t和横向振动加速度a3w
这里,扭转振动加速度a3t的处理方式与扭振减振器的扭转振动加速度信号处理方式相同,最后得到高弹性联轴器主、从动端扭振角加速度ω3′、ω4′,分析高弹性联轴器主、从动端角速度变化率;得到两处的扭振角位移θ3、θ4,利用阶次分析、频谱分析等数据处理手段,分析高弹性联轴器主、从动端扭转振动响应;得到扭振角位移差值Δθ3,4,即扭转振动值,用来衡量高弹性联轴器的扭振运行安全性。
高弹性联轴器主、从动端的横向振动加速度a3w0、a3w90、a4w0、a4w90,即为高弹性联轴器主、从动端径向振幅。
高弹性联轴器整体横向振动响应可按下式计算,
根据ahc与高弹性联轴器横向振动需用值的大小比较,判断高弹性联轴器横向振动运行的安全性。
此处测得的a3w0、a3w90、a4w0、a4w90,也可按常规横向振动测量分析方法,采用频谱分析、倒谱分析、相关分析、轴心轨迹分析、动平衡分析等数据处理手段,进行横向振动分析。
通过上述的内容可以看出,本实用新型提供的轴系振动测量***,因采用了无需线连接的无线加速度传感器20,使得该装置不受安装齿盘位置的限制,可以直接设置在轴系的外表面上且能同时完成柴油机轴系多点扭转振动和横向振动测量。特别是可以实现通过实测值对扭振减振器、高弹性联轴器等部件进行运行安全性分析,代替了以往靠估算得到安全性评价结果。
本实用新型已经通过上述实施例进行了说明,但应当理解的是,上述实施例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例范围内。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例,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。
为了描述的方便,描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然,在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白,本实用新型的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此,本实用新型可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本实用新型可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中,处理装置包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器,随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式,如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括,但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带,磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质,可用于存储可以被计算设备访问的信息。

Claims (7)

1.一种轴系振动测量***,其特征在于,包括
至少两个无线加速度传感器,用于设置在轴系的外表面以获取所述轴系转动时的加速度;
采集装置,与多个所述无线加速度传感器信号连接,用于获取所述无线加速度传感器发出的信号;
处理装置,与所述采集装置连接,用于根据接受到的所述采集装置发出的信号计算所述轴系的振动。
2.根据权利要求1所述的轴系振动测量***,其特征在于,相邻的所述无线加速度传感器与所述轴系中心间形成的夹角大于或等于90度。
3.根据权利要求2所述的轴系振动测量***,其特征在于,所述无线加速度传感器为两个,两个所述无线加速度传感器与所述轴系中心间形成的夹角为180度,以用于测量扭转振动。
4.根据权利要求2所述的轴系振动测量***,其特征在于,所述无线加速度传感器为三个,其中两个所述无线加速度传感器与所述轴系中心间形成的夹角为180度,另一个位于两个所述无线加速度传感器的中间,以用于测量扭转振动和横向振动的位置。
5.根据权利要求2所述的轴系振动测量***,其特征在于所述无线加速度传感器为四个,相邻的所述无线加速度传感器与所述轴系中心间形成的夹角等于90度,以用于测量扭转振动和横向振动的位置。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的轴系振动测量***,其特征在于,多个所述无线加速度传感器设置在同一平面上。
7.根据权利要求1所述的轴系振动测量***,其特征在于,所述采集装置包括信号预调理单元和同步采集单元,所述信号预调理单元用于将无线加速度传感器测得的模拟信号放大和抗混滤波,所述同步采集单元用于将经过放大和抗混滤波后的模拟信号转化为数字信号。
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CN111207819A (zh) * 2018-11-22 2020-05-29 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 轴系振动测量***及方法
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