CN104776142B - 塔式浮筏隔振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔式浮筏隔振装置，包括上工作平台、下工作平台、以及设置在该上工作平台和下工作平台之间的减振单元，该减振单元包括多个层级的减振体，每个减振体包括两平行间隔布置的面板和中间肋板，其中，肋板为多条，各肋板在中心点处交叉为一点从而形成放射性结构，且各肋板放射端端部的连线形成以所述交叉点为圆心的圆形，相邻两肋板之间的扇形空间内填充有阻尼材料；上一层级的每个减振体的靠近下工作平台的面板下表面设置多个下一层级减振体，且所述多个下一层级减振体通过连接桁架连接为一体。本发明的装置能够分化振动能量、优化振动传递路径，在振动能量传播的过程中对振动能量进行分化、衰减，从而大大提高隔振性能。

Description

塔式浮筏隔振装置

技术领域

本发明属于隔振减噪技术领域，具体涉及一种用于船舶机械设备的浮筏隔振装置。

背景技术

船舶上机械设备振动产生的噪声给船舶带来诸多危害，大大降低船舶的使用性能。船舶噪声主要有机械噪声、螺旋桨噪声、水动力噪声三大噪声源。其中船舶在电力推进工作下，低速航行时机械噪声占噪声总辐射的70％左右，这些噪声主要来自船舶内机械设备的振动。

目前，船舶的隔振措施主要有单层隔振、双层隔振、浮筏隔振。单层隔振是指将振动激励源设备通过隔振器直接连接在结构上。双层隔振是在单层隔振的基础上发展起来的，是指将振动激励源设备通过隔振器与中间质量连接，再将中间质量通过隔振器与结构连接。在双层隔振的基础上又发展出一种新型隔振方式即浮筏隔振。所谓浮筏隔振即集中隔振，将船舶内所有振动激励源设备刚性或弹性安装在一个公共结构上，公共结构通过隔振器连接到安装基础上，此处的公共结构即为浮筏。大量实践证明，浮筏隔振是目前最有效果的隔振方式。

专利文献CN102748420A中公开了一种基于波型转换和振动局域的手性周期结构浮筏，主要由上面板、中间的多个手性周期结构以及下面板构成，多个手性周期结构通过上、下面板装配成一体，多个手性周期结构并排设置在面板的长度和宽度方向上，在长度和宽度方向形成周期性；在面板的厚度方向上，手性周期结构是由多层节点以及其周围的韧带组成的周期结构。该方案提供的手性结构周期浮筏，应用了周期结构产生的阻带通带机制和手性周期结构所具有的波型转换和振动局域效应的作用，使得振动传递在浮筏隔振装置中得到限制和局域，增加浮筏装置中的振动衰减效果，使得手性周期结构浮筏装置具有低频和宽频带的振动衰减特性，以及吸收冲击能量的能力优于传统浮筏装置。

但是，上述浮筏一方面由于其中的周期结构为由片形材料形成，材料单一且较为单薄，对振动的传递和吸收有限，另一方面这种周期结构为单一结构，整体受力方向单一、没有纵深的扩展，使得其对振动能量传递路线较为单一和简单，无法逐级进行分散，使得其承载能力有限，无法适应高标准的隔振需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种塔式浮筏隔振装置，其通过设置多层结构的减振单元，同时对各减振单元中的减振材料的类型和结构进行充分优化设计，使得该隔振装置能够分化振动能量、优化振动传递路径，在振动能量传播的过程中对振动能量进行分化、衰减，从而大大提高隔振性能。

为实现上述目的，按照本发明，提供一种塔式浮筏隔振装置，包括用于作为待减振设备安装平台的上工作平台、用于与船体基体连接以将该隔振装置安装在船体上的下工作平台、以及设置在该上工作平台和下工作平台之间以进行减振降噪的减振单元，其特征在于，

该减振单元包括多个层级的减振体，所述减振体包括两平行间隔布置的面板和设置在两面板之间的中间肋板，其中，所述肋板为多条，各肋板在中心点处交叉为一点从而形成放射性结构，且各肋板端部围成以所述交叉点为圆心的圆形，相邻两肋板之间的扇形空间内填充有阻尼材料；

上一层级的各减振体的靠近下工作平台的面板下表面设置多个下一层级减振体，且所述多个下一层级减振体通过连接桁架连接为一体。

作为本发明的改进，所述下一层级的减振体尺寸小于与其相邻的上一层级的减振体，使得该上一层级的减振体所附属的多个下一层级的减振体可设置在该上一层级的减振体的面板上而不超出该面板范围之外。

作为本发明的改进，所述减振体在其阻尼材料上开设有垂直面板的孔洞，以作为声学结构，通过其中空腔的振动，从而带动阻尼材料产生变形而吸收振动能量，实现阻振。

作为本发明的改进，所述孔洞为多个，各阻尼材料的孔洞围成圆形。

作为本发明的改进，所述圆形孔洞为半径不同的多个。

作为本发明的改进，同一层级的各所述减振体的尺寸相同。

作为本发明的改进，所述层级的层数可以根据实际需求确定，例如可以为2层，3层，4层，5层或以上。

作为本发明的改进，所述连接桁架优选为空心结构杆件，其内部可填充阻尼如铁砂颗粒等，连接桁架3外侧可包覆阻尼材料。

本发明中，所述塔级平台的上工作平台作为第一塔级，以类似二叉树结构形式下一塔级刚性连接四个第二级塔级子平台，第三级在第二级的四个子二级塔台下，每个二级塔级子平台刚性连接四个三级子平台，即每个父结点分出四个子结点，以此类推向下若干级，最后一级所有塔台刚性连接在下安装平台。

本发明中，所述的上工作平台，各级塔台子平台，以及下安装平台均为特定设计的平台；各级平台的结构相同，尺寸根据具体情况设定，以满足上下级的安装情况。

本发明中不同塔级的尺寸不同，同一塔级上各塔级子平台尺寸相同。同一塔级上的各塔级子平台在某些方向上周期性排列。

本发明中，在一个类似二叉树节父结点下的四个塔级子平台之间用桁架横向连接，同一塔级上的不同父结点下的子平台不用桁架连接。

本发明中，所述连接桁架可填充阻尼材料，所述连接桁架外侧可包覆阻尼材料。

本发明中，所述上工作平台上设有上层隔振器，所述下安装平台上设有下层隔振器。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

由于本发明实施例采用类似二叉树结构，使振动能量传递路径得到优化，振动能量逐级分化，各塔级子平台自身为周期性结构，从上级传来的振动能量经类似二叉树形式的塔式结构逐级分散传到每层的塔级平台上，各平台内部的阻尼材料吸收一部分振动能量，由于阻尼材料上空腔的作用产生振动吸收能量，当振动频率处在空腔的共振频率附近时，振动波激起空腔的共振，此时空腔面的振幅最大，带动阻尼材料产生更大的变形，尤其是剪切变形会吸收很大的能量，进一步增强了振动能量的衰减速度；

同一塔级上的各子塔台排列成周期性，充分利用周期结构产生阻带通带机制的特性，再加上特定结构的平台以及桁架变换阻抗的作用，使分散的振动能量得到快速衰减，实现以小控大的功效，传到下层的振动能量快速减小，隔振效果更明显，减振能力得到显著提高。

附图说明

图1是按照本发明一个实施例所构建的塔式浮筏隔振装置的三维结构示意图；

图2是图1的仰视图；

图3是按照本发明一个实施例所构建的塔式浮筏隔振装置去掉下安装平台后的三维结构示意图；

图4是按照本发明一个实施例所构建的塔式浮筏隔振装置的两层塔级结构的三维结构示意图；

图5是按照本发明一个实施例所构建的塔式浮筏隔振装置的平台去掉上层板、未填充阻尼的三维结构示意图；

图6是按照本发明一个实施例所构建的塔式浮筏隔振装置的平台去掉上层板、未填充阻尼的俯视图；

图7是按照本发明一个实施例所构建的塔式浮筏隔振装置的平台去掉上层板、填充阻尼后的三维结构示意图；

图8是按照本发明一个实施例所构建的塔式浮筏隔振装置的平台去掉上层板、填充阻尼后的俯视图；

图9是按照本发明一个实施例所构建的塔式浮筏隔振装置的不完全爆炸的三维结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-8所示，按照本发明一个实施例所构建的塔式浮筏隔振装置，包括上工作平台1，中间的减振单元(即塔级平台)2及连接桁架3，下安装平台4。

塔级平台为多层级平台，各平台结构相同仅是尺寸不同，优选相同层级的平台的尺寸相同，例如平台的高度可以优选均为100mm，但本发明中各尺寸根据具体工况而定。

本实施例的单个减振单元结构即平台包括上下两个例如优选8mm厚的工作面板7，中间为多个肋板，肋板优选为6mm厚的钢板8，各肋板相互交叉并相交于中心点，据此焊接成类“米”字形的放射性结构，相邻肋板的夹角例如可以为30°，在各肋板形成的扇形区域内填充阻尼材料9，扇形的阻尼材料以工作平台的中心轴线为中心，放射式开例如优选六层的空腔10，空腔的半径优选例如为30mm，在肋板外围焊接例如6mm厚的圆环板11固定阻尼材料，整个平台的高度例如为100mm。

平台加工过程如下：先加工直径为定值的上下工作面板圆板7，然后在下工作面板7上焊接肋板8，肋板8的长度比工作面板7的直径略小，例如小12mm；肋板8优选厚度为6mm，宽为84mm，但本发明中肋板尺寸并不限于此。将肋板8焊接成类“米”字形，相邻肋板的夹角优选为30°；然后在各扇形区域填充阻尼材料9，其外周面优选与肋板外周端面平齐(即高度优选例如为84mm)，随后在阻尼材料9上放射性开半径为30mm的空腔10，空腔沿径向向外为多层，即为同心不同半径的多层，例如六层，分别位于六个圆周上，肋板外围的圆环以及六层空腔所在圆周的直径依次以某值减少；开完空腔后将阻尼材料9取出，然后将上工作面板焊接在类“米”字形肋板上，再将开完空腔后的阻尼材料重新填入扇形区域内；最后将6mm厚、高为83mm、长为上工作面板的圆周长的板11折成圆环形并焊接在上下工作面板间，即加工成一个塔级平台。

根据工作机组的尺寸、安装尺寸、工作参数确定上工作平台1的尺寸即第一级塔级平台的尺寸，主要是工作平台的直径，然后依次确定第二级、第三级等塔级平台的尺寸，再根据塔式浮筏隔振装置的总高度确定塔级的级数。本发明中，每级平台连接多个次级平台，例如四个次级平台(即类似二叉树结构，每个父结点连接四个子结点)；然后根据计算的尺寸分别加工一个第一级平台，四个第二级平台，十六个第三级平台，六十四个第四级平台，依次类推。加工好各级平台以后，以第一级平台为基础，将四个第二级平台焊接在第一级平台上，在第二级平台之间焊接桁架3增加平台的稳定性；然后在第二级平台上焊接第三级平台，在同一父结点下的四个子平台用桁架相互连接，不在同一父结点下的子平台不用桁架连接，依次类推，将各级塔级平台、连接桁架依次焊接，将最后一级塔级平台焊接在下安装平台上，使隔振装置总高度符合所要求的高度值，焊接效果如图2。如图2所示，在同一塔级平台上的子平台在某些方向、圆周上成周期性或准周期性排列。

工作机组通过上层隔振器安装在隔振装置的上工作平台，隔振装置再通过下层隔振器安装在安装基础上，上工作平台、下安装平台均留有安装螺栓孔。工作激励通过隔振器传至塔式浮筏隔振装置，从上级传来的振动能量经类似二叉树形式的塔式结构逐级分散传到每层的塔级平台上，各平台内部的阻尼材料吸收一部分振动能量，由于阻尼材料上空腔的作用产生振动吸收能量，当振动频率处在空腔的共振频率附近时，振动波激起空腔的共振，此时空腔面的振幅最大，带动阻尼材料产生更大的变形，尤其是剪切变形会吸收很大的能量，进一步增强了振动能量的衰减速度。改变空腔的形状、尺寸、开孔率会阻断不同频率的振动波，可实现在宽频带内阻振。由于工作平台为圆形，本身具有良好的周期对称性，各塔级上的子平台成周期性排列，这些周期性结构产生的阻带通带机制以及连接桁架结构的变换阻抗的作用，吸收、过滤一定频率范围内的振动波，振动波在结构间的反射、散射作用又进一步消耗了向下级传递的能量，振动能量传递路线得到优化，实现以小控大的功效。

连接桁架3优选为空心结构杆件，内部可填充阻尼如铁砂颗粒等，连接桁架3外侧可包覆阻尼材料，这些阻尼材料在振动时产生的碰撞、摩擦等运动会消耗传递而来的振动能量，又增强了减振的目的。本发明的塔式浮筏隔振装置可集中对船舶上主机、辅机等机械设备进行隔振，减小振动、噪声对船舶的影响，增强使用性能，改善操作环境，对振动、噪声要求较高的船舶具有重大意义。

本发明综合利用隔振装置类似二叉树结构的性质，分化振动能量的传递、优化振动能量传递路径，与此同时利用阻尼材料上周期性空腔振动性质，增大了阻尼材料的变形程度，使阻尼材料吸收、消耗振动能量的作用更显著；结合各级平台上周期性结构的阻带、通带性质以及连接桁架的阻抗变换机制，使振动能量大幅度衰减，整个隔振装置的隔振效果显著。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种塔式浮筏隔振装置，包括用于作为待减振设备安装平台的上工作平台(1)、用于与船体基体连接以将该隔振装置安装在船体上的下工作平台(4)、以及设置在该上工作平台(1)和下工作平台(4)之间以进行减振降噪的减振单元(2)，其特征在于，

该减振单元(2)包括多个层级的减振体，每个所述减振体包括两平行间隔布置的面板(7)和设置在两面板(7)之间的中间肋板(8)，其中，所述肋板(8)为多条，各肋板(8)在中心点处交叉为一点从而形成放射性结构，且各肋板(8)放射端端部的连线形成以交叉点为圆心的圆形，相邻两肋板(8)之间的扇形空间内填充有阻尼材料；

其中，上一层级的每个减振体的靠近下工作平台的面板(7)下表面设置多个下一层级减振体，且同一层级的各减振体通过连接桁架(3)连接为一体。

2.根据权利要求1所述的一种塔式浮筏隔振装置，其中，所述下一层级的减振体尺寸小于与其相邻的上一层级的减振体，使得该上一层级的减振体所附属的多个下一层级的减振体可设置在该上一层级的减振体的面板(7)上而不超出至该面板(7)范围之外。

3.根据权利要求2所述的一种塔式浮筏隔振装置，其中，所述减振体在其阻尼材料(9)上开设有垂直面板的孔洞(10)，以作为声学结构，通过其中空腔的振动，从而带动阻尼材料产生变形而吸收振动能量，实现阻振。

4.根据权利要求3所述的一种塔式浮筏隔振装置，其中，所述孔洞(10)为多个，各阻尼材料(9)的孔洞围成圆形。

5.根据权利要求4所述的一种塔式浮筏隔振装置，其中，所述圆形为半径不同的多个。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种塔式浮筏隔振装置，其中，同一层级的各所述减振体的尺寸相同。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种塔式浮筏隔振装置，其中，所述层级的层数可以根据实际需求确定，为2层，3层，4层，5层或以上。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的一种塔式浮筏隔振装置，其中，所述连接桁架(3)为空心结构杆件，其内部填充阻尼材料，所述连接桁架(3)外侧包覆阻尼材料。