船舶轴系扭振信号分析及应变测量系统开发

发布时间：2020-05-14 08:39

【摘要】：随着我国“一带一路”构建全球利益共同体和命运共同体的战略布局不断深入稳固,全球贸易往来的激增对航运业的发展带来了新契机,同时也对承担主要运输任务的船舶行业提出了更为严格的要求。目前船东在接收新船时重点考察的指标主要集中在航行快速性、安全性,货物装卸高效性,船员生活工作舒适性和船舶运营经济性。船舶动力系统是影响以上船舶性能的关键因素之一,而轴系扭转振动作为影响动力系统的主要存在方式,一直以来备受关注。对扭转振动学科的研究,与信号测量技术和信号处理分析方法的不断进步紧密相关。要对推进轴系在扭振激励下运行的可靠性做出准确的判断,必须依靠扭振的实际测量。此外,国内外许多专家利用曲轴瞬时转速和扭振信号进行故障诊断,也需要准确测量曲轴扭振和瞬时转速。本文在前人研究的基础上,针对扭振测量中的相关问题展开研究,主要内容如下:(1)为保证脉冲时序法测量分析轴系扭振的准确性和测量的精度,结合理论、仿真和实验,研究齿盘齿数和数采频率对测量结果的影响,推导了每圈齿盘齿数的上、下限和最低数采频率的计算公式。结合仿真与试验,分析剖分齿安装配合间隙对扭振测量的具体影响,给出了修正方案,提高了利用剖分齿测量扭振结果的精度。(2)为提高轴系扭振测量效率和测量精度,研究了应变法测量扭振的方法和流程。对应变法测量得到的数据进行时域统计分析、基于相关性分析的主谐次分析、基于小波包频段能量特征的扭振影响因素权重分析,对分析测量结果和反馈理论计算提供了方法和依据。(3)为方便对测量结果进行处理分析,基于Visual Basic.NET语言,通过Visual Studio与MATLAB混合编程,开发了一套能够满足行业实际需求的具有完全自主知识产权的轴系扭振测量分析软件,并利用5000HP拖轮实船测试数据为算例,对软件进行了测量。软件测量结果表明,该软件所用分析方法实用可靠,程序正确,该软件操作简单、功能齐全,能满足行业对轴系应变测量分析的需求。
【图文】：

事故案例,扭振

全球贸易往来的激增对航运业带了新的发展契机，同时也对承担主要运输任务的船舶行业提出了更为严格的要求。向着大型、高速和智能方向快速前进是当前船舶发展的主要趋势，船厂以及船东在接收新船时重点考察的指标包括航行快速性、货物装卸高效性、船员生活工作舒适性和船舶运营经济性。船舶动力系统是影响船舶性能的关键因素之一，扭转振动作为影响动力系统可靠性和安全性的主要存在方式，一直以来备受关注。柴油机推进的船舶中引起扭振的主要因素有：柴油机不连续性喷油与燃烧，以及随之而来不均匀的输出扭矩；齿轮系统运转过程中的误差和啮合冲击带来的激励；船舶推进轴系安装过程中的不良对中，以及自身和轴系附件的材料不均匀、质量不平衡；螺旋桨运行时受不均匀流场影响，各桨叶之间受力不均匀，从而对轴系带来不平衡激励。轴系在运行过程中因为扭振而产生的疲劳不断积累，将会在轴上形成裂纹、切口，随着时间推移，最终可能会导致轴系瞬间断裂。同时，扭振会对推进系统噪声、动力性能带来很不利的影响[1-2]。长期以来，船舶因扭振而导致的事故时有发生（如图 1-1 所示），引起了业界的重视，，相关单位和学者开展了广泛的研究[3-7]。

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第 2 章脉冲式扭振信号分析.1 脉冲式扭振测量“脉冲时序法”扭振测量主要是借助于飞轮齿盘、安装在系统轴系上的构（如齿轮、码盘、条纹光带等）或者自带等分机构的传感器（如光电编），利用霍尔传感器、电涡流传感器或光电传感器等信号传感器将系统的转转速转换成为含有扭振信息的脉冲电信号，通过对该转速脉冲进行计轴系扭振信号。以方波脉冲电信号为例，其测量原理如图 2-1 所示。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.21

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