智能型螺旋槳軸下沉量測量儀

汪國君 方映

摘要：由于旋轉(zhuǎn)的螺旋槳軸與艉軸管內(nèi)支承軸承會產(chǎn)生磨損，對磨損下沉量監(jiān)測方法是：在艉管后端密封裝置的上端注油螺紋孔上，插上一只類似于游標尺測量儀，但這種方法存在基準定位不精確，容易形成測量間隙，測量時船艉部需要出水或進塢。智能測量儀由測量傳感器、數(shù)據(jù)處理器和顯示控制器組成。主要部件測量傳感器內(nèi)部發(fā)出機械波，確定出磨損量，可以實時監(jiān)測螺旋槳軸在艉管軸承內(nèi)磨損下沉量，測量數(shù)據(jù)精確。

關(guān)鍵詞：智能;軸下沉量;測量儀;研發(fā)

船舶航行是由通過螺旋槳軸傳遞給螺旋槳，再通過推力傳遞給船體，來推動船舶的航行。由于螺旋槳軸的旋轉(zhuǎn)，它與艉軸管內(nèi)支承軸承會產(chǎn)生磨損，當磨損達到一定間隙值時，就必須對軸承進行維護更換，否則對船舶的航行造成安全隱患。因此，對螺旋槳軸與艉管軸承磨損量的監(jiān)測至關(guān)重要。現(xiàn)行船舶對螺旋槳軸與艉管軸承磨損下沉量監(jiān)測方法是：在艉管后端密封裝置的上端注油螺紋孔上，插上一只類似于游標尺測量儀，測量時將主尺下端螺紋固定于注油孔的螺紋上，副尺桿通過油孔插到密封裝置的軸套的外徑上（見圖1），讀出并記錄此時的刻度值，經(jīng)過一個運行周期檢測，再在同一位置，用同一方法進行測量和記錄數(shù)據(jù)，將二次的記錄數(shù)據(jù)進行比對，其差值即為螺旋槳軸下沉的磨損量。

采用的這種測量方法存在以下缺陷：1）基準定位不精確。如螺紋與螺紋在每次旋轉(zhuǎn)過程扭力不能完全一致，容易造成基準不準;2）注油口平面浸泡在海水中，容易被腐蝕氧化，造成基準誤差。每次測量槳軸下沉量時船艉部需要出水或進塢測量，費時費力。從圖1中可以看出，由于艉軸管軸承內(nèi)位置的限制，此位測量只是比較接近于軸承處的磨損量。

為提高螺旋槳軸在艉軸管內(nèi)下沉量的測量精度，設(shè)計一種結(jié)構(gòu)合理，讀數(shù)準確，又省時省力，成為新設(shè)計測量儀首先解決的問題。

1???? 螺旋槳軸下沉智能測量儀研制方案

智能型螺旋槳軸下沉測量儀（以下簡稱智能測量儀）的設(shè)計研發(fā)滿足了上述要求。智能測量儀由測量傳感器、數(shù)據(jù)處理器和顯示控制器組成，它們之間是通過數(shù)據(jù)導線聯(lián)成一體。

1.1? 工作原理

測量傳感器為一圓柱狀體，安裝在艉軸管內(nèi)軸承正上方縱向油槽孔內(nèi)，其內(nèi)部是由諧振器和由雙壓電晶片元件振動器組成。諧振器呈喇叭形放置，能有效地輻射由于振動而產(chǎn)生的機械波，并且有效地使機械波聚集在振動器的中央部位。機械波對液體的具有很強穿透性，從測量傳感器內(nèi)部發(fā)出機械波，碰到螺旋槳軸分界面會產(chǎn)生反射形成反射回波回到傳感器上。從測量傳感器發(fā)出機械波到接收機械波到的時間差，與機械波在液體中傳輸?shù)乃俣染涂梢源_定螺旋槳軸上端在艉軸管內(nèi)與傳感器的距離。數(shù)據(jù)處理器設(shè)在機艙內(nèi)，其形為帶兩數(shù)據(jù)線接口的方形盒狀，接口一端與顯示控制器聯(lián)接，另一端所接數(shù)據(jù)導線沿軸承內(nèi)油槽與測量傳感器相聯(lián)。它負責數(shù)據(jù)的采集、運算和處理，數(shù)據(jù)處理器指令測量傳感器發(fā)出和接受機械波，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)控制傳感器的運行。數(shù)據(jù)處理器內(nèi)設(shè)有一程序流程定時器，在脈沖串發(fā)送完畢后馬上開啟，定時器工作時，通過查詢外部中斷方式檢測回波是否到達，到達后關(guān)閉定時器，取出的定時值，即為機械波來回傳播使用的時間。數(shù)據(jù)處理器可接受處理上千次測量信號，測量可達精度0.1～0.5%。

顯示控制器是通過數(shù)據(jù)導線連接在數(shù)據(jù)處理器接上，它是將數(shù)據(jù)處理器處理結(jié)果顯示出來和發(fā)出新的指令將數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)處理器。它也可以與數(shù)據(jù)處理器組合在一起。

數(shù)據(jù)處理器和測量傳感器是系統(tǒng)的核心部分，下圖為智能測量儀結(jié)構(gòu)原理示意。

1.2工作程序

在圖3中固定在艉軸管4上軸承5槽內(nèi)的測量傳感器6，接收到數(shù)據(jù)處理器8發(fā)出一組信號通過測量傳感器A點產(chǎn)生一組機械波，當波傳播到槳軸1表面B點時部分產(chǎn)生反射回波，回波又被傳感器C點接受，機械波從A點發(fā)生經(jīng)過B點返回到C點反映時間間隔即可判斷A點到槳軸表面的距離，顯示控制器9顯示結(jié)果并輸入新的指令。

將第一次數(shù)據(jù)設(shè)定為初始值，經(jīng)過一個運行周期，測量并與第一次數(shù)值進行比對，其差值即為在此周期內(nèi)在艉軸管軸承內(nèi)的下測量。

1.3設(shè)計和安裝時操作要點

1）??? 槳軸下沉量智能測量儀適用于油潤滑系統(tǒng)和水潤滑系統(tǒng)，在測量時槳軸處于最低位置，艉軸管內(nèi)的油或水質(zhì)密度保持均勻。

2）??? 為保證測量可靠，一般在后軸承的前端再增加一只測量傳感器探頭，作為備件。

3）??? 需要注意的是測量傳感器具有尖銳的選頻特性，發(fā)出的脈沖串需要嚴格等于40KHZ，否則信號通過傳感器衰減嚴重。

2智能測量儀主要創(chuàng)新點

本智能測量儀研發(fā)有具大特點是：1）可以實時監(jiān)測螺旋槳軸在艉管軸承內(nèi)磨損下沉量，船舶不需進塢或出水;2）由于測量傳感器固定有艉管軸承內(nèi)基準穩(wěn)定可靠，測量數(shù)據(jù)精確。

主要創(chuàng)新點有以下三點

1）??? 測量傳感器探頭部分使用特殊密封處理技術(shù)。艉軸管內(nèi)的潤滑油和水一般不會進入探頭內(nèi)部影響測量效果，測量傳感器外殼與軸承采用法蘭螺栓形式固定，安全可靠。

2）??? 測量傳感器結(jié)構(gòu)為兩塊壓電晶片，一塊用于發(fā)射機械波，另一塊用于接收機械波，雙晶結(jié)構(gòu)具有靈敏度高，雜波少盲區(qū)小優(yōu)點。采集卡采用間隙式采樣方式，當數(shù)據(jù)超過設(shè)定的極限值時處理器發(fā)出報警信號。

3）??? 數(shù)據(jù)處理器的設(shè)置，它由單片機及外圈電路組成。單片機以集成板為核心，結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)信號收發(fā)功能穩(wěn)定優(yōu)點;外圈電路由信號模擬放大模塊和處理模塊組成，由于接收放大為小信號放大，放大倍數(shù)很高，使用時防止自激。

結(jié)語

以上技術(shù)研發(fā)依據(jù)實船上使用三年多時間跟蹤記錄發(fā)現(xiàn)，船舶軸承維護頻次減少了，維護周期增長，操作方便，數(shù)據(jù)準確，可達0.005的精度，安全可靠，滿足運行需要求現(xiàn)，成功地解決了輪機工作過程中的軸下沉量測量困難的難題，降低了船舶檢修費和操作者工作強度，節(jié)約了成本，提高了運營率。

參考文獻：

[1]?? 中船工業(yè)總公司《船舶設(shè)計實用手冊》[.M].國防工業(yè)出版社.2013第3版.

[2]?? 成大先主編《機械設(shè)計手冊》[.M].化學工業(yè)出版社.2016第六版.

作者簡介：

汪國君（1965.09--）。性別：男。民族：漢。籍貫：江蘇省東臺人。

學歷：專科。現(xiàn)有職稱：高級工程師。研究方向：船舶輪機動力工程技術(shù)。