CN1041549C - 抵消振动用的振动补偿设备 - Google Patents

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Abstract

一种振动补偿设备可用来抵消船舶的主发动机或其他激励的不平衡转矩及由此而产生的振动，该设备具有两根平行排列在一壳体内的轴(38、39)。每一轴上都装有一个具有相同偏心质量的转动体(49、50)，每一个转动体都有一个转动体部(49F、50F)是固定地装在轴上的，还有一个转动体部(49L、50L)则是装在轴上而可松开转动的。所说两根轴通过一个传动机构相互连接、各以相反方向旋转并被一个驱动电机及一个控制和同步装置以数倍于激励源的转速同步驱动。转动体的两根轴(38、39)基本上都在竖直方向。

Description

抵消振动用的振动补偿设备
技术领域
本发明涉及一种振动补偿设备，可用来抵消船舶的主发动机或其他激励源的不平衡转矩及由此而产生的振动，该设备具有两根平行排列在一壳体内的竖直轴，每一所说轴上都装有一个具有相同偏心质量的转动体，每一个所说转动体都有一个转动体部是固定地装在轴上的，还有一个转动体部则是装在轴上而可松开转动的，所说两根轴通过一个传动机构相互连接并各自按相反方向旋转，还被一个驱动电机及一个控制和同步装置以数倍于激励源的转速同步驱动。
背景技术
人们知道可用振动补偿设备来补偿来自船用发动机的一次、二次及／或更高次不平衡转矩。人们还知道这种振动补偿设备也可用来补偿例如来自螺旋浆的其他不平衡的力或转矩。
丹麦专利申请号6978／88公开过序言中说过的那一种振动补偿设备，只是其中的轴是水平的。当要调节合成的振动力的大小时，可松开的转动体部须相对于固定的转动体部而转动。这就要求发动机转动并以低速提升偏心质量。但在中等尺寸的大的振动补偿装置内，这却是一个问题。因为用来驱动振动补偿装置的发动机的大小在正常运行时并不具有足够大的扭矩用来在调节中以低速提升偏心质量。这个问题可用一个比需要功率大的发动机或用一个高转速的发动机和相应的传动机构来解决。第一个方案需要采用比必要的费用还要昂贵的发动机，而后一个方案需要采用转速要能从其原来的高转速很快地降下来的发动机。
另外，丹麦专利号DK-B155．544公开过的振动补偿设备具有两个转动体分别固定地安装在两根相互平行排列的竖直轴上。合成振动力的调节是通过两个转动体的每一个在其上增加或减少一些质量来完成的，这是一个非常耗费时间的操作。
本发明的综述
本发明的目的是要提供一种紧凑而简单的如同序言中所说那样的振动补偿设备，该设备须能容易调节最后合成的振动力的大小和方向。
按照本发明的振动补偿设备的特征为，转动体的两根轴基本上都在竖直方向。这样便可得出一个结构紧凑、极便制造的振动补偿设备，因为只须用相当简单的传动机构使两个转动体在相反方向转动，便可在一个方向产生一个为零的合力的分力，而在另一个与此竖直的方向产生一个合力，其数值可从零协调地变化到每一转动体的偏心质量所产生的力的两倍。同时只需极少的力便可改变可松开的转动体相对于固定的转动体的位置而使不平衡的质量保留在同一水平面内。实际上曾经证明可用手动方式实现这种转动体的转动体部之间的相互转动。
按照本发明，每一轴在其上端可设一标记，用来指出固定转动体部的重心的位置。因此能够看到两个转动体的固定转动体部的位置，这对调节谐波振动力的方向是极为有利的。
另外，按照本发明，在两根轴的传动机构内可设一可松开的连轴器，使一个转动体可相对于另一个转动体而转动。由于能使两个转动体相互相地转动，便可使谐波振动力的方向改变。在两根轴的传动机构内的易松开的连轴器可使力方向的调节简化。易松开的连轴器例如可用在齿轮和轴之间的轴／轮毂连轴器。也可在其间形成一个可松开的压配合，例如可用圆锥形接合部作为轴衬如Taperlock(商标)轴衬或Ringfeder(商标)轴衬。
还有，按照本发明，每一转动体的转动体部的邻接部分上，其中一个转动体部可设分度尺而另一个转动体部可设指示线。于是每一转动体的转动体部的位置便可被直接读出和控制，这将使转动体的转动体部相互相对的准确设定大为方便。
关于这方面，分度尺可有利地设置在固定转动体件的与重心相对的周边上，并在壳体的侧壁上设有开口，通过该开口就可看到分度尺和指示线。这个实施例可有利地控制转动体部的位置产对它们进行调节而可不必拆开振动补偿设备。
另外，按照本发明，两根转动体轴中的一根可以是同心地装在第二轴上的空心轴，从而可以得到本发明的一个非常紧凑的实施例。
关于这方面，按照本发明，振动补偿设备可另外具有一个装在空心轴上的齿轮，使它与装在一根平行于空心轴的可转动地被支撑的副轴上的齿轮啮合，并有一与驱动电动机连接的驱动连接机构使第二中心轴和副轴以相同的方向和转速转动。
在这方向，有效的做法是，驱动连接机构具有一个装在内轴自由端的第一皮带轮、一个装在副轴自由端上的相应的第二皮带轮、一个装在驱动电动机输出轴上的第三皮带轮和一条连接上述三个皮带轮的皮带。
还有，按照本发明，两根轴可相互相对偏置，其间的传动机构可为两个互相啮合的齿轮，该齿轮分别装在每一根轴上。这样便可得到本发明的一个特别简单的实施例，这也是目前最好的一个实施例。
另外，按照本发明，关于上面的实施例，可松开的连轴器可用一个设在至少一根轴和一个齿轮之间的可松开的轴／轴毂连轴器来担当。如上所述，可松开的连轴器可采用任何已知的型式，采用这种连轴器可使齿轮和轴之间的相对位置快速改变。
最后，按照本发明，在两根轴相互对偏置的振动补偿设备内，两个转动体的重心可安排在两根轴的共同平面内，这时在该平面内的振动补偿设备的合力为零。换句话说，两个转动体的重心是这样安排的，使在两轴共同的平面内的合力为零，而在与该平面竖直的方向上有一按谐波变化的振动力。对于转矩来说，转动体的这种实施例或设定是比较好的。
附图的简要说明
下面本发明将结合附图作较详细的说明，其中：
图1为按照本发明的振动补偿设备的第一实施例的概略的顶视图；
图2为图1中沿A-A线的剖面图；
图3为本发明一个较优实施例的概略的剖面图；
图4为图3的实施例的侧立面图；
图5为在图3和4所示的本发明的实施例中，两个转动体的转动体部的位置的一个示例的概略的顶视图；
图6示出用来补偿船用发动机所产生的振动的、按照本发明的振动补偿设备。
实现本发明的最佳方式
图1和2所示出的振动补偿设备具有一个壳体1，其上有第一端壁2、第二端壁3和间隔壁4。在第一端壁2和间隔壁4之间设有第一圆周壁5，同样在间隔壁4和端壁3之间设有第二圆周壁6。壳体1是用在两端壁2、3之间延伸的支撑螺栓(未画出)装配起来的。第二端壁3形成壳体的底部并设有安装孔(未画出)。
有一对相重轴被端壁2和3及间隔壁4用轴承支承着，该双重轴有一内中心轴8和有一可环绕它旋转而装在其上的空心轴9。中心轴有一直径较大的第一轴部10和一直径较小的第二轴部11。空心轴9装在中心轴8的小轴部11上，并有与中心轴8的第一轴部10相同的外径。
中心轴8在其大轴部10的外端12用一轴承13相对于另一端壁3而可转动地被支撑着。中心轴8的第一轴部在其即将转变为第二小轴部11的区域用轴承14可转动地被支撑在间隔壁4内。与此相似，空心轴9在其下端用轴承15相对于间隔壁4而可转动地被支撑着，而在其上端则用轴承16相对于上端壁2而可转动地被支撑着。最后，空心轴还用轴承18可转动地被支撑在中心轴的小轴部11上。
在中心轴8的大轴部10上配置着一个转动体19，其其状沿轴向看去基本上如一扇形，因此而有偏心的重心。转动体19有一固定地装在轴8的大轴部10上的转动体部19F，还有一可松开地装着的转动体部19L，它可以松开以便相对于固定转动体部19F而转动。与此相似，有一转动体20装在空心轴上，所说转动体，其形状从轴向看去也如一扇形，并且也有一固定地装在轴上的转动体部20F和一可松开地装着的转动体部20L。
可松开地装着的转动体部19L、20L可用加压的液体供应到轴和转动体部之间的安装区内使转动体部松开而转动，如在丹麦专利申请号6978／88中所公开的。
两根轴8、9通过一个传动机构互相连接并各以相反的方向转动。传动机构有一固定在空心轴9上端17的第一齿轮23和一装在轴25上的啮合的第二齿轮24，而该轴25又可环绕双重轴8、9可转动地被支撑着。
在中心轴8的小轴部11的外端装有一皮带轮26，在第二轴25的外端装有一相应的皮带轮27。在最好为伺服电动机的驱动电动机29的输出轴上则装有第三皮带轮，因此可以通过皮带30以同一方向驱动两个皮带轮26、27，从而中心轴8和空心轴9及连接在其上的转动体便可各按相反的方向转动。由于两个转动体具有相同的偏心质量，结果在一个方向产生一个为零的合成分力，而在另一个与此竖直的方向产生一个合成分力，其值可从零变化到两倍于每一转动体的力。由于转动体的可松开的转动体部19L、20L可相对于固定转动体部19F、20F而转动，致使每一转动体产生的力都可调节，这样当所说转动体部具有相等的偏心质量时，合成分力便可从零连续调节到四倍于每一转动体部的力。
图3、4和5示出按照本发明的一个振动补偿设备的较优实施例，该设备有一壳体31，其上有一上壁32、一下壁33和一间隔壁34，另外还有一圆周壁35。上壁32用螺钉36固定的圆周壁35上。与此相似，下壁33用螺钉37固定在圆周壁35上。上壁32设有一个可用盖62关闭的开口61。圆周壁35设有一个上开口63可通向在上壁32和间隔壁34之间形成的上室64，还设有一个下开口65可通向在间隔壁34和下壁33之间形成的下室66。上、下开口63、65也都可用盖(未画出)关闭，该盖可用螺钉装在圆周壁上。下盖33上设有一个外部凹槽可用底盖67关闭使它形成一个油室68。底盖67用螺钉69固定在下壁33上。最后，在下壁上还设有安装孔40以便用来将振动补偿设备栓住在基础上。
在下室66内，用在下壁33内下轴承43和在间隔壁34内的上轴承44可转动地被支撑着一根下轴38。有一转动体49装在下轴38上，所说转动体，其形状从轴向看去基本上如一扇形，因此具有偏离的重心。转动体49有一固定地装有下轴上的转动体部49F，还有一个可松开地装着的转动体部49L，它可以松开以便相对于固定的转动体部49F而转动。
相应地，在上室64内，用在间隔壁34内的下轴承45和在上壁32内的上轴承46可转动地支撑着上轴39。在上轴39上同样有一固定地装着的转动体部50F和一可松开地装着的转动体部50L，后者可以松开以便相对于固定的转动体部50F而转动。
如同上面有关本发明第一实施例所说明的那样，可用压力液通过通道51、52注入到轴和转动体部之间的安装区内使可松开地装着的转动体部49L、50L松开并相对于固定的转动底部49F、50F而转动。
在圆周壁35上设有一个第一螺纹孔47，所说孔延伸到下室66内而其高度与可松开的转动体部49L相当。同样，在圆周壁35上还设有一个第二螺纹孔48，所说孔延伸到上室64内而其高度与上部的可松开转动体部50L相当。螺钉可旋入到螺纹孔47、48中以便以所要针对的转动体部49L、50L接合，为的是在另一转动体部转动时制止所说转动体部使它不动，其时压力液在同一时间内分别供应给通道51、52。
可用两个互相啮合并安排在下室66内的齿轮使两根轴互相连接并以相反的方向转动。第一齿轮53可松开地装在下轴上的轴承44和可松开转动体部49L之间。
可松开的齿轮53可用压力液通过通道41注入到其在轴38上的安装区使它松开以便转动。但可松开的齿轮53也可用众多的可松开的联接器如同所谓Ringfeder(商标)轴衬或其他合适方法装在轴上以便使轴与装在其上的齿轮之间的连接能快速松开。第二齿轮54固定地装在上轴39延伸到下室66内的端部上。
每一个固定的转动体部49F、50F在其与重心CF相对的周边上都设有分度尺70、71(参阅图4)。与此相应，每一可松开的转动体部40L、50L在其与重心CF相对的周边上都设有指示线72、73。分度尺延伸的范围可超过180°并且可象指示线72、73那样分别通过在圆周壁35上的下、上开口65、63看到。指示线72、73和相关的分度尺70、71是用来确保转动体49、50的转动体部相互间具有正确的相对位置。
在两根轴38、39的可以看到的面向上的轴端面77、78上设有安排在固定转动体部49F、50F的重心CF的半径上的指示标记75、76(见图5)。如同下面将要说明的，这些指示标记被用于当振动补偿设备所产生的合力需要改变方向的时候。
上轴39具有一个穿过上壁32而伸出的上轴端79和一固定在上壁32上的密封盖80。有一通道设在密封盖80内以便将润滑油输送给振动补偿设备。所供的油蓄积在油室68内并通过下壁33上的排出通道82和一油路81返回输送到进入通道。在油路上设有滤油器92和油泵93。该润滑系统可确保振动补偿设备的轴承能够得到有效的润滑，并且由于采用了油室68，下轴承就可滴油而不必沉浸在油内。另外，在上轴部的伸出端79上装有一个皮带轮83，利用该轮，振动补偿设备可通过一条皮带84和电动机95而被驱动，还有一个皮带轮96装在电动机的输出轴上。
最后，在上壁32上设有一个传感器84用来感知一个旋入到上转动体的可松开的转动体部50L内的螺钉的头部85通过的情况。传感器84用来连续记录一个参考点以便感知振动补偿设备的循环运动。
参阅图6，现对按照本发明的振动补偿设备的控制和调节进行详细说明，示例中的振动补偿设备是用来抵消船舶上的主发动机或其他激励源所产生的振动的。
当在船舶上调节振动补偿设备时-在本例中用其壳体31示出，在该设备所要补偿的激励源和发动机86的循环上的一个参考点之间的相位角首先被测量或估计出来。发动机86的参考点通常可用在主轴87上测出的第一气缸的顶点位置／死点。参考点的位置和速率由同步装置88用位置传感器和脉冲串传感器90连续记录下来。在主轴87上测得的信号被拿来与用壳体31内的传感器84所作位置测量及振动补偿设备的驱动电动机91的速率测量对照。以此为依据便可连续对驱动电动机91的转速施加影响，从而振动补偿设备可同步转动并以所需的相位角相对于主发动机并由此而相对于激励源。根据激励源的相位角，考虑到发动机86和振动补偿设备具有不同的转速及振动补偿设备的传感器84相对于其力方向的位置，同步装置88可这样调节：使从振动补偿装置出来的力以相反相位并同步随激励源变化。当力方向被正确地调节好时，相位就一样，不管振动补偿设备是起作用还是未起作用；但当振动补偿设备起作用时，振动幅度自然便会减小。
然后使船舶的发动机停转，采用振动补偿设备作为振荡器或激励器来确定力的大小，反之亦然。以此为依据，可将振动补偿设备的力调节到能够产生与船上一定地点的激励源相同的振幅。
振动补偿设备的力是由两个固定的转动体部49F、50F相对于两个可松开的转动体部49L、50L的转动来调节的，转动时两个体部的转动方向相反，见图5。在这样调节后，合成力F便成为来自固定转动体部和可松开转动体部49F、49L；50F、50L的两力FL、FF之和，作用在角度为α／z的作用线上，而角度α是两个转动体部49F、50F所曾相互相对转开的角度。调节的方法是，最初使一个可松开的转动体部如49L保持不动，办法是用一螺钉旋入到螺纹孔47内使与可松开的转动体部49L接合。此后通过轴38内的通道51将压力液输送到转动体部49F和轴之间的安装区内。这样在轴和转动体部之间的压配合便可解除，其他三个转动体部便可转到新的位置。这个方法于是用来改变上部的可松开的转动体部相对于其他转动体部的位置。为了使来自两根轴的力达到平衡，必须使两个固定的转动体部49F、50F相对于可松开的转动体部49L、50L转动相等的角度。在固定转动体部的分度尺70、71和在可松开转动体部上的指示线72、73就可用于这个目的。在调节转动体部的位置时，可将可释放的转动体部49L、50L保持在所说分度尺和指示线能够通过壳体31圆周壁35上的开口63、65看得见的位置上。
调节好力的大小后，在同步装置88内的相位角便被偏转一个α／z角加以改变。另外，在调节好力的大小后，同步装置88内的相位角还要按照在改变力的大小时，可松开的转动体部50L所曾转动的角度，亦即螺钉头85对位置传感器84所曾转动的角度来改变。
在下轴38和齿轮53之间的可松开的连接使我们有可能任意调节振动力的方向，只要将下轴38转动到所需的出力方向，在通道41内注入压力液使在轴38和齿轮53之间的连接松开，并转动上轴39上的固定转动体部50F一直到其在轴端面78上的指示标记76具有与下轴38的轴端面77上的指示标记75相同的方向为止。在调节好力的方向后，在同步装置内的相位角便要按照上部的可松开的转动体部50L在改变力的方向时所曾转动的角度，亦即螺钉头85对位置传感器所曾转动的角度来改变。
当力的方向确定后，由于在振动补偿设备内部的转矩，可有利地将转动体部按这样一个方式转动，使振动补偿设备的按谐波变化的力竖直于两根轴的共同平面并相应地在基础上按这样一个方式转动整个振动补偿设备使其力能在刚确定的方向上起作用。

Claims (13)

1．一种振动补偿设备，可用来抵消船舶的主发动机或其他激励源的不平衡转矩及由此而产生的振动，该设备具有两根平行排列在一壳体内的轴(8、9；38、39)，每一所说轴上都装有一个具有相同偏心质量的转动体(19、20；49、50)，每一个所说转动体都有一个转动体部(19F、20F；49F、50F)固定地装在轴上，还有一个转动体部(19L、20L；49L、50L)则是装在轴上而可松开转动的，所说两根轴通过一个传动机构相互连接、各以相反方向旋转并被一个驱动电机及一个控制和同步装置以数倍于激励源的转速同步驱动，其特征在于，转动体的两根轴(8、9；38、39)基本上都在竖直方向。
2．按照权利要求1的所述振动补偿设备，其特征在于，每一轴(38、39)在其上端都设有一上标记(75、76)以便用来指出固定的转动体部(49F、50F)的重心(CF)的位置。
3．按照权利要求1或2的所述振动补偿设备，其特征在于，在两根轴(38、39)之间的传动机构内设有一个可松开的连轴器(92)可使一个转动体(49)相对于另一个转动体而转动。
4．按照权利要求1或2的所述振动补偿设备，其特征在于，每一转动体(49、50)中的一个转动体部(49F、50F)都设有一个分度尺(70、71)，而另一个则在转动体部的相邻部位上设有一条指示线(72、73)。
5．按照权利要求3的所述振动补偿设备，其特征在于，每一转动体(49、50)中的一个转动体部(49F、50F)都设有一个分度尺(70、71)，而另一个则在转动体部的相邻部位上设有一条指示线(72、73)。
6．按照权利要求4的所述振动补偿设备，其特征在于，分度尺(70、71)设在固定的转动体部(49F、50F)的对着重心(CF)的周边上，并有一开口(63、65)设在壳体的壁(35)上，通过该开口可以看到分度尺(70、71)和指示线(72、73)。
7．按照权利要求5的所述振动补偿设备，其特征在于，分度尺(70、71)设在固定的转动体部(49F、50F)的对着重心(CF)的周边上，并有一开口(63、65)设在壳体的壁(35)上，通过该开口可以看到分度尺(70、71)和指示线(72、73)。
8．按照权利要求2的所述振动补偿设备，其特征在于，转动体轴中的一根轴为一同心地安排在第二轴(8)上的空心轴(9)。
9．按照权利要求8的所述振动补偿设备，其特征在于，该设备有一装在空心轴(9)上的齿轮(23)，所说齿轮与一装在与空心轴(9)平行的、可转动地被支撑的副轴(25)上的齿轮(24)啮合，并有一驱动连接装置与驱动电动机连接起来使第二中心轴(8)和副轴(25)以相同的方向和转速旋转。
10．按照权利要求2的所述振动补偿设备，其特征在于，两根轴互相偏心地设置，并且其间的传动机构为两个互相啮合的齿轮(53、54)，该两齿轮分别装在这两根轴(38、39)上。
11．按照权利要求3的所述振动补偿设备，其特征在于，可松开的连接是由一个设在至少一个轴(38)和一个齿轮(53)之间的可松开的轴／毂式接轴器形成的。
12．按照权利要求10的所述振动补偿设备，其特征在于，可松开的连接是由一个设在至少一个轴(38)和一个齿轮(53)之间的可松开的轴／毂式接轴器形成的
13．按照权利要求2的所述振动补偿设备，其特征在于，所述轴相互成对偏置关系，在该平面内振动补偿装置的合力等于零时，两个转动体(49、50)的重心(CT)被安排在与两根轴(38、39)的共同平面上。
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