Способ измерения осевого усилия и крутящего момента гребного винта судна и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к экспериментальной гидродинамике и предназначено для измерения осевых усилий и крутящих моментов на гребных валах судов.

Известен способ измерения осевого усилия гребного винта путем измерения упругих деформаций гребного вала под углом 45° и 135° относительно продольной оси вала с помощью двух тензорезисторов, укрепляемых на гребном валу в указанных направлениях, и вычитания сигналов этих тензорезисторов.

Недостатком этого способа является недостаточная точность измерения осевого усилия из-за влияния крутящего момента, а также низкая чувствительность измерительной схемы к измеряемым деформациям и отсутствие температурной компенсации.

Известен другой способ измерения осевого усилия и крутящего момента гребного винта с помощью укрепляемых на валу гребного винта тензорезисторов, заключающийся в настройке измерительной схемы с помощью компенсационного сигнала путем нагружения упругой плиты с тензорезисто- рами фиксированными величинами сил и крутящих моментов, последующем закреплении ее на валу гребного винта, преобразовании деформаций гребного вала в электрические сигналы и их регистрации.

Недостатком известного способа измерения является влияние крутящего момента, обусловленное ошибками установки

J сл о ч VI о

пругой плиты на валу гребного винта, а акже изменением параметров тензорези- тороп при изгибе упругой плиты в процессе акрепления ее из валу. Другими недостатками способа являются низкая чувствительность к продольной деформации вала, повышенная температурная нестабильность.

Известно устройство для измерения севого усилия и крутящего момента гребного винта судна, содержащее установленные на гребном валу через упругую плиту ензорезисторы осевого усилив и крутящего момента, собранные в измерительные мос- ты, усилители сигналов, токосъемное устройство, резисторный делитель компенсационной цепи и регистраторы осевого усилия и крутящего момента.

Недостатком устройства является влияние крутящего момента на результаты измерения осевого усилия, низкая чувствительность к продольной деформации вала, повышенная температурная нестабильность.

Целью изобретения является повышение достоверности информации при измерениях осевого усилия и крутящего момента гребного винта Судна.

Эта цель достигается тем, что в процессе настройки задают вращение гребному винту с частотой, близкой к частоте крутильных колебаний гребного вала, фиксируют возникновение крутильных колебаний по показаниям регистраторов крутящего момента и осевого усилия, затем изменяют амплитуду колебаний компенсационного сигнала крутящего момента, устанавливают его в противофазе с сигналом колебаний осевого усилия, суммируют эти сигналы, доводя суммарный сигнал до нуля, а регистрацию электрических сигналов осуа1ествляют после установки частоты вращения гребного винта на режим движения судна.

Устройство для измерения осевого усилия и крутящего момента гребного винта судна, содержащее установленные на гребном валу по осям cootветствующих главных напряжений и собранные в измерительные мосты тензорезисторы осевого усилия и крутящего момента, усилители осевого усилия и крутящего момента, токосъемное устройство, резисторный делитель компенсационной цепи и регистраторы осевого усилия и крутящего момента, при этом в устройство введены сумматор и переключатель, причем резисторный делитель компенсационной цепи через переключатель подключен к выходу усилителя крутящего момента, выход резисторного делителя компенсационной цепи соединен с одним входом сумматора, другой вход которого соединен с выходом усилителя осевого усилия, а выходы сумматора и усилителя крутящего момента соединены с регистраторами соотвотственно осевого усилия и крутящего момента.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - электрическая схема; на фиг. 3 - схема расположения тенэорезисто0 ров на гребном валу.

Устройство содержит (фиг. 1 и 2) измерительный мост крутящего момента 1 из тензорезисторов, установленных на валу гребного винта под углом 45°, измеритель5 ный мост осевого усилия 2 из тензорезисторов, установленных на валу гребного винта поочередно вдоль и поперек его продольной оси (фиг. 3), усилители сигналов 3 и 4, токосъемно устройство 5, переключатель 6,

0 делитель компенсационной цепи с резистором 7, сумматор 8 и регистраторы 9 и 10.

Устройство работает следующим образом.

При вращении гребного винта на нем

5 развиваются осевая сила и крутящий момент, деформирующие вал гребного винта. Закрепленные на нем тензорезисторы изменяют свое сопротивление и в диагоналях измерительных мостов 1 и 2 возникают на0 пряжения, которые усиливаются усилителями 3 и 4 и через токосъемные устройства 5 поступают на регистраторы 9 и 10.

Вследствие угловых ошибок ориентации тензорезисторов моста 2 в измеритель5 ном сигнале наряду с составляющей, пропорциональной осевой силе, присутствует составляющая помехи, пропорциональная крутящему моменту. Для ее компенсации сигнал с выхода усилителя

0 осевого усилия подают на один из входов сумматора 8, на другой вход сумматора подают компенсационный сигнал крутящего момента. Амплитуду компенсационного сигнала крутящего момента изменяют с по5 мощью резистора 7, а его фазу - переключателем 6.

Для настройки измерительной схемы с помощью компенсационного сигнала задают вращение гребному ЁИНТУ с частотой,

0 близкой к частоте крутильных колебаний гребного вала. При этом в системе гребной винт-валопрооод возбуждаются крутильные колебания с собственной частотой, определяемой упругими и инерционными характе5 ристикзми системы. Возникновение крутильных колебаний фиксируют по показаниям регистраторов 9 и 10 крутящего момента и осевого усилия. Резистором 7 изменяют амплитуду колебаний компенсационного сигнала крутящего момента. Переключателем 6 устанавливают компенсационный сигнал в противофазе с сигналом колебаний осевого усилия. Суммируют эти сигналы в сумматоре 8, доводя суммарный сигнал на регистраторе 10 до нуля.

Регистрацию электрических сигналов осевого усилия и крутящего момента осуществляют лослеустановки частоты вращения гребного винта на режим движения судна; Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Способ измерения осевого усилия и крутящего момента гребного винта судна, заключающийся в настройке измерительной схемы с помощью компенсационного сигнала, преобразовании деформаций гребного вала в электрические сигналы с помощью закрепленных на нем тензорезй- сторов и регистрации электрических сигналов, о т я и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения достоверности информации, в процессе настройки задают вращение гребному винту с частотой, близкой к частоте крутильных колебаний гребного вала, фиксируют возникновение крутильных колебаний по показаниям регистраторов крутящего момента и осевого усилия, затем изменяют амплитуду колебаний компенсационного сигнала крутящего момента, устанавливают его в противофазе с сигналом колебаний осевого усилия, суммируют эти

сигналы, доводя суммарный сигнал до нуля, а регистрацию электрических сигналов осуществляют после установки частоты вращения гребного винта на режим движения судна. . . .;. ; .. ; . ;;

2. Устройство для измерения осевого усилия и крутящего момента гребного винта судна, содержащее установленные на гребном валу по осям соответствующих глазных напряжений и собранные в измерительные мосты тензореэисторы осевого усилия и крутящего момента, уёШйтели ОСОБОГО усй- лия и крутящего момента, токосъемное устройство, резисторный делитель компенсационной цепи и регистраторы осевого усилия и крутящего мймента, о т- л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения достоверности информации, в не го в в еде н ы :сум матб р и п е ре кл ю ча та л ь, при этом резисторный делитель компенсационной цепи через переключатели подключен к выходу усилителя крутящего момента, выход резисторного делителя компенсационной цепи соединен с одним входом сумматора, другой вход которого соединен с выходом усилителя осевого усилйя. а выходы сумматора и усилителя крутящего момента соединены с регистраторами соответственно осевого усилия и крутящего момента.

Сущность изобретения: при измерении осевого усилия в процессе настройки измерительной схемы задают вращение гребному винту с частотой, близкой к частоте крутильных колебаний гребного винта, и фиксируют их регистраторами крутящего момента и осевого усилия; устанавливают сигнал колебаний крутящего момента в про- тивофазе с сигналом колебаний осевого усилия, доводя суммарный сигнал до нуля и после установки частоты вращения гребного винта на режим движения судна производят регистрацию электрических сигналов крутящего момента и осевого усилия. Устройство содержит собранные в измерительные мосты тензорезисторы осевого усилия и крутящего момента, резисторный делитель компенсационной цепи, который через переключатель соединен с выходом усилителя крутящего момента, выход резисторно- го делителя соединен с сумматором и с выходом усилителя осевого усилия, а выходы сумматора и усилителя крутящего момента соединены с регистраторами осевого усилия и крутящего момента. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. сл С

Фиг. I

far. г