一种基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置

本发明涉及液压系统的在线监测，具体而言，尤其涉及一种基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置。

背景技术：

1、液压系统具有体积小重量轻、驱动力大、调速范围宽等优点，被广泛应用于工程领域。同时液压技术的发展和日常运行维护需要对液压系统的状态监测和故障诊断提出了更高的要求。而液压系统工作环境恶劣、工作场合不宜靠近等特点又使得其在线状态监测和故障诊断难以实现。目前，液压系统状态监测与故障诊断的主要参数有油压、流量、温度、振动、功率和污染度等。

2、现有的测量方法大多集中于压力、温度、和流量测量，流量测量也只是应用容积式、孔板式、电磁式、涡轮式以及超声式原理的测量装置。在主要参数中功率的变化影响着系统效率、液压油温度等诸多因素，因此功率监测成为液压系统状态监测的重点。目前对于液压系统功率的在线测量装置大多选择输入输出端转子功率测量。而对液压系统内流体功率的测量，特别是液压管路内流体的在线功率测量存在着一定的技术困难。对于船舶甲板机械液压系统，其工作环境更为复杂与恶劣，目前针对甲板机械液压系统的功率在线监测装置极少。

技术实现思路

1、根据上述提出现有检测装置无法通过液压系统管道内工作介质的流量测量、压力场测量进而实现液压系统管道内液压功率的测量的技术问题，提供一种基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置。本发明实现了船舶甲板机械液压系统流体功率的高精度在线监测，为船舶甲板机械液压系统状态监测与故障诊断的功率参数的采集提供了合适的解决方案。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置，包括：测量管、双异径管结构、信号线、压力传感器、流量计二次仪表、信号采集处理设备，其中：

4、所述双异径管结构包括主异径管、副异径管、主异径管mems敏感芯体、副异径管mems敏感芯体，通过主异径管mems敏感芯体和副异径管mems敏感芯体实现双流量信号测量，通过主异径管和副异径管的布置模式对流量的测量值进行校准；

5、所述测量管的内部固定连接所述主异径管，且主异径管与测量管保持同轴；

6、所述信号线分别与所述主异径管mems敏感芯体和所述副异径管mems敏感芯体连接；

7、所述压力传感器和所述流量计二次仪表分别连接所述信号采集处理设备；

8、进行功率在线监测时，流体流经所述主异径管和所述副异径管时会在异径管内外两侧产生对应于流量大小的压力差信号，所述主异径管mems敏感芯体和所述副异径管mems敏感芯体分别获取到对应的压力差信号，并分别通过所述信号线将获取到的压力差信号引出测量管送至流量计二次仪表，所述信号采集处理设备根据流量和压力差数学关系模型和现场实际标定，实现对流量的动态和稳态测量。

9、进一步地，在所述双异径管结构中，连接关系如下：

10、所述主异径管的开口方向与液流方向相反；

11、所述副异径管固定连接所述主异径管的内部，并与所述主异径管保持同轴，且副异径管的开口方向与液流方向相反；

12、所述主异径管mems敏感芯体封装在所述主异径管的内部，包括两个压力测量口，两个压力测量口分别接触高压、低压流体；

13、所述副异径管mems敏感芯体封装在所述副异径管的内部，包括两个压力测量口，两个压力测量口分别接触高压、低压流体。

14、进一步地，所述主异径管mems敏感芯体封装在所述主异径管的粗管侧壁或倾斜段侧壁上。

15、进一步地，所述副异径管mems敏感芯体封装在所述副异径管的粗管侧壁或倾斜段侧壁上。

16、进一步地，所述主异径管mems敏感芯体和所述副异径管mems敏感芯体的结构一致，均包括硅微压阻式敏感芯体、压电式敏感芯体、电容式微型压力敏感芯体和电容式微型压差敏感芯体。

17、进一步地，所述流量计二次仪表用于测量所述测量管内的流量信号；所述压力传感器用于测量所在管路的压力信号；所述信号采集处理设备用于采集流量信号和压力信号，并根据流量和压力差数学关系模型对信号进行处理。

18、进一步地，所述信号采集处理设备用于采集流量信号和压力信号，并根据流量和压力差数学关系模型对信号进行处理，具体包括：

19、将流量方程表示为：

20、

21、式中，δp为双异径管节流后产生的压力差，为流量系数，ρ为流体密度，r为测量管道半径，q为流体体积流量；

22、结合所述压力传感器测得的压力，计算液压功率：

23、p＝q×p

24、式中，p表示液压功率，q表示管道内液体流量，p表示管道在该点处压力。

25、进一步地，所述主异径管通过第一支撑架固定在测量管内部与测量管保持同轴；所述副异径管通过第二支撑架固定在主异径管内部与主异径管保持同轴。

26、进一步地，所述第一支撑架和所述第二支撑架均设置有两组，所述第一支撑架用于支撑在测量管内壁与主异径管外壁之间；所述第二支撑架用于支撑在主异径管内壁与副异径管外壁之间。

27、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

28、1、本发明提供的基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置，其双异径管结构由两个mems敏感芯体实现双流量信号测量，通过双异径管的布置模式可以对流量的测量值进行校准，实现更高精度的流量测量，进一步提高流体功率测量精度。

29、2、本发明提供的基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置，可以实现对船舶甲板机械液压系统的流量进行在线监测，同时可以实现对船舶加班机械液压系统的流体功率进行在线监测，为船舶甲板机械液压系统状态监测与故障诊断的功率参数的采集提供了合适的解决方案。

30、基于上述理由本发明可在液压系统的在线监测等领域广泛推广。

技术特征：

1.一种基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置，其特征在于，包括：测量管(1)、双异径管结构、信号线(6)、压力传感器(8)、流量计二次仪表(9)、信号采集处理设备(10)，其中：

2.根据权利要求1所述的基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置，其特征在于，在所述双异径管结构中，连接关系如下：

3.根据权利要求1所述的基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置，其特征在于，所述主异径管mems敏感芯体(4)封装在所述主异径管(2)的粗管侧壁或倾斜段侧壁上。

4.根据权利要求1所述的基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置，其特征在于，所述副异径管mems敏感芯体(5)封装在所述副异径管(3)的粗管侧壁或倾斜段侧壁上。

5.根据权利要求1所述的基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置，其特征在于，所述主异径管mems敏感芯体(4)和所述副异径管mems敏感芯体(5)的结构一致，均包括硅微压阻式敏感芯体、压电式敏感芯体、电容式微型压力敏感芯体和电容式微型压差敏感芯体。

6.根据权利要求1所述的基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置，其特征在于，所述流量计二次仪表(9)用于测量所述测量管内的流量信号；所述压力传感器(8)用于测量所在管路的压力信号；所述信号采集处理设备(7)用于采集流量信号和压力信号，并根据流量和压力差数学关系模型对信号进行处理。

7.根据权利要求6所述的基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置，其特征在于，所述信号采集处理设备(7)用于采集流量信号和压力信号，并根据流量和压力差数学关系模型对信号进行处理，具体包括：

8.根据权利要求1所述的基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置，其特征在于，所述主异径管(2)通过第一支撑架(7)固定在测量管(1)内部与测量管(1)保持同轴；所述副异径管(3)通过第二支撑架(11)固定在主异径管(2)内部与主异径管(2)保持同轴。

9.根据权利要求8所述的基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置，其特征在于，所述第一支撑架(7)和所述第二支撑架(11)均设置有两组，所述第一支撑架(7)用于支撑在测量管(1)内壁与主异径管(2)外壁之间；所述第二支撑架(11)用于支撑在主异径管(2)内壁与副异径管(3)外壁之间。

技术总结
本发明提供一种基于双异径管的船舶甲板机械液压系统功率在线监测装置，包括：测量管、双异径管结构、信号线、压力传感器、流量计二次仪表、信号采集处理设备，本发明通过两个MEMS敏感芯体实现双流量信号测量，通过双异径管的布置模式对流量的测量值进行校准；信号线分别与两个MEMS敏感芯体连接；压力传感器和流量计二次仪表分别连接信号采集处理设备；进行功率在线监测时，流体流经双异径管时会在异径管内外两侧产生对应于流量大小的压力差信号，两个MEMS敏感芯体分别获取到对应的压力差信号，并分别通过信号线将信号引出测量管送至流量计二次仪表，信号采集处理设备根据流量和压力差数学关系模型和现场实际标定，实现对流量的动态和稳态测量。

技术研发人员：白晨朝,刘超,张洪朋,李伟,顾长智,王吉喆,李国宾,孙玉清
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16