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船用轴功率仪简介

 wangweiqin168 2022-12-07 发布于几内亚
轴功率仪可以用来监测船舶推进轴上的真实扭矩与功率。通过对主机不同工况下轴功率的测量,可以了解船体-主机-推进器三者之间匹配情况。当机-桨不匹配时,主机可能不会充分发挥其额定功率,也有可能会发生严重超载。随着船舶向大型化、自动化方向发展,船舶的高效性、经济性等,已成为造船的重要指标。作为计算转换效率的重要手段,轴功率测量已成为船厂及船东验收新造船舶的重要参数。

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轴功率仪如何工作

船用轴功率仪测量传动轴上的实时扭矩(扭矩)、速度和功率输出。当向轴施加扭矩时,轴表面会发生少量应变或“扭曲”。轴功率仪使用传感器测量轴上的这种应变,并将信号传输到固定接收器,接收器根据轴的机械特性处理和计算扭矩值。然后将扭矩量与速度(通常使用内置转速计)相结合以计算功率。功率是扭矩、速度和系数的简单乘积。由于功率和扭矩之间的密切关系,“轴功率仪”这个名称经常与“轴扭矩仪”或“轴扭力仪”互换使用。

功率 (Hp) = 扭矩 (ft-lbs) x RPM / 5252

功率 (kW) = 扭矩 (Nm) x RPM / 9550

轴功率检测必要性

发动机或者交流电机在出厂时,一般已经提供了扭矩或者功率测量信号。那么在推进轴上在安装一套功率仪是否时多此一举?答案是否定的。
发动机通常是根据制造商建立的台架试验或发动机性能曲线数据计算发动机功率。而电机则依赖于测量电压 x 电流,然后从负载数据中计算得出扭矩数据。这两种方法均是间接得出扭矩。虽然 在大多数情况下,这些方法可以很好地指示轴上的扭矩,但扭矩的“良好指示”不能等同于传感器测量的真实机械扭矩。机械测量扭矩的优势:
1)捕捉扭矩数据的快速变化。发动机或电机负载扭矩指示器通常不会检测到轴上持续时间较短的机械扭矩尖峰,而这却通常是机械损坏的原因,比如启动,突加负载时。
2)消除传动机构效率低下对测量的影响。传动机构较多(包括齿轮箱、联轴器和轴承等),距离较长,传递效率低下时,发动机或电机的扭矩指示器偏差会很大,不能代表系统的真实情况
3)监测实时情况。 性能基线通常不能准确说明由于海上各种条件(例如风速、洋流和温度)引起的扭矩变化。

轴功率仪主要组成

船用轴功率计系统包含三个主要组件:1) 传感器 2) 变送器 3) 接收器。传感器的目的是将轴上的扭曲转换为电信号。变送器为传感器通电,并将来自传感器的信号传输出去。接收器的主要工作是接收来自变送器的信号,处理信号并以最终用户可接受的数据输出格式输出。船用轴功率仪通常与其他附件一起使用。如燃油计,综合船桥系统等。这些指标通过结合分析,可以有效的计算发动机的效果或进行故障诊断。

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轴功率仪主要类型

船用轴功率仪通常分为两种不同的类别。便携式,用于海上试航期间的短期测量,永久式,用于持续监测扭矩和功率。便携式功率仪通常由电池供电,能够快速安装在各种不同尺寸的传动轴上。永久性轴功率仪通常采用感应供电,无需电池即可连续运行,它们通常会根据轴的直径专门制造。

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各种类型的永久型轴功率仪的主要区别在于传感器的类型。最常见的有:光学传感器、磁性传感器和应变片式传感器。

光学类轴功率仪

光学系统依赖于 2 个用螺栓固定在轴上并彼此近距离对齐的杆。随着轴的扭转,光的强度会发生变化,这与轴上的扭矩大小直接相关。该系统的优点是它通常能够检测多个方向的应变,这意味着可以相对轻松地测量扭矩和推力。然而,由于测量点远离实际的轴表面,精度会有所降低。),而且价格昂贵。

磁性类轴功率仪
在该系统中,磁条沿轴的表面绑扎。施加扭矩时,轴内的磁矩会重新定向,导致磁通量围绕轴的圆周发展。磁通场的强度与轴上的应力(因此与扭矩)成线性比例,磁场的极性指示扭矩的方向。位于轴周围的磁场传感器根据该磁通量确定扭矩的大小和方向。该类系统往往相对便宜且易于设置。然而,磁条的固定有时候会是比较大的挑战。
应变片类轴功率仪
该类系统基于应变计的传感器,该传感器直接粘合到轴上的金属箔网格。仪表,即变送器,连接到量具并通过电网施加电压。当轴在负载下扭曲时,网格或元件被拉伸或压缩并改变电阻,从而改变变送器测量的电压。应变计非常精确,但在安装过程中需要非常小心,以确保应变计的粘附和环境保护。由于其准确性,应变片类通常被认为是推进轴扭矩测量的黄金标准,通常在各种国际标准中引用。


不同方法的汇总表如下所示:

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轴功率仪选型因素

选择合适的船用轴功率取决于应用的具体情况。一般会考虑以下几个因素:

测量持续时间。如果测量用于短期测试(天),则应选择电池供电的便携式系统。如果需要长期(数月至数年)进行测量,则应选择感应供电的永久系统。一些制造商还为便携式设备提供感应电源选项,这是中期(数周)测试的理想选择。
所需的测量值。大多数轴功率仪以扭矩、速度和功率作为默认输出。推力测量可以作为许多系统的一个选项,但成本会增加。
传感器类型。尽管在上一节中有所介绍,但仍然值得注意的是,这是轴功率仪之间的主要区别。选择时需要仔细权衡成本、安装便利性和准确性。
轴径。部分类型船用轴功率仪有最小轴径的要求(通常不小于 152mm/6”),所以小轴径选择会有所限制。
数据输出类型。轴功率仪有多种数据类型,最常见的是 RS-485/MODBUS。还可以提供标准模拟输出,包括 4-20 mA 和 +/- 5,10VDC。数字信号往往更稳健,不易受噪声影响,并且随着时间的推移更稳定(减少重新校准的需要)。

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