磁阻式扭矩测量方法研究及主推进装置监测系统研制

摘要

作为动力心脏船舶柴油机的安全可靠运行是船舶安全航行的基本保证。采用监测诊断技术能及时发现柴油机潜在的故障信息并进行报警，以避免恶性事故的发生。柴油机输出轴功率是船舶动力系统最重要的性能参数之一，非接触式轴功率测量系统可实时测量船舶主推进系统的功率，以总体评价船舶动力系统的工作状态。本文以油轮大庆454为研究对象，进行了轴功率、示功图和活塞环磨损的船舶主推进装置监测技术研究。
　　 本文主要做了以下几方面的工作：
　　 1)分析了基于磁阻效应的轴功率测量原理，从变形几何关系、物理关系和静力学关系推导出轴功率与扭角的关系。研究表明，船舶主推进系统的轴功率与轴扭角和转速的乘积成正比，通过实时测量轴的转速和两截面轴的相对扭角可实现对主推进系统轴功率的在线监测。
　　 2)研究了磁阻效应的扭矩信号处理方法，分析了信号相位差的相关分析法和频谱分析法，并进行了仿真计算与误差分析。仿真计算表明：在信号信噪比理想的条件下，两种分析方法均可满足分析的要求。
　　 3)完成了扭矩测量系统调理电路的设计与数据采集系统的选型，并集成了船舶主推进装置监测系统。
　　 4)通过在大庆454油轮的Sulzer6RTA52U主机的实船试验，验证了扭矩与气缸压力示功图测量的精度，并测量分析了基于磁传感技术的活塞环磨损信号。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的目的及意义

1.2主推进装置状态监测与故障诊断技术的研究现状

1.2.1船舶主机扭矩及轴功率测试方法的国内外现状

1.2.2活塞及活塞环磨损监测的国内外现状

1.2.3柴油机监测与诊断的方法

1.3本文主要研究工作及技术难点

第2章基于磁阻式传感器的轴功率测量原理

2.1磁阻效应机理分析

2.2磁阻传感器原理

2.3基于磁阻效应的相位差式轴功率测量原理

2.3.1应变几何关系

2.3.2物理关系

2.3.3静力学关系

2.3.4相位差式轴功率测量原理

第3章基于磁阻效应的扭矩信号处理方法研究

3.1信号预处理方法

3.1.1去均值

3.1.2信号的滤波

3.2信号相位差提取方法

3.2.1相关法相位差测量原理

3.2.2基于相位谱的相位差估计方法

3.2.3基本相关法

3.3相关法测量相位差误差分析

3.4基于仿真信号的相位差提取方法研究

3.4.1仿真试验目的

3.4.2仿真试验平台

3.4.3仿真试验方案

3.4.4仿真试验结果分析

第4章扭矩测量系统及主推进装置监测系统研制

4.1扭矩测量系统硬件电路

4.1.1扭矩测量系统总体设计

4.1.2磁敏电阻

4.1.3传感器电路设计

4.1.4信号调理电路设计

4.2船舶主推进装置综合监测系统硬件

4.2.1总体系统硬件组成

4.2.2活塞环测量系统组成

4.2.3缸压示功图系统整体

4.3信号采集设备的选用

4.4主推进装置监测诊断系统的开发平台

4.5系统软件结构

4.6系统主要功能

4.7数据库的设计

4.7.1 Access2003数据库

4.7.2数据库设计

4.7.3 LabVIEW对数据库的访问

第5章船舶主推进装置监测系统试验研究

5.1试验对象

5.2测点布置

5.3扭矩实船测试结果

5.3.1理论扭角计算

5.3.2数据标定

5.3.3基本相关法测试结果

5.3.4相关分析法测试结果

5.4气缸压力示功图监测分析

5.5活塞环监测数据处理与结果分析

5.5.1活塞环磨损信号的等曲柄转角化

5.5.2活塞环磨损信号的去均值

5.5.3活塞环磨损信号的信号处理

5.5.4活塞环磨损信号的修正

5.5.5活塞环磨损量监测分析

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致 谢

攻读硕士期间发表的论文和参加的科研项目