Суднова система моніторингу для попередження ефекту коанда

Реферат: Суднова система моніторингу стану гвинто-кермової установки для попередження ефекту Коанда. Додатково система містить п'єзодатчики, які розташовані у місці кріплення гвинтокермової установки до корпусу судна, блок перетворювачів та мікроконтролер з видачею інформації по інтерфейсу RS-485. UA 107006 U (12) UA 107006 U UA 107006 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до систем моніторингу положення гвинто-кермової установки (ГКУ) для попередження ефекту Коанда, що встановлюється на великі яхти і пасажирські судна, судна змішаного (ріка-море) плавання, буксири, рятувальні судна, плавучі бурові платформи та науково-дослідні судна, криголамні та військові кораблі прибережної зони [1-4]. Відома система на даний час складається з механічної протидії ефекту Коанда за рахунок нахилу балера всієї конструкції ще на етапі конструювання ГКУ для придания напрямку потоку води під кутом від днища судна [5]. Недоліки системи проявляються в наступному: - ускладнення конструкції ГКУ; - зниження загального коефіцієнта корисної дії конструкції за рахунок направлення потоку води не паралельно днищу судна; - напрям потоку води під кутом у бік від днища судна не позбавляє повністю від виникнення ефекту Коанда, а лише відсуває момент його виникнення на більш високій швидкості; - що при роботі ГКУ в реверсному режимі потік води вже направлений до днища судна, що викликає сприятливі умови для виникнення ефекту Коанда і, в свою чергу, призводить до втрати керованості судна; - потрібно проводити розрахунок нахилу балера ще на етапі конструювання і немає можливості внести зміни до вже працюючої ГКУ під інші умови роботи. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, до корисної моделі, що пропонується, є "Суднова система моніторингу для попередження ефекту Коанда" [6], що містить п'єзодатчики, які розташовані подовж окружності дейдвудного підшипника валопроводу ГКУ. Недоліки системи, які обумовлені використанням "Суднової системи моніторингу для попередження ефекту Коанда", полягають у складності інтеграції п'єзоелектричних датчиків для реєстрації відхилення валопроводу в дейдвудний підшипник ГКУ, яку слід проводити ще на етапі конструювання та будівництва. Задачею корисної моделі є створення системи моніторингу виникнення ефекту Коанда для подальшої мінімізації підвищеного зносу дейдвудного, упорного та опорних підшипників ГКУ. Поставлена задача вирішується тим, що суднова система моніторингу стану гвинтокермової установки для попередження ефекту Коанда, згідно з корисною моделлю, додатково містить п'єзодатчики, які розташовані у місці кріплення гвинто-кермової установки до корпусу судна, блок перетворювачів та мікроконтролер з видачею інформації по інтерфейсу RS-485. Технічний ефект досягається завдяки тому, що ефект Коанда полягає в тому, що струмінь води, що проходить через гвинт судна, прагне відхилитися у напрямку до днища і при певних умовах "прилипає" до нього. В процесі цього відхилення на гвинт з валопроводом починає діяти сила в напрямку дії ефекту. В результаті, по-перше, валопровід, в свою чергу, впливає на дейдвудний, упорний та опорні підшипники, що призводить до нерівномірного зносу останніх. По-друге, внаслідок прояву ефекту Коанда виникають труднощі з утриманням позиції судна. У зв'язку з конструктивною особливістю знаходження всієї ГКУ нижче ватерлінії під днищем судна ускладнюється підхід до діагностики, планового обслуговування і ремонту. Отримані дані [7-10] дозволяють розмістити п'єзодатчики в точках найбільшого напруження для подальшої реєстрації виникнення ефекту Коанда. На фіг. 1 зображено ГКУ, вид збоку; на фіг. 2 - ГКУ, вид зверху, яка змонтована на судні, і напрям потоку води при виникненні ефекту Коанда. Система містить: 1 - місто кріплення колонки ГКУ; 2 - корпус судна; 3 - колонка ГКУ; 4 напрям потоку води. При виникненні ефекту Коанда колонка ГКУ 3 під дією потоку води 4 вигинається вгору до корпусу судна 2, що визиває деформацію вузлів ГКУ у наслідок чого з'являється нерівномірний знос дейдвудного, упорного та опорних підшипників ГКУ. На фіг. 3 у розрізі за А-А зображений один з п'єзодатчиків, змонтованих в місці кріплення ГКУ до корпусу судна. Система містить: 1 - кріплення колонки ГКУ; 2 - корпус судна; 5 - болт, який з'єднує ГКУ до корпусу судна; 6 - гайка; 7 - шайба; 8, 10 - прокладки з ізолюючого матеріалу; 9 - п'єзодатчик; 11, 12 - позитивний і негативний контакти п'єзодатчика; БП - блок перетворювачів; МК мікроконтролер; RS-485 - інтерфейс промислового Ethernet. Робота складається з двох етапів: - у стані спокою при відсутності ефекту Коанда напруга на всіх п'єзодатчиках однакова і дорівнює нулю; - в робочому стані при виникненні ефекту Коанда колонка ГКУ у місті кріплення 1 відчуває поперечні коливання і починає впливати на болт 5, який стягує колонку ГКУ з корпусом судна 2. 1 UA 107006 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Під дією цієї сили п'єзодатчик 9, який знаходиться між ними, деформується, перетворює механічну деформацію в електричний сигнал на контактах 11 і 12. Прокладки 8 і 10 з ізолюючого матеріалу служать також демпфуючим шаром, який оберігає від руйнування п'єзодатчик. Отриманий електричний сигнал подається по шині даних через блок перетворювачів БП на мікроконтролер МК і далі в промислову мережу Ethernet. Елементи корисної моделі можуть бути реалізовані згідно з відомими схемами: - п'єзорезистивні датчики (PRS) компанії Physik Instrumente [11] або п'єзодатчики компанії "Аврора-ЕЛМА" з п'єзокерамічних матеріалів на основі цирконату-титанату свинцю (система ЦТС) [12]; - блок перетворювачів (БП) - вимірювальні перетворювачі сигналів напруги від Phoenix Contact MCR-VAC-UI-O-DC-2811103 [13]; - мікроконтролер (МК) від Phoenix Contact ILC 1xx-3хх серій [14]; - інтерфейс RS-485 - функціональні модулі клемні Inline від Phoenix Contact IB IL RS 485/4222MBD-PAC-2862097 [15]. Джерела інформації: 1. Contra-rotating Azipod propulsion selected for Japanese fast ferries // The Naval Architect, June 2003, p. 6. 2. Highly manoeuvrable CRP Azipod solution for big boxships // MER, Oct. 2001, pp. 43-44. 3. Kurimo R., Poustoshniy A. V., Syrkin E. N. Azipod propulsion for passenger cruisers // NAV & HSMV International Conference, Sorrento, 18-21 March 1997. 4. IB Rothelstein, river icebreaker with Azipod propulsion for Osterreichische Donaukraftwerke AG // Ship & Boat, June 1995. 5. Представление движителей Azipod серии VI [Електронний ресурс]. http://www05.abb.com/global/scot/scot293.nsf/veritydisplay/908eb000f6546300cl 2577e5004191aa/$file/azipod_vijroject_guide_ru.pdf. 6. Пат. 100819 Україна, МПК G01L 9/08, 5/12, 1/16. Суднова система моніторингу для попередження ефекту Коанда / В.В. Будашко, В.В. Нікольський, С.Г. Хнюнін. - № u201501854; заявл. 02.03.2015; опубл. 10.08.2015, Бюл. № 15. 7. Никольский В.В., Будашко В.В., Хнюнин С.Г., Раенко Н.Е. Система мониторинга позиционирования полупогружных плавучих буровых установок // Судовые энергетические установки: науч. -техн. сб. - 2015. - № 35. - Одесса: ОНМА. - С. 137-141. 8. Будашко В.В., Никольский В.В., Хнюнин С.Г., Накул Ю.А. Система мониторинга состояния винторулевой колонки для предупреждения эффекта Коанда // Автоматизация судовых технических средств: науч. -техн. сб. - 2015. - Вып. 21. - Одесса: ОНМА. - С. 22-28. 9. Nikolskyi V., Budashko V., Khniunin S. The monitoring system of the Coanda effect for the tension-leg platform's // The 12th International Conference on Engine Room Simulators: Proceeding. Istanbul Technical University, Istanbul, 19-20 November, 2015. - P. 45-48. 10. Budashko V.V., Nikolskyi V.V., Onishchenko O.A., Khniunin S.H. Physical modelling effects degradation by interaction azimuthal flow with hull // The 12th International Conference on Engine Room Simulators: Proceeding. -Istanbul Technical University, Istanbul, 19-20 November, 2015. - P. 49-52. 11. Physik Instrumente. The Right Position Sensor Technology. Nanometer-Precision measurement Technology [Електронний ресурс], http://www.physikinstrumente.com/download/TEC05_Datasheet_l 11025.pdf. 12. Компания "Аврора-ЭЛМА". Каталог типоразмеров пьезоэлементов [Електронний ресурс], - http://www.avrora-elma.ru/data/piezo_catalog.pdf. 13. Список продукції Phoenix Contact: перетворювачі напруги змінного і постійного струму [Електронний ресурс]. https.V/www.phoenixcontact.com /online/portal/ua?uri=pxc-ocitemdetail:pid=2811103&library=uauk&tab=1. 14. Краткий каталог продукции Phoenix Contact 2014. Контроллеры. - С. 165 [Електронний ресурс]. https://www.phoenixcontact.com/assets /downloads_ed/local_ru/web_dwl_promotion/ KrakiyCatalog2014.pdf. 15. Список продукції Phoenix Contact: компоненти для систем введення/виведення [Електронний ресурс]. https://www.phoenixcontact.com /online/portal/ua?uri=pxc-ocitemdetail:pid=2 86209 7&library=uauk&tab=1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Суднова система моніторингу стану гвинто-кермової установки для попередження ефекту Коанда, яка відрізняється тим, що містить п'єзодатчики, які розташовані у місці кріплення 2 UA 107006 U гвинто-кермової установки до корпусу судна, блок перетворювачів та мікроконтролер з видачею інформації по інтерфейсу RS-485. 3 UA 107006 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4