智能型螺旋槳軸下沉量測量儀

汪國君 方映

摘要：由于旋轉的螺旋槳軸與艉軸管內支承軸承會產生磨損，對磨損下沉量監測方法是：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、數據處理器和顯示控制器組成。主要部件測量傳感器內部發出機械波，確定出磨損量，可以實時監測螺旋槳軸在艉管軸承內磨損下沉量，測量數據精確。

關鍵詞：智能;軸下沉量;測量儀;研發

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，它與艉軸管內支承軸承會產生磨損，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測至關重要。現行船舶對螺旋槳軸與艉管軸承磨損下沉量監測方法是：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據，將二次的記錄數據進行比對，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下沉量的測量精度，設計一種結構合理，讀數準確，又省時省力，成為新設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）的設計研發滿足了上述要求。智能測量儀由測量傳感器、數據處理器和顯示控制器組成，它們之間是通過數據導線聯成一體。

1.1? 工作原理

測量傳感器為一圓柱狀體，安裝在艉軸管內軸承正上方縱向油槽孔內，其內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，從測量傳感器內部發出機械波，碰到螺旋槳軸分界面會產生反射形成反射回波回到傳感器上。從測量傳感器發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的速度就可以確定螺旋槳軸上端在艉軸管內與傳感器的距離。數據處理器設在機艙內，其形為帶兩數據線接口的方形盒狀，接口一端與顯示控制器聯接，另一端所接數據導線沿軸承內油槽與測量傳感器相聯。它負責數據的采集、運算和處理，數據處理器指令測量傳感器發出和接受機械波，根據設定的參數控制傳感器的運行。數據處理器內設有一程序流程定時器，在脈沖串發送完畢后馬上開啟，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。數據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據導線連接在數據處理器接上，它是將數據處理器處理結果顯示出來和發出新的指令將數據傳至數據處理器。它也可以與數據處理器組合在一起。

數據處理器和測量傳感器是系統的核心部分，下圖為智能測量儀結構原理示意。

1.2工作程序

在圖3中固定在艉軸管4上軸承5槽內的測量傳感器6，接收到數據處理器8發出一組信號通過測量傳感器A點產生一組機械波，當波傳播到槳軸1表面B點時部分產生反射回波，回波又被傳感器C點接受，機械波從A點發生經過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顯示結果并輸入新的指令。

將第一次數據設定為初始值，經過一個運行周期，測量并與第一次數值進行比對，其差值即為在此周期內在艉軸管軸承內的下測量。

1.3設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和水潤滑系統，在測量時槳軸處于最低位置，艉軸管內的油或水質密度保持均勻。

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智能測量儀主要創新點

本智能測量儀研發有具大特點是：1）可以實時監測螺旋槳軸在艉管軸承內磨損下沉量，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基準穩定可靠，測量數據精確。

主要創新點有以下三點

1）??? 測量傳感器探頭部分使用特殊密封處理技術。艉軸管內的潤滑油和水一般不會進入探頭內部影響測量效果，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）??? 測量傳感器結構為兩塊壓電晶片，一塊用于發射機械波，另一塊用于接收機械波，雙晶結構具有靈敏度高，雜波少盲區小優點。采集卡采用間隙式采樣方式，當數據超過設定的極限值時處理器發出報警信號。

3）??? 數據處理器的設置，它由單片機及外圈電路組成。單片機以集成板為核心，結構簡單，實現信號收發功能穩定優點;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，放大倍數很高，使用時防止自激。

結語

以上技術研發依據實船上使用三年多時間跟蹤記錄發現，船舶軸承維護頻次減少了，維護周期增長，操作方便，數據準確，可達0.005的精度，安全可靠，滿足運行需要求現，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，節約了成本，提高了運營率。

參考文獻：

[1]?? 中船工業總公司《船舶設計實用手冊》[.M].國防工業出版社.2013第3版.

[2]?? 成大先主編《機械設計手冊》[.M].化學工業出版社.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。現有職稱：高級工程師。研究方向：船舶輪機動力工程技術。