徑向滑動軸承油膜動剛度在線測試方法
2023-05-10 01:55:31 1
徑向滑動軸承油膜動剛度在線測試方法
【專利摘要】本發明涉及一種徑向滑動軸承油膜動剛度在線測試方法，利用徑向滑動軸承油膜動剛度測試系統，分別獲取油膜動態支撐力和油膜動態位移，徑向滑動軸承油膜動剛度即為油膜動態支撐力與油膜動態位移之比；所述的徑向滑動軸承油膜動剛度測試系統別包括油膜動態支撐力測試系統和油膜動態位移測試系統；本發明提出的徑向滑動軸承油膜動剛度在線測試方法是嚴格按照動剛度的定義，通過油膜支撐力和動態位移之比獲取，無需任何形式的模型簡化，測試精度高；測試方法適應於所有軸承結構形式，測試方法適應性強；測試系統簡單，可採用市場貨架產品搭建，無需開發專用測試模塊，便於工程應用。
【專利說明】徑向滑動軸承油膜動剛度在線測試方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於船舶設備動力學參數在線測試領域，具體涉及推進軸系中徑向滑動軸承油膜動剛度在線測試技術。
【背景技術】
[0002]滑動軸承具有承載能力大、工作平穩、壽命長、運轉可靠、噪聲低等特點，被廣泛應用於船舶領域。作為船舶推進系統中的關鍵部件，滑動軸承的動剛度特性直接影響推進系統振動特性，此外通過對動剛度的在線測試還能夠及時了解滑動軸承油膜狀態，因此準確獲取油膜動剛度特性對研究螺旋槳-軸系振動規律、保護船舶推進軸系正常工作和保障船舶航行安全具有重要意義。
[0003]船舶在實際航行中，船舶螺旋槳軸的工況參數經常處於變化中，使得軸承的工作狀態也是變化的，尤其當螺旋槳軸的迴轉速度改變時，滑動軸承動剛度也是實時發生變化。艦船這種特性決定模型試驗數據往往很難發揮作用。
[0004]為了在線獲取軸承動剛度，段吉安(大型汽輪機滑動軸承油膜動特性參數識別的研究。機械工程學報1997，33(1)，93-98)提出一種利用系統的不平衡響應識別油膜動特性係數的方法，而孫偉(滑動軸承油膜剛度、油膜厚度監測裝置。發明專利，申請號201110049392.7)通過在線測試軸承參數，進而帶入理論公式估算動剛度。這兩種方法的前提都需要對軸系進行精確建模。然而對於船舶推進系統而言，軸系末端安裝有螺旋槳，而螺旋槳在運轉過程中水動力學特性複雜，還存在浮力、附連水質量等一系列問題，難以精確建模，使得現有方法失效，目前尚缺乏行之有效的徑向滑動軸承油膜動剛度在線測試方法。
【發明內容】
[0005]針對現有技術存在的缺陷，本發明要解決的技術問題在於:提供一種徑向滑動軸承油膜動剛度在線測試方法，實現運轉過程中水動力複雜環境下對徑向軸承油膜剛度的精確測量。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為:
[0007]—種徑向滑動軸承油膜動剛度在線測試方法，其特徵在於:利用徑向滑動軸承油膜動剛度測試系統，分別獲取油膜動態支撐力和油膜動態位移，徑向滑動軸承油膜動剛度即為油膜動態支撐力與油膜動態位移之比；所述的徑向滑動軸承油膜動剛度測試系統別包括油膜動態支撐力測試系統和油膜動態位移測試系統；
[0008]所述的支撐力測試系統主要包含應變片、無線數據發送裝置、無線數據接收裝置、測試觸發裝置、角度傳感器；各應變片數據輸出端與無線數據發送裝置相連，無線發送裝置端通過無線方式與無線數據接收裝置連接，測試觸發裝置、角度傳感器與無線數據接收裝置都與數據採集系統連接，數據採集系統與後處理單元相連，測試系統經由測試觸發裝置觸發以後開始工作；測試時，徑向滑動軸承軸向兩端轉軸上設置兩個指定截面，兩指定截面距離各自所在側滑動軸承端面距離不相等；各指定截面的軸向兩側各設置一個測試截面，兩測試截面距離自身指定截面的距離相等；同時在其中一個指定截面兩側等距的兩個測試截面上設置八個應變片，每四個應變片均勻間隔粘貼在其中一個測試截面的外周上，兩個指定截面上的各應變片周向分布位置一致；無線數據發送裝置設置在轉軸上；角度傳感器的固定端與測試觸發裝置的固定端安裝在軸承基座或船體結構上，角度傳感器的轉動端和測試觸發裝置的轉動端固定在轉軸上；
[0009]所述的油膜動態位移測試系統主要包含電渦流傳感器、傳感器支架、彈性隔振器；電渦流傳感器安裝在傳感器支架上，傳感器支架通過底部的彈性隔振器固定在軸承基座或船體結構上；電渦流傳感器與數據採集系統相連，採集系統採集數據最終傳送給後處理單元以獲取油膜動態位移；測試時，在徑向滑動軸承的轉軸軸向兩側布置兩組電渦流傳感器，每組電渦流傳感器包含兩個位於同一圓周上的電渦流傳感器，一個電渦流傳感器設置在轉軸的垂直方向直徑上，另一個電渦流傳感器設置在轉軸的水平直徑上。
[0010]上述技術方案中，測試觸發裝置包括轉動端和固定端；觸發裝置轉動端固定在轉軸上，觸發裝置固定端安裝在軸承或艇體結構之上，觸發裝置固定端上的信號輸出端與數據採集系統相連；當觸發裝置轉動端與觸發裝置固定端在轉軸同一母線相遇，則提供一個觸發信號，觸發整個測試系統開始工作；最終應變數據、轉動角度數據和電渦流傳感器數據通過數據處理系統傳送至後處理單元進行處理。
[0011]上述技術方案中，所述的方法按如下步驟進行:
[0012]步驟1:根據動剛度測試要求、頻率測試範圍，確定各應變片、傳感器以及測試觸發裝置的各布置位置、間距，在測試前檢查支撐力測試系統和動態位移測試系統運行是否正常；
[0013]步驟2:啟動角度信號觸發裝置，觸發信號發生後，同步採集所有傳感器位移信息，並做後期處理獲得油膜動剛度數據；所述後期處理是指利用布置在徑向滑動軸承兩側軸段上的應變片和角度傳感器信息獲得軸截面剪力，依據力平衡方程和力矩平衡方程獲得軸承油膜動態支撐力，以及利用布置在徑向滑動軸承兩側軸段上的電渦流傳感器獲得油膜動態位移，最終油膜動剛度即為油膜動態支撐力與油膜動態位移之比。
[0014]上述技術方案中，油膜動態支撐力與油膜動態位移測量計算方法如下:首先利用布置在徑向滑動軸承軸向兩側軸段上的8個應變片，分別獲取徑向滑動軸承兩側轉軸不同指定截面上的剪切力，該剪切力分解為兩個垂直於軸承軸向並且相互垂直的分量，一個分量為垂直方向，另一個分量為橫向，根據力和力矩平衡方程即可獲得徑向滑動軸承油膜動態支撐力；其次利用布置在徑向滑動軸承兩側的電渦流傳感器，獲得油膜動態位移；徑向滑動軸承油膜動剛度即為油膜動態支撐力與油膜動態位移之比。
[0015]相比與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:本發明提出的徑向滑動軸承油膜動剛度在線測試方法是嚴格按照動剛度的定義，通過油膜支撐力和動態位移之比獲取，無需任何形式的模型簡化，測試精度高；測試方法適應於所有軸承結構形式，測試方法適應性強；測試系統簡單，可採用市場貨架產品搭建，無需開發專用測試模塊，便於工程應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為徑向滑動軸承油膜動剛度測試系統各部件連接關係示意圖；
[0017]圖2為兩端指定截面位直不意圖；[0018]圖3為其中一端指定截面處剪切力測量方案示意圖；
[0019]圖4為圖3的側視圖；
[0020]圖5為徑向軸承油膜動態位移測試方案示意圖；
[0021]圖6為圖5的側視圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明【具體實施方式】做進一步詳細說明。
[0023]根據本發明實施的徑向滑動軸承油膜動剛度在線測試方法，對於給定的徑向滑動軸承，其油膜動剛度測試系統的各部件連接形式如圖1-6所示。其中應變片I粘貼到轉軸上，其數據輸出端與同樣固定安裝在轉軸15上的無線發送裝置2相連，無線發送端通過無線方式與無線接收裝置3連接，最終將應變數據傳送至數據採集系統4 ；電渦流傳感器5安裝在傳感器支架6上，傳感器支架6通過彈性隔振器7固定在軸承基座或船體結構14上，電渦流傳感器5數據輸出端與數據採集系統4相連，將油膜動態位移系統傳送至數據採集系統4 ;觸發裝置轉動端8固定在轉軸上，觸發裝置固定端9安裝在軸承或艇體結構之上，觸發裝置固定端9上的信號輸出端與數據採集系統4相連。當觸發裝置轉動端8與觸發裝置固定端9相遇，則提供一個觸發信號，觸發整個測試系統開始工作。最終應變數據、轉動角度數據和電渦流傳感器5數據通過數據處理系統傳送至後處理單元10進行處理。角度傳感器的固定端17安裝在軸承基座或船體結構14上，角度傳感器的轉動端16固定在轉軸15上，經觸發裝置觸發後開始工作。
[0024]為了測量油膜支撐力，其測試布置系統布置方案如圖2-4所示，待測的指定截面選擇在徑向滑動軸承11兩側，徑向滑動軸承11的長度、軸承左側指定截面12距離軸承11左端面的距離、軸承右側指定截面13距離軸承11右側端面的距離分別為1A，1B, I。。徑向軸承兩側轉軸指定截面距離軸承兩側指定端面的距離不相等，即Ib^ I。。每一側待測的指定截面處(12、13)應變片I的布置方案如圖3所示。則利用測試的8個應變片I的應變數據，結合依據式(I)~(6)計算出油膜動態支撐力。
[0025]首先利用布置在徑向滑動軸承軸向兩側軸段上的應變片，獲取徑向滑動軸承兩側轉軸指定截面上的剪切力，該剪切力分解為兩個垂直於軸承軸向並且相互垂直的分量，一個分量為垂直方向，另一個分量為橫向，根據力和力矩平衡方程即可獲得徑向滑動軸承油膜的支撐力:
[0026]如圖3所示，轉軸上指定截面12 (13)的兩軸向側等距的兩個測試截面上一共布置8個應變片，每個測試截面沿周向間隔90 °均布4個應變片，兩個測試截面的應變片周向位置一致，且各測試截面距離其相應的指定截面12 (13)軸向距離為Λ/2 ;其中X軸為轉軸軸心線，且方向指向船尾部方向，y軸為豎直方向，且方向垂直向上，z為橫向，方向由右手定則確定。依據有限差分技術，可得其中一個指定截面上的剪切力為:
【權利要求】
1.一種徑向滑動軸承油膜動剛度在線測試方法，其特徵在於:利用徑向滑動軸承油膜動剛度測試系統，分別獲取油膜動態支撐力和油膜動態位移，徑向滑動軸承油膜動剛度即為油膜動態支撐力與油膜動態位移之比；所述的徑向滑動軸承油膜動剛度測試系統別包括油膜動態支撐力測試系統和油膜動態位移測試系統； 所述的支撐力測試系統主要包含應變片、無線數據發送裝置、無線數據接收裝置、測試觸發裝置、角度傳感器；各應變片數據輸出端與無線數據發送裝置相連，無線發送裝置端通過無線方式與無線數據接收裝置連接，測試觸發裝置、角度傳感器與無線數據接收裝置都與數據採集系統連接，數據採集系統與後處理單元相連，測試系統經由測試觸發裝置觸發以後開始工作；測試時，徑向滑動軸承軸向兩端轉軸上設置兩個指定截面，兩指定截面距離各自所在側滑動軸承端面距離不相等；各指定截面的軸向兩側各設置一個測試截面，兩測試截面距離自身指定截面的距離相等；同時在其中一個指定截面兩側等距的兩個測試截面上設置八個應變片，每四個應變片均勻間隔粘貼在其中一個測試截面的外周上，兩個指定截面上的各應變片周向分布位置一致；無線數據發送裝置設置在轉軸上；角度傳感器的固定端與測試觸發裝置的固定端安裝在軸承基座或船體結構上，角度傳感器的轉動端和測試觸發裝置的轉動端固定在轉軸上； 所述的油膜動態位移測試系統主要包含電渦流傳感器、傳感器支架、彈性隔振器；電渦流傳感器安裝在傳感器支架上，傳感器支架通過底部的彈性隔振器固定在軸承基座或船體結構上；電渦流傳感器與數據採集系統相連，採集系統採集數據最終傳送給後處理單元以獲取油膜動態位移；測試時，在徑向滑動軸承的轉軸軸向兩側布置兩組電渦流傳感器，每組電渦流傳感器包含兩個位於同一圓周上的電渦流傳感器，一個電渦流傳感器設置在轉軸的垂直方向直徑上，另一個電渦流傳感器設置在轉軸的水平直徑上。
2.根據權利要求1所述的一種徑向滑動軸承油膜動剛度在線測試方法，特徵在於:測試觸發裝置包括轉動端和固定端；觸發裝`置轉動端固定在轉軸上，觸發裝置固定端安裝在軸承或艇體結構之上，觸發裝置固定端上的信號輸出端與數據採集系統相連；當觸發裝置轉動端與觸發裝置固定端在轉軸同一母線相遇，則提供一個觸發信號，觸發整個測試系統開始工作；最終應變數據、轉動角度數據和電渦流傳感器數據通過數據處理系統傳送至後處理單元進行處理。
3.根據權利要求2所述的一種徑向滑動軸承油膜動剛度在線測試方法，特徵在於:所述的方法按如下步驟進行: 步驟1:根據動剛度測試要求、頻率測試範圍，確定各應變片、傳感器以及測試觸發裝置的各布置位置、間距，在測試前檢查支撐力測試系統和動態位移測試系統運行是否正常； 步驟2:啟動角度信號觸發裝置，觸發信號發生後，同步採集所有傳感器位移信息，並做後期處理獲得油膜動剛度數據；所述後期處理是指利用布置在徑向滑動軸承兩側軸段上的應變片和角度傳感器信息獲得軸截面剪力，依據力平衡方程和力矩平衡方程獲得軸承油膜動態支撐力，以及利用布置在徑向滑動軸承兩側軸段上的電渦流傳感器獲得油膜動態位移，最終油膜動剛度即為油膜動態支撐力與油膜動態位移之比。
4.根據權利要求3所述的一種徑向滑動軸承油膜動剛度在線測試方法，特徵在於:油膜動態支撐力與油膜動態位移測量計算方法如下:首先利用布置在徑向滑動軸承軸向兩側軸段上的8個應變片，分別獲取徑向滑動軸承兩側轉軸不同指定截面上的剪切力，該剪切力分解為兩個垂直於軸承軸向並且相互垂直的分量，一個分量為垂直方向，另一個分量為橫向，根據力和力矩平衡方程即可獲得徑向滑動軸承油膜動態支撐力；其次利用布置在徑向滑動軸承兩側的電渦流傳感器，獲得油膜動態位移；徑向滑動軸承油膜動剛度即為油膜動態支撐力與油膜動態位移之比。
【文檔編號】G01M13/04GK103728136SQ201410016062
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月14日 優先權日:2014年1月14日
【發明者】劉彥, 彭偉才, 張俊傑, 原春暉 申請人:中國艦船研究設計中心