CN106641073A - 一种用于消除低频噪声的装置及带有该装置的船舶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于消除低频噪声的装置及带有该装置的船舶，涉及减震领域，用于消除低频噪声的装置包括支撑机构，用于支撑动力设备，且动力设备与支撑机构之间设置有隔振器；固定底座，位于支撑机构下方，且通过缓冲机构与支撑机构相连接；质量可调减震机构，通过弹性机构固定在支撑机构的底部，所述质量可调减震机构能够根据动力设备的振动频率改变质量大小；检测控制机构，用于检测动力设备的振动频率，并根据当前振动频率改变质量可调减震机构的质量。本发明能够在不增加船舶设备配置的情况下，有效控制低频振动。

Description

一种用于消除低频噪声的装置及带有该装置的船舶

技术领域

本发明涉及减震领域，具体涉及一种用于消除低频噪声的装置及带有该装置的船舶。

背景技术

蒸汽动力设备由于具有单机功率高、体积大小合适的优点，因此成为大型船舶的主要动力源。

蒸汽动力设备的蒸汽轮机及其辅助机械设备在运行过程中会发生振动，该振动不仅会通过船体传递，影响船体的环境，当船体中存在精细手术、精密实验或者其他环境要求比较严酷的场合时，会造成严重的损害；同时，蒸汽动力设备的振动会产生噪音，使得船员处于噪音环境中，容易影响船员的身心健康，且长期生活在高噪声环境中会增加职业损伤的风险。

目前，为了降低蒸汽动力设备的振动对船舶环境的影响，通常采用隔振器、大型隔振装置、机械设备集成、低噪声设计等技术手段，能够有效控制频率较高的振动和其带来的噪声，但是，该手段用于设备运行的轴频、叶频或者倍周期分岔频率等频率较低的特征线谱振动时，效果较差。

为了控制低频噪声，现阶段采用主动振动控制方法或动力吸振器，主动振动控制方法适应的频率较宽，并且能够自适应调整控制的频率，但是该方法的技术应用尚不稳定，执行器的功率较低、体积较大，不仅占用大量的空间，而且难以有效降低大型船舶的低频噪声。

动力吸振器针对单个特征频率具有良好的效果，但是其属于窄频控制，一旦激励频率发生偏移，动力吸振器的效果会急剧下降甚至起反作用，不适用于频率较宽的环境使用。

同时，主动振动控制方法所使用的设备和动力吸振器均是额外增加船舶的设备配置，不仅需要占用船体有限空间及有效载荷，而且会增加维修保养的难度。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于消除低频噪声的装置及带有该装置的船舶，能够在不增加船舶设备配置的情况下，有效控制低频振动。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种用于消除低频噪声的装置，包括：

支撑机构，其用于支撑动力设备，且动力设备与支撑机构之间设置有隔振器；

固定底座，其位于支撑机构下方，且通过缓冲机构与支撑机构相连接；

质量可调减震机构，其通过弹性机构固定在支撑机构的底部，所述质量可调减震机构能够根据动力设备的振动频率改变质量大小；

检测控制机构，其用于检测动力设备的振动频率，并根据当前振动频率改变质量可调减震机构的质量。

在上述技术方案的基础上，所述支撑机构的质量为m₁、刚度为k₁、振动位移为x₁，所述质量可调减震机构的质量为m_L、刚度为k₂、振动位移为x₂；

当动力设备简谐振动为F＝F₀sin(ωt)时，F₀为振幅，ω为动力设备的角频率，t为时间，所述支撑机构在动力设备的简谐激励下的的振动位移为公式一：

为抵消动力设备的振动，质量可调减震机构的频率与动力设备的振动一致，支撑机构的振动位移x₁为0，根据公式二计算m_L：

在上述技术方案的基础上，当动力设备的角频率ω发生改变时，根据公式二计算出角频率ω改变后相对应的m_Lˊ，并根据△m＝(m_Lˊ-m_L)计算质量可调减震机构理论上需要改变的质量，当△m为正数时，增加质量可调减震机构的质量；当△m为负数时，减小质量可调减震机构的质量。

一种带有用于消除低频噪声的装置的船舶，所述船舶上安装有用于消除低频噪声的装置，所述质量可调减震机构为质量可调液箱，所述检测控制机构包括数据采集器、油量控制器和若干振动传感器，所述振动传感器与数据采集器相连并将当前振动数据传输至数据采集器，所述数据采集器通过油量控制器控制质量可调液箱内液体的质量。

在上述技术方案的基础上，所述油量控制器包括进油泵、出油泵和备用液箱；

所述检测控制机构与进油泵、出油泵相连接，用于控制进油泵、出油泵的运行；所述备用液箱通过进油泵、出油泵与质量可调液箱发生油液交互。

在上述技术方案的基础上，所述质量可调液箱中设置有液位传感器，且所述液位传感器与数据采集器相连接。

在上述技术方案的基础上，所述质量可调液箱和备用液箱均为船舶上的备用油箱。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的一种用于消除低频噪声的装置，在固定底座的底部设置质量可调减震机构，根据固定底座的实时振动频率，调整质量可调减震机构的质量，达到较好的调频效果，实现较宽的频率上控制激振频率的作用，对动力设备产生的激振频率振动进行抑制。本发明不仅具有低频控制的能力，而且能够在一定范围内进行调频，并且不增加船舶上新的机械设施，具有简单并且易实现的优点。

(2)本发明中用于消除低频噪声的装置及带有该装置的船舶，根据动力设备的实时振动频率，调整液体的质量，形成可自适应调频的结构，以抑制激励频率的振动，改变了动力吸振结构固有的抑振频率窄并且不可调的缺点，同时采用船舶上的固有设备，不增加船舶的载荷，也不占用额外的空间，能够在不增加船舶设备配置的情况下，有效控制低频振动，具有较好的实用性、可行性和良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例中用于消除低频噪声的装置的结构示意图；

图2为本发明中未安装消除低频噪声的装置的船舶的结构示意图；

图3为本发明实施例中带有用于消除低频噪声的装置的结构示意图；

图4为图3的剖视图。

图中：1-支撑机构，2-动力设备，3-隔振器，4-固定底座，5-缓冲机构，6-质量可调减震机构，7-弹性机构，8-检测控制机构，9-质量可调液箱，10-数据采集器，11-油量控制器，12-振动传感器，13-进油泵，14-出油泵，15-备用液箱。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种用于消除低频噪声的装置，包括一支撑机构1，其用于支撑动力设备2，且动力设备2与支撑机构1之间设置有隔振器3，隔振器3可以为一个或者多个，具体数量根据动力设备2的实际需要进行设置。

一固定底座4，其位于支撑机构1的下方，且通过缓冲机构5与支撑机构1相连接，在实际情况中，固定底座4可以为基座或者其他质量较大且稳定性较高的机构。

一质量可调减震机构6，其通过弹性机构7固定在支撑机构1的底部，质量可调减震机构6能够根据动力设备2的振动频率调整自身质量大小。

一检测控制机构8，其用于实时监测动力设备2的振动频率，并根据当前振动频率控制质量可调减震机构6调整其质量，本实施例中，质量可调减震机构6内的介质为液体，检测控制机构8包括设置在动力设备2上的若干振动传感器12和至少两个调节泵，调节泵用于将质量可调减震机构6中的介质泵入或泵出，以调整质量可调减震机构6的质量。

在实际使用中，当支撑机构1的质量为m₁、刚度为k₁、振动位移为x₁，质量可调减震机构6的质量为m_L、刚度为k₂、振动位移为x₂。

在动力设备2按照简谐振动为F＝F₀sin(ωt)振动时，其中，F₀为振幅，ω为动力设备2的角频率，t为时间，支撑机构1在动力设备2的简谐激励下的的振动位移为公式一：

为抵消动力设备2的振动，质量可调减震机构6的频率必须与动力设备2的振动一致，才能达到减震效果，支撑机构1的振动位移x₁为0，根据公式二计算m_L：

此时的m_L为质量可调减震机构6的初始质量。

当动力设备2在运行过程中，其角频率ω发生改变时，根据公式二计算出角频率ω改变后相对应的m_Lˊ，并根据△m＝(m_Lˊ-m_L)计算质量可调减震机构6理论上需要改变的质量，当△m为正数时，增加质量可调减震机构6的质量；当△m为负数时，减小质量可调减震机构6的质量。

本发明中用于消除低频噪声的装置可以用于船舶、工厂等需要消除低频噪声的场所，其中，质量可调减震机构6可以使用船舶和工厂中的备用油箱、储水罐等已有的设备，并配合水泵或者油泵进行质量的调整。

参见图2、图3和图4所示，本发明还提供一种带有用于消除低频噪声的装置的船舶，船舶上安装有用于消除低频噪声的装置，固定底座4为筏架，质量可调减震机构6为质量可调液箱9，检测控制机构8包括数据采集器10、油量控制器11和若干振动传感器12，振动传感器12安装在固定底座4上，用于采集固定底座4的振动数据，振动传感器12与数据采集器10相连并将当前振动数据传输至数据采集器10，数据采集器10通过油量控制器11控制质量可调液箱9内液体的质量，本实施例中的质量可调液箱9和备用液箱15均为船舶上的备用油箱。

本发明根据动力设备2的实时振动频率，调整液体的质量，形成可自适应调频的结构，以抑制激励频率的振动，改变了动力吸振结构固有的抑振频率窄并且不可调的缺点，同时采用船舶上的固有设备，不增加船舶的载荷，也不占用额外的空间，能够在不增加船舶设备配置的情况下，有效控制低频振动，具有较好的实用性、可行性和良好的应用前景。

油量控制器11包括进油泵13、出油泵14和备用液箱15，检测控制机构8与进油泵13、出油泵14相连接，用于控制进油泵13、出油泵14的运行；备用液箱15通过进油泵13、出油泵14与质量可调液箱9发生油液交互，且本实施例的质量可调液箱9中设置有液位传感器，且液位传感器与数据采集器10相连接。

在实际使用时，振动传感器12采集固定底座4的实时振动数据并发送至数据采集器10，数据采集器10分析振动数据，并计算其振幅相对于初始状态是否发生变化，当发生变化时计算△m，并控制进油泵13/出油泵14开启，泵入/泵出质量可调液箱9中的油液，增加/减小质量可调液箱9的质量，以使得质量可调减震机构6的频率与动力设备2的振动一致，达到减震效果。

本实施例中，弹性机构7均选用气囊隔振器或者弹簧隔振器，用于连接、支撑质量可调减震机构6的重量，并与质量可调减震机构6组成弹簧——质量吸振系统。当选用气囊隔振器时，还可以通过调节充气压力，改变其刚度，更为方便调频。

带液位传感器的可调液箱9可以设置多个，根据需要控制的特征频率而定，液位传感器可以反馈水位高度，进而能够间接测量可调液箱9的总重量，通过控制进油泵13/出油泵14随时调整水位高度，以便与弹性机构7形成的动力吸振结构达到最佳的抑振效果。

当固定底座4的运行改变也就是特征频率变化时，可调液箱9的质量改变以自适应改变吸振频率。

数据采集器10具体包括加速度传感器、数据处理模块、控制输出模块，加速度传感器测量的信号传给数据处理模块，确定激励特征线谱，并与液位传感器传回的信号及特征量进行比较，输出控制信号控制进油泵13/出油泵14的运转方向，进行水位调节——重量控制，使总体控制系统具有最佳的抑振效果。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种用于消除低频噪声的装置，其特征在于，包括：

支撑机构(1)，其用于支撑动力设备(2)，且动力设备(2)与支撑机构(1)之间设置有隔振器(3)；

固定底座(4)，其位于支撑机构(1)下方，且通过缓冲机构(5)与支撑机构(1)相连接；

质量可调减震机构(6)，其通过弹性机构(7)固定在支撑机构(1)的底部，所述质量可调减震机构(6)能够根据动力设备(2)的振动频率改变质量大小；

检测控制机构(8)，其用于检测动力设备(2)的振动频率，并根据当前振动频率改变质量可调减震机构(6)的质量。

2.如权利要求1所述的一种用于消除低频噪声的装置，其特征在于：所述支撑机构(1)的质量为m₁、刚度为k₁、振动位移为x₁，所述质量可调减震机构(6)的质量为m_L、刚度为k₂、振动位移为x₂；

当动力设备(2)简谐振动为F＝F₀sin(ωt)时，F₀为振幅，ω为动力设备(2)的角频率，t为时间，所述支撑机构(1)在动力设备(2)的简谐激励下的的振动位移为公式一：

$\left|x_1\right|=\frac{\[k_2-(m_2+m_L){\mathrm{\ω}}^2\]}{(k_1+k_2-m_1{\mathrm{\ω}}^2)\[k_2-(m_2+m_L){\mathrm{\ω}}^2\]-k_2^2}{F}_0$

为抵消动力设备(2)的振动，质量可调减震机构(6)的频率与动力设备(2)的振动一致，支撑机构(1)的振动位移x₁为0，根据公式二计算m_L：

$\mathrm{\ω}=\sqrt{\frac{k_2}{m_2+m_L}}.$

3.如权利要求2所述的一种用于消除低频噪声的装置，其特征在于：当动力设备(2)的角频率ω发生改变时，根据公式二计算出角频率ω改变后相对应的m_Lˊ，并根据△m＝(m_Lˊ-m_L)计算质量可调减震机构(6)理论上需要改变的质量，当△m为正数时，增加质量可调减震机构(6)的质量；当△m为负数时，减小质量可调减震机构(6)的质量。

4.一种带有用于消除低频噪声的装置的船舶，其特征在于：所述船舶上安装有用于消除低频噪声的装置，所述质量可调减震机构(6)为质量可调液箱(9)，所述检测控制机构(8)包括数据采集器(10)、油量控制器(11)和若干振动传感器(12)，所述振动传感器(12)与数据采集器(10)相连并将当前振动数据传输至数据采集器(10)，所述数据采集器(10)通过油量控制器(11)控制质量可调液箱(9)内液体的质量。

5.如权利要求4所述的一种带有用于消除低频噪声的装置的船舶，其特征在于：所述油量控制器(11)包括进油泵(13)、出油泵(14)和备用液箱(15)；

所述检测控制机构(8)与进油泵(13)、出油泵(14)相连接，用于控制进油泵(13)、出油泵(14)的运行；所述备用液箱(15)通过进油泵(13)、出油泵(14)与质量可调液箱(9)发生油液交互。

6.如权利要求4或5所述的一种带有用于消除低频噪声的装置的船舶，其特征在于：所述质量可调液箱(9)中设置有液位传感器，且所述液位传感器与数据采集器(10)相连接。

7.如权利要求4或5所述的一种带有用于消除低频噪声的装置的船舶，其特征在于：所述质量可调液箱(9)和备用液箱(15)均为船舶上的备用油箱。