船舶軸功率

船舶軸功率是多用在泵上的一個專業術語，即軸將動力（電機功率）傳給功部件（葉輪）的功率。

基本介紹

• 中文名：船舶軸功率
• 定義：原動機供給空壓機軸的功率
• 套用：新造船舶、大修後的船舶等
• 優勢：提高設備利用率，降低維修費用

軸功率

泵在一定流量和揚程下，原動機單位時間內給予泵軸的功稱為軸功率。

軸功率是多用在泵上的一個專業術語，即軸將動力（電機功率）傳給功部件（葉輪）的功率。功率值小於電機額定功率。

實質上軸功率跟聯軸器有很大的關係，電機通過聯軸器連線泵頭葉輪，當電機轉動時，帶動聯軸器，聯軸器雙和泵頭內的葉輪連線，進而帶動葉輪旋轉。因為有聯軸器這個部件，那么電機功率就不能完全轉化為葉輪轉動的實際效率，所以軸功率小於電機功率（額定功率）。

意義

在機械傳動系統中，扭矩是反映生產設備系統性能的最典型機械量之一，扭矩測量及分析是保證各種生產及輔助設備安全正常運行，節省能源，提高系統效率的重要手段。提高扭矩測量的準確性、扭矩監測和控制的實時性以及扭矩異常分析的可靠性，是減少事故發生、使生產正常進行的重要手段。扭矩線上監測對減少非計畫檢修時間和事故、快速分析產生事故或故障的原因，對提高生產效率和經濟效益都有重要意義。

隨著科學技術的進步和生產的發展，扭矩測量技術有著廣闊的套用前景。現代機械產品都在向大功率、高速度、小型化方向的發展，對各種動力機械械運行狀態的監測和故障識別預報顯得尤為重要，特別是那些大型的、關鍵性的、無儲備的設備，例如重載的長途卡車，大功率的水下結構物，艦船的主軸等，當控制系統相應頻率和傳動軸系固有頻率附近或相等時，就會造成機電藕合合拍共振，電流震盪對生產和設備將造成嚴重的影響。由於意外停車或故障造成的危害極大，對機械系統動力傳遞過程進行動態監測與控制就成為消除事故、確保全全、可靠運行的前提條件和重要手段。

因此，為了機器的正常上作不受影響和判斷軸類零件是否失效，必須精確測量轉軸的扭矩、轉速和功率。

介紹

隨著船舶向大型化、高速化和自動化方向發展，船舶的快速性、高效益、經濟性等，已成為造船的重要指標。作為計算轉換效率的重要手段，軸功率測量已成為船廠及船東驗收新造船舶的主要參數[1]。通過對主機不同工況下軸功率的測量，可以了解及檢驗船體-主機-推進器三者之間匹配情況，同時也可對舊船船-機-槳工作狀態及故障做出診斷。軸功率測量已成為各大船廠新造船舶以及舊船改造必須進行測量的項目之一，因此，其測量的準確度、數據的可靠性尤為重要。

軸功率是船舶主機最重要的性能參數之一[2-3]，一般通過間接測量扭矩和轉速計算而得出。船舶運行條件十分複雜，船-機-槳的匹配對主機性能有很大的影響。當機-槳不匹配時，主機可能不能充分發揮其額定功率，船舶不能達到設計航速；同時，主機還可能發生嚴重超載，其使用壽命就大大縮短。通過測量船舶動力系統的軸功率，不僅可以發現主機的工作狀況是否良好，還可以判斷船-機-槳的匹配的優劣情況。

套用

通常情況下，下列幾種船舶應進行軸功率測量：

（1）新造船舶。船舶設計時，其設計宗旨是機-槳能配合工作，即螺旋槳完全吸收主機發出的功率。但是在實際建造的過程中，可能由於某種原因，船舶的實際結構或設備沒有達到設計時的要求，因此需要測量主機軸功率，以判斷船-機-槳的匹配狀態，看其是否達到設計的要求。

（2）大修後的船舶。船舶運行一段時間後或者大修後，主機的額定功率一般會有所下降，其負荷特性曲線會發生變化。同時，螺旋槳的性能參數也會發生變化，則其特性曲線會發生變化。因此，需要重新測量主機軸功率，以判斷船-機-槳的匹配是否良好。

（3）設備或結構有較大改進或改裝的船舶。船舶的結構或設備發生變化，可能影響到其吃水或航行阻力。為適應螺旋槳特性的變化，可通過測量軸功率，來改進主機的特性，使船-機-槳重新匹配，達到穩定狀態。

（4）軸系異常或軸轉速不能提高的船舶。通過對軸功率的測試，可以找出原因，並進行合適的調整及修理。

船舶軸功率測試的發展

當前國內的扭矩測試在生產實踐上的套用還是比較弱的，主要有以下兩方面的表現:第一是實時顯示瞬態扭矩有較大的困難;第二個是扭矩感測器的動態性能指標無法標定。扭矩測量的發展趨勢是由靜態測試向動態測試發展，由接觸式測量向非接觸式測量發展。同時，所設計出的測試系統也都向著體積小型化、顯示數位化、系統智慧型化、監測實時化的方向發展。另外，由於實際套用的需要，對測量的精度、準確度及解析度的要求都在不斷地提高。根據經驗可以知道，每種扭矩感測器都有它適用的範圍和套用領域，所以必須根據實際套用現場條件(溫度、濕度、電磁十擾)來合理選擇最佳的扭矩感測器類型，設計出最合適的感測器結構。目前，扭矩的測量在各個領域得到了廣泛的套用，已經滲透到了工業、農業、能源、航空航天、國防等眾多領域。

監測系統

光電非接觸式轉動軸扭矩測量裝置是由編碼輪、光電開關、微處理系統（包括單片機，FPGA晶片）、輸入輸出等部分組成。本系統裝置是基於相位差式軸功率測量儀, 該系統主要採用光電開關感測器。本系統由光電開關、光電碼盤、控制器、計算機以及相關電路組成，編碼輪固定安裝在轉動軸上，光電開關的槽口正對著編碼輪，並且固定在編碼輪的邊緣，當編碼輪隨著被測軸轉動時，光電開關的光電檢測器與發光二極體之間的光路被周期的打開或關閉，光電開關輸出同周期的開閉相間的脈衝。控制器首先將光電開關傳輸的電信號經過處理後，傳輸到現場可程式門陣列晶片，將信號進行與、異或邏輯運算，消除或減少時間漂移或溫度漂移產生的誤差，得到真實的相位差信號，並將此相位差信號存儲在數據單元中，接著傳輸到單片機當中，結合測定的速度值，計算出轉動軸的扭矩和軸功率。計算機將控制器中的數值顯示出來，並且在計算機中可以對數值進行數理統計、數據分析，以圖表的形式顯示出來。

功率圖解

右側為深圳市亞泰光電船用軸功率線上監測裝置。

1.被測轉動軸；2.第一光電碼盤；3.第一通光孔；4.第二光電碼盤；5.第二通光孔；6.第一光電開關；7.第二光電開關；8.軸承；9.第一導線；10.第二導線；11.控制器；12.計算機；13.顯示器；14. LCD顯示屏；15.擋光板；16.第三光電碼盤；17.第四光電碼盤；18.第五光電碼盤；19.第六光電碼盤。

系統優勢

船舶軸系系統轉動的過程中，在負載的作用下軸系會發生扭轉的物理現象，軸系狀態主要包括軸系的扭矩和功率等信息。軸系的運轉狀態可能含有軸系健康情況的信息，對軸系狀態的監測是對其做故障診斷的依據。

通過測量軸系發生扭轉的程度大小，可以計算出軸繫上的扭矩大小和軸系傳遞的功率的大小。採用光電技術來測量被測轉動軸的扭轉角度，根據該扭轉角度能夠由計算機計算被測轉動軸的扭矩和功率。通過該系統對軸系運轉狀態的監測獲取的信息，在計算機中對軸系進行故障診斷研究。所以研究和開發船舶軸功率測量系統具有重要的現實意義。深圳市亞泰光電船用軸功率線上監測裝置其意義如下：

（1）能對扭矩、轉速、軸功率進行實時和瞬態監測及時反應軸系狀態，能提前預測主機、軸系故障的發生，提高設備利用率，降低維修費用；

（2）若發生故障，可以通過與其它監測技術如振動、噪聲、油液監測技術相結合可以進一步診斷出故障的具體位置及故障的嚴重程度及引發原因，從而減少故障的停機時間，提高經濟效益；

（3）與計算機連線，操作可以通過計算機來控制，並且檢測結果可以通過PC中的軟體來處理，方便，快捷，準確。

目的意義

(1)扭矩動態測量可以為旋轉機械的設計和新產品開發提供科學數據，並且確保了運行中的安全性。

(2)扭矩動態測量可以檢驗出各種動力機械功率輸出是否達到預先設計指標。

(3)扭矩動態測量對各種動力機械運行狀態監測和故障識別預報有著十分重要的意義。

(4)扭矩動態測量可以作為自適應控制系統中的信號源。

(5)扭矩動態測量可以通過功率的檢測，作為設備的能源消耗的指示器。

(6)扭矩動態測量為多主機系統的動力平衡提供了指示作用。