大型船舶推进轴系运行状态监测系统开发

摘要

船舶推进轴系作为船舶动力装置的重要组成部分，在运行过程中，受到各种激励和载荷作用，会产生多种形式的振动，主要有扭转振动、回转振动、纵向振动。随着船舶向大型化方向发展，推进轴系长度增加，相对刚度降低，固有频率减小，其临界转速容易落在工作转速范围内，引起共振，振动严重时会引起艉轴承变形、密封失效、柴油机曲轴故障等恶性事故发生，严重影响船舶正常航行及船员的生命安全。因此，开展大型船舶推进轴系状态监测研究具有十分重要的意义。
　　论文以轴系试验台为研究平台，开发出一套船舶推进轴系运行状态监测系统，结合数据采集硬件设备，实现对轴系扭转振动、回转振动、纵向振动、轴心轨迹、轴功率及轴承座振动信号的同步采集，并用时域、频域和阶次分析对轴系运行状态参数进行实时分析。
　　对轴系在七种不同加载下的运行状态进行在线监测。对轴系三种振动信号进行时域、频域分析，提取有效时域、频域参数，比较工况变化对参数的影响，将振动信号的时域和频域参数组成参数向量用于轴系状态监测；对轴系振动信号进行阶次分析，从阶次谱中提取主要振动阶次进行时域重构，得到各振动阶次时域波形，绘制阶次瀑布图，通过各阶次振幅随转速的变化曲线找到共振点，比较不同工况对主要阶次变化趋势的影响，并比较回振在水平与垂直方向上的差异，在试验转速内，回振在水平方向有共振发生而垂直方向上没有；对轴心轨迹进行整周期截取，显示单周期轨迹图，比较不同故障下轴心轨迹图的差异；提出一种新的轴心轨迹提纯方法：阶次提取法，从阶次谱中提取特征阶次，得到各阶次分量的轴心轨迹图，用各阶次轴心轨迹参数判断轴系故障特征，并比较转速对艉轴不对中故障的影响，转速越低，不对中故障越明显。
　　论文通过试验验证了监测系统运行的可靠性，完成了对推进轴系运行状态参数的实时监测，达到预期设计目的。

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第1章 绪论

1.1 课题背景和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题来源

1.4 主要研究内容

第2章 推进轴系状态监测方法研究

2.1 推进轴系振动测量原理

2.2 轴心轨迹测量原理

2.3 轴功率测量原理

2.4 信号分析与处理技术

2.5 本章小结

第3章 推进轴系状态监测系统设计与开发

3.1 系统框架设计

3.2 试验平台及测试工况

3.3 系统硬件

3.4 系统软件

3.5 本章小结

第4章 轴系振动分析

4.1 扭转振动分析

4.2 纵向振动分析

4.3 回转振动分析

4.4 本章小结

第5章 轴心轨迹分析

5.1 轴心轨迹提纯

5.2 实测轴心轨迹分析

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献