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一、主要结构和工作原理

LEMAG 轴功率测量仪主要结构见图1。

图 1 LEMAG 轴功率测量仪主要结构

卡环SP A4 和 SP A5 安装在中间轴上，两卡环相距 600mm 等距离固定，两卡环的中间部位安装 2 只高精度的线性位置编码器 SP A9 和 SP A10，用来测量中间轴两点间的扭转变形量。

LEMAG 轴功率测量仪工作原理见图2。

图2 LEMAG 轴功率测量仪工作原理

可以看出: 

SP A9 和 SP A10 的测量信号由放大器 SP A11放大后再经发射器 SP A13 的天线发出，接收天线SP A14 收到测量信号后输送到固定轴单元 SP A2a，速度传感器 SP A7 和 SP A8 感应到旋转的感应板SP A12，继而测出中间轴的旋转速度和方向，速度和方向信号也输送到 SP A2a，通过串行ＲS485 通信电缆 SP A2a 将测量的结果传送到集控室的面板单元SP A1。

由材料力学可知，中间轴的扭转变形量与扭矩成线性关系，利用此线性关系可以计算出中间轴受到的扭矩。

此外，还有关系式

Pe= CMkn

式中: 

Pe为主机输出的有效功率，kW; 

C为与单位有关的常数，取1/9 550; 

Mk为中间轴受到的扭矩，N·m; 

n为主机转速，r /min。

计算出主机输出的有效功率，并显示在集控室面板单元 SP A1上。

供给系统的 230 V 交流电经固定轴单元 SP A2b 降压整流成 24 V 直流电后先送给SP A2a，再经由 SP A6 和 SP A3 组成的旋转式变压器送至放大器 SP A11。

所有进出中间轴的电能和测量信号都是无线传输，系统无需任何维修工作就能维持长期、高精度的运行。

二、故障现象

2017年11月5日，某船在南海正面遭遇 9级大风，浪高5m，主机负荷增大，由于主机控制系统的扭矩限制作用，主机转速逐渐下降，最后掉入临界转速区。

为保证主机安全，人为降低主机转速为Slow Ahead，航速最低降为 1kn，船舶处于不安全状态。

在岸基支持下修改主机控制电脑内的扭矩限制值，增加10%后主机顺利加大油门越过临界转速区。

此时出现新的故障现象，机舱监控报警系统发出主机过载预报警。

鉴于海上风浪较大，船舶受到阻力大，主机轴系扭矩增加，主机实际可能处于超负荷的状态下。

同时，兼顾避让临界转速和主机超负荷等情况，重新调整主机控制电脑内的扭矩限制，改为增加 5% ，此时主机过载预报警频率有所降低。

保持此状态航行约半天，待风浪减小即将主机控制电脑内的扭矩限制值改为原始值，以利于保护主机和轴系设备的安全运行。

然而，在主机控制系统的扭矩限制值已经重新发挥作用的情况下，主机过载预报警仍然时有发生，在大舵角避让时，主机转速下降 2～3 r /min 就会触发主机过载预报警。

三、故障分析

在正常情况下，若主机控制系统扭矩限制发挥作用，则主机不会超负荷运行。

因此，采集主机实时的转速、油门、轴功率、扭矩、负荷率等数据，与台架试验数据进行比对，寻找故障原因，见表1。

根据表1，在转速、油门近似的情况下，轴功率测量仪的测量功率值比台架试验数据大约 800kW，扭矩值分别大84和104N·m。

可以看出，轴功率测量仪测得的数据存在“虚高”现象。

LEMAG 轴功率测量仪的过载限制线预设置为最大持续功率的 90%。

当测量的轴功率达到或超过最大持续功率的85%时，通过报警点 2 就会输出主机过载报警; 

当测量的轴功率达到或超过最大持续功率的 75% 时，通过报警点 1 就会输出主机过载

预报警。见图 3。

图3 轴功率过载报警原理示意

综上所述，轴功率测量仪测得“虚高”的数据引起主机过载预报警，只要轴功率测量仪工作正常，故障就应该可以排除。

四、故障排除

由于材料的沉降、电气的漂移，轴功率测量仪的零位会有所变化，建议每隔 6 个月就对轴功率测量仪的零位进行检查和校准。

轴功率测量仪的零位校准程序为:

打开功能菜单中的 Set up，Zero Setting 子菜单，顺时针盘车1周，每隔 45°记录 1 次 Offset Sensor 1 和 Offset Sensor 3 值，盘到 360°与 0°重合时仍需记录 1 次，共计9个位 置、18个数据。

之后逆时针盘车1周，也是每隔45°角记录 1 次 Offset Sensor 1 和 Offset Sensor 3 值，盘到 360°与 0°重合时仍需记录 1 次，也是 9 个位置、18 个数据。

需要注意，在采集数据过程中不能停止盘车，否则采集的数据无效。

将数据记录在表2中，计算出 Offset 值后按得到的 Offset 值重新设置轴功率测量仪，就完成整个校准过程。

利用锚泊的间隙，轮机人员对该船轴功率测量仪的零位进行校正。在之后的航程中，主机再未发出过载预报警，至此故障排除。

五、结 论

虽然 LEMAG 轴功率测量仪无任何部件磨损，灰尘、水分和油脂对其运行无任何影响，但是船舶运行中轴系的振动、船体结构的变形以及材料的沉降都会对轴功率测量仪的精度产生影响。

因此，轮机员有必要按照说明书定期对其进行维护。

(1) 检查卡环 SP A4 和 SP A5 的固定螺栓，拧紧力矩为 150 N·m，见图 4。

图4 检查卡环 SP A4 和 SP 45 的固定螺栓

(2) 旋转变压器的电能接收线圈SP A3固定在U形橡胶型材上，U 形橡胶型材与卡环 SP A4 之间的距离为 120mm±0.25 mm，轮机员要定期检查测量，必要时进行调整，见图5。

图5 检查U形橡胶型材与卡环SP A4之间的距离

(3) 检查旋转变压器磁极与中间轴之间的距离为 5mm±0.25mm，并且变压器磁极要正对中间轴中心，必要时调整，见图6。

图6 检查旋转变压器磁极与中间轴之间的距离

(4) 检查速度方向传感器 SP A7、SP A8 与感应板SP A12之间的距离为2 mm±0.1mm，必要时调整，见图7。

图 7 检查速度方向传感器 SP A7、

SP A8 与感应板 SP A12之间的距离

此外，除非另有说明，系统中所有固定螺栓上紧力矩都为 4 N·m，轮机员要定期检查固定螺栓是否松动，按照力矩要求拧紧螺栓。

总之，轴功率测量仪是一种精密的测量仪器，需要轮机管理人员了解其结构和工作原理，掌握维护保养方法，保持正常工作，不影响主机安全运行。

参考文献

［1］ 李世臣，孙多诠．SEC 微机轴功率仪的安装调试和维护［J］．航海技术，1995( 6) : 42-45．

［2］ 陈凯．船舶轴功率测量方法比较及误差分析［D］．武汉: 武汉理工大学，2010．

［3］ 张华霖． 基于光电传感器的柴油机轴功率在线检测方法的研究［D］．厦门: 集美大学，2016．

［4］ 郝鸿雁． 船舶主机轴功率应变式遥测系统的设计与应用［J］．船海工程，2013( 2) : 80-82．

原创作者系：

1． 武汉船舶职业技术学院    李军;

2． 中国远洋海运广州货轮分公司     朱玉华