Измерение мощности на гребном валу

Мощность на гребном валу может быть определена расчетным путем по известным значениям крутящего момента и частоты вращения судового вала. Для измерения крутящего момента применяются специальные приборы — торсиометры. Упругим элементом в этих приборах является судовой вал или специальная вставка в этот вал, деформации которых пропорциональны приложенному к валу крутящему моменту. По методам измерения деформации торсиометры могут быть классифицированы следующим образом: механические, оптические и электрические. Для всех этих приборов измеряемое значение крутящего момента Мкр связано с упругими и геометрическими характеристиками вала, а также с коэффициентами преобразования измерительного тракта следующей зависимостью:

где G — модуль сдвига материала вала; Ip — полярный момент инерции вала в меньшем по диаметру сечении; ΔU(φ) — выходное напряжение преобразователя, зависящее от угла закручивания φ; k(ΔU)—коэффициент преобразования измерительного прибора, зависящий от выходного сигнала преобразователя; L— измерительная база (фактическая).

Из формулы (1.23) следует, что предельная суммарная погрешность измерения крутящего момента определяется не только точностью самого торсиометра, но и погрешностями определения величин Ip, G и L. Значения момента инерции и базы торсиометра определяются с высокой степенью точности по данным непосредственных измерений; гораздо сложнее оценить значения модуля сдвига материала вала. Согласно справочным данным для углеродистых сталей, используемых в судостроении, значения модуля продольной упругости лежат в пределах 20 000—22 000 кгс/мм², т. е. изменяются почти на ±5% от среднего значения, а для легированных сталей эти изменения составляют 19 000—22 000 кгс/мм², или ±7,3% [48]. Учитывая, необходимость знания коэффициента Пуассона для определения модуля сдвига по известному модулю продольной упругости, можно предположить, что суммарная ошибка в оценке модуля сдвига может достигать ±10%. Если учесть еще и погрешности, присущие самому измерительному прибору, то суммарная погрешность измерения может возрасти до ±15%- Естественно, что измерения с такими погрешностями совершенно не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к точности измерений, выполняемых в процессе проведения скоростных испытаний судов (ОН9-792—68 и ОН9-953—69). Наиболее эффективным способом повышения точности измерений является проводимая перед испытаниями стендовая градуировка участка судового вала и установленной на нем аппаратуры. Такая градуировка позволяет исключить возможные систематические погрешности измерения и устанавливает прямую связь между показаниями торсиометра и приложенным моментом. Возможно также применение и методов бесстендовой градуировки, при которых с высокой точностью определяют, модуль сдвига G, а затем уже расчетным путем вычисляют градуировочные характеристики.

В основе градуирования судового вала лежит известная зависимость
φ=L/Glp    (1.24)
Существует несколько способов градуировки. Чаще всего в заводской практике  определяют модуль сдвига материала вала, составляя зависимость φ=fMкр) путем последовательного нагружения вала на стенде известными значениями Мкр. После установки торсиометра на гребном валу в процессе эксплуатации выполняют обратную операцию: по известному углу закручивания определяют соответствующий крутящий момент. Возможен и другой способ градуировки, при котором штатный торсиометр монтируют на испытуемом валу в цехе на стенде и по прикладываемому к валу определенному моменту непосредственно градуируют шкалу прибора. Такой метод градуировки является наиболее эффективным с точки зрения повышения точности и стабильности измерений.

В настоящее время наибольшее распространение получил процесс градуировки валов на механическом стенде с двухплечевой схемой приложения нагрузки. По этой схеме вал скручивается парой сил, приложенных по концам траверс. Нагрузка, передаваемая на двухплечий рычаг, регистрируется с помощью динамометров, включенных в систему тросов, передающих усилие на рычаг. Обычно прилагаемая к валу нагрузка наращивается ступенями по 10—12% от максимальной. При каждом значении нагрузки фиксируют показания индикаторов. Отсчеты производят как в процессе нагрузки вала, так и при его разгрузке. Циклы нагрузки И разгрузки повторяются не менее трех раз. Полученные результаты принято обрабатывать по методу наименьших квадратов, представляя результаты опыта в виде прямой
у=ах + b   (1.25)
Первоначально все экспериментальные точки наносят на график, причем проверяют линейность полученной зависимости и выявляют явно ошибочные точки. Затем вычисляют средние значения координат опытных точек

где n — число отсчетов, использованных при суммировании.

Значения a и в в уравнении (1.25) находят по зависимостям

Дальнейший расчет угла закручивания вала на участке L вала производят по формуле

где ас — относительное перемещение стрел; R — расстояние от оси закручивания вала до индикатора.

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10