Комплекс для мониторинга крутящего момента, сил осевого упора и угловой скорости на вращающихся валах

Полезная модель относится к области судостроения и касается вопросов повышения надежности и достоверности измерений в сложных судовых и корабельных условиях при ограниченной протяженности поверхности вала, выделенной для размещения измерительной аппаратуры при проведении испытаний судна с измерением мгновенных значений крутящего момента, передаваемого валопроводом на гребной винт и осевой силы упора гребных винтов с одновременным измерением частоты вращения валопровода.

Комплекс мониторинга измеряемых характеристик состоит из подвижной и стационарной частей, включающих тензометрические мосты, радиоканал передачи данных и блок регистрации и обработки сигналов.

Разработанный комплекс поддерживает обмен данными с судовым сервером, и через него со штатными системами судна.

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения осевых усилий и крутящего момента на гребных валах судов.

Наиболее распространенным способом оценки мощности, развиваемой силовой установкой судна, в настоящее время является контроль расхода топлива силовой установки и пересчет его в развиваемую мощность по коэффициентам, полученным на заводе-изготовителе. Данный способ является довольно приблизительным, так как коэффициент пересчета существенно зависит от правильности регулировки подачи топлива в силовой установке и режима ее работы.

Известно устройство для измерения осевого усилия и крутящего момента гребного винта судна тензометрическими мостами, установленными на вращающемся валу и соединенными в измерительный мост, токосъемник со скользящими щетками, усилительно-измерительную аппаратуру и источник питания, располагаемые стационарно на неподвижном объекте (патент 2115900 ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова» 1998 г.) - прототип.

Недостатками известного устройства является необходимость изготовления большого количества токосъемных колец для передачи информации, под различные диаметры гребных валов, что ограничивает возможности устройства при проведении испытаний современных судов и кораблей. У крупнотоннажного флота диаметры валов превышают 0,5 м, а у атомных ледоколов и специальных судов диаметры валов - до 1,1 м. Конструкции токосъемников для таких валов становятся чрезвычайно громоздкими, металлоемкими и очень тяжелыми. Эти недостатки особенно проявляются при транспортировке таких токосъемников и монтаже их на гребной вал.

Предлагаемая полезная модель комплекса для мониторинга крутящего момента, сил осевого упора и угловой скорости на вращающихся валах является устройством для измерения осевых усилий и крутящего момента на гребных валах судов различных типов и назначений. В судовых условиях и особенно при ограниченной протяженности свободной поверхности вала актуальным становится создание устройств, использующих для передачи информации радиоканал. Для этого в комплексе для съема сигнала с вращающегося вала применен радиопередатчик с частотной модуляцией сигнала.

Для определения и регистрации текущих значений осевой силы упора и крутящего момента в разрабатываемых системах измерения предлагается измерять деформацию сжатия и кручения участка валопровода, передающего осевую силу упора и крутящий момент. Для повышения точности измерения создаваемой системы измерения осевой силы упора в системе предусматривается дополнительное измерение смещения (опрокидывания) верхней части корпуса главного упорного подшипника относительно базовых корпусных конструкций. Такие смещения имеют достаточную величину для их надежной регистрации измерительной аппаратурой и пропорциональны действующей в валопроводе осевой силе упора.

Основная задача комплекса - повышение достоверности и надежности при измерении мгновенных значений крутящего момента, передаваемого валопроводом на гребной винт, и осевой силы упора гребных винтов с одновременным измерением частоты вращения валопровода.

В основу такого комплекса положен принцип измерения деформации скручивания валопровода при помощи тензометрических мостов с последующей передачей измеренного сигнала с вращающегося вала по радиоканалу в блок регистрации и обработки сигналов.

На фигуре 1 представлен схематический чертеж комплекса для мониторинга крутящего момента и сил осевого упора, передаваемых валопроводом на гребной винт, а также измерения частоты вращения валопровода. Комплекс состоит из подвижной I и стационарной II частей, включающих следующие элементы:

Подвижная часть (I), устанавливаемая на вращающемся валу:

- тензометрический мост (1), установленный на гребном валу по осям соответствующих главных напряжений,

- радиопередатчик (2),

- блок питания (3),

- передающая антенна (4).

Стационарная часть (II), устанавливаемая в удобном для оператора месте:

- приемная антенна (5),

- приемник частотно модулированных сигналов (6),

- отметчик оборотов (7),

- лазерный датчик (8),

- блок регистрации и обработки сигналов (9).

Комплекс работает следующим образом.

При вращении гребного вала на нем развиваются осевая сила и крутящий момент, деформирующие вал. Закрепленные на валу тензометрические мосты (1) изменяют свое сопротивление и в их диагоналях возникают напряжения разбаланса, которые подаются на вход радиопередатчика (2). Для работы радиопередатчика к нему подключается блок питания (3) с временем автономной работы - 10 часов. Усиленный и частотно-модулированный сигнал с радиопередатчика передается на передающую антенну (4) и по радиоканалу на приемную антенну (5), соединенную с приемником частотно модулированных сигналов (6), где принятый сигнал декодируется и поступает на вход блока регистрации и обработки сигналов (9). Туда-же поступают сигналы пропорциональные частоте вращения - от импульсного отметчика оборотов (7) и величина смещения корпуса упорного подшипника с лазерного датчика перемещений (8). Блок регистрации и обработки сигналов (9) по введенным в него тарировочным коэффициентам вычисляет значения осевой силы упора, крутящего момента и частоты вращения валопровода, выводит полученные значения на экран монитора в виде графика, а также сохраняет полученные значения на свой магнитный носитель.

На фигуре 2 представлен общий вид оборудования, установленного на валу и входящего в состав комплекса для мониторинга крутящего момента и сил осевого упора, передаваемых валопроводом на гребной винт, а также измерения частоты вращения валопровода.

Дополнительно блок регистрации и обработки сигналов (9) имеет возможность осуществлять прием-передачу данных с судового сервера и через него связываться как с другими измерительными комплексами, так и со штатными системами судна.

Таким образом, с помощью комплекса для мониторинга крутящего момента, сил осевого упора и угловой скорости на вращающихся валах реализуется решение задачи повышения надежности и достоверности измерений в сложных судовых и корабельных условиях при ограниченной протяженности поверхности вала, выделенной для размещения измерительной аппаратуры.

Комплекс для мониторинга крутящего момента, сил осевого упора и угловой скорости на вращающихся валах, содержащий установленные на гребном валу по осям соответствующих главных напряжений и собранные в измерительные схемы тензометрические мосты осевого усилия и крутящего момента, отметчик оборотов, блок регистрации и обработки данных, отличающийся тем, что передача сигнала с вращающегося вала осуществляется по радиоканалу с помощью радиопередатчика и обеспечивается обмен данными с судовым сервером и через него со штатными системами судна.