一种推力轴承的液体脉动衰减装置及方法
技术领域
本发明属于船舶轴系减振降噪技术领域,涉及一种衰减装置,更具体地说,是涉及一种船舶轴系推力轴承的液体脉动衰减装置及方法。
背景技术
舰船推进轴系主要由螺旋桨、艉轴、中间轴、滑动轴承、推力轴、推力轴承、弹性联轴节、变速装置、柴油机以及轴系辅助等装置组成。船舶艉轴不均匀伴流场是产生桨叶处纵向交变脉动激励力的直接原因。螺旋桨交变纵向力通常以两种形式作用于船体,引起船体振动及其水下辐射噪声,一种是通过艉部流体直接传递至船体表面;另一种是以轴承力的方式通过船舶轴系、推力轴承及其基座传递至船体。轴承力是引起船体振动的主要激励力,是推进轴系纵向振动主要的消减控制对象。
为合理的避免因轴系纵向振动导致的动力设备疲劳、磨损、船体艉部振动以及上层建筑的振动,针对轴系纵向减振采取了一系列措施。
申请号为CN107191529A,名称为“一种磁流变弹性体推力轴承基座动力吸振器”的发明专利,该专利提出了一种磁流变弹性体推力轴承基座动力吸振器及使用方法,动力吸振器设置于推力轴承基座上,所述的动力吸振器包括磁轭组、隔磁支撑轴、导磁轴套、磁流变弹性体、电磁组件,隔磁支撑轴的外层套设有导磁轴套,导磁轴套的两端分别装设有平行设置的磁轭组,在导磁轴套与磁轭组的相接处配置有磁流变弹性体,两磁轭组之间围绕导磁轴套设有至少一个电磁组件。但是该专利结构复杂,温升复杂,吸振器工作不稳定等问题,且轴承基座空间有限,这种复杂的电磁场的结构,进而集中载荷对轴承基座强度造成不利影响。
申请号为CN102269218B,名称为“船用推力轴承共振转换器”的发明专利,该专利提出了一种船用推力轴承共振转换器,包括推力轴承和与推力轴承连接的共振转换器,推力轴承在其前端盖内沿周向均匀布置有多个柱塞腔,各柱塞腔内容置有柱塞,柱塞一端与推力轴承的前推力块接触,另一端与对应的柱塞腔形成间隙,各柱塞腔间隙相互连通并充满有液压油,形成平衡油缸,共振转换器由相互连接的液压管和油缸组成,平衡油缸通过接口连接到液压管,与共振转换器的油缸连通,推进轴系的纵向载荷通过前推力块传递到与其接触的各柱塞上,推动柱塞运动将载荷作用在平衡油缸内以及共振转换器内的液压油上,实现减振。但是该共振转换器是一种液压减振装置,船舶轴系上更多的激励是由于低频引起的,甚至是100Hz以下的振动,这种低频段的振动,该共振转换器并没有明确的衰减方法。
如何提高推力轴承装置的低频振动问题、提高船舶轴系100Hz以下的纵向振动减振效果是本发明要解决的主要问题。本发明液压减振装置采用模块化设计与制造,可以对低频轴向振动有非常有益的吸收和减弱作用,尤其是声子晶体结构板的设计应用,也可以打开了低频吸振的带隙,最终能在一定宽度的频带范围内,具有较好的隔振吸收作用。
发明内容
本发明的目的是针对船舶轴系振动频率在100Hz以下的减振不足,提供一种100Hz以下具有一定宽度的减缓船舶推力轴系纵向振动的装置,进而使船舶推进轴系纵向振动得到控制。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种推力轴承的液体脉动衰减装置,包括供油装置1和连通供油装置1的推力轴承2,所述推力轴承2包括密封套装在设有推力轴环8的推力轴7上的推力轴承上端14和推力轴承下端15,在相连接的所述推力轴承上端14和推力轴承下端15内,沿所述推力轴7的推力轴环8两侧向外的轴圆周方向分别对称设置有推力块5,和均匀布置的若干油缸11,在所述推力轴承上端14外侧套设有与所述推力轴承上端14相连接的推力轴承箱体12,在所述推力轴承上端14顶部与所述推力轴承箱体12之间设有空腔,所述空腔中设置有声子晶体结构板3,且通过液压油路管13分别与所述油缸11和供油装置1相连通。
进一步,所述的推力轴承上端14和推力轴承下端15与推力轴7之间分别套装有密封件6,所述的密封件6为橡胶密封件。
进一步,所述的若干油缸11为一侧8个。
进一步,所述的声子晶体结构板3由若干圆柱芯体17和面板18组成,其中所述的圆柱芯体17矩阵式排列安装在所述面板18上。
进一步,所述的矩阵式排列的行列数为≥8。
进一步,所述的矩阵式排列的行数为10,列数为12。
进一步,所述的圆柱芯体17由圆柱头螺栓及圆柱形螺帽组成,其中所述的圆柱头螺栓的圆柱头高度为a,圆柱头螺栓的公称直径为d,公称长度为a+b,圆柱形螺帽的高度也为a。
进一步,所述的圆柱芯体17的材料为铅,所述的面板18的材料为有机玻璃。
进一步,所述的面板是18为边长为c的正方形,中心位置设有一个直径为d的通孔,和一个内径大于d的f、外径为e的不连通C型环槽。
本发明的一种推力轴承的液体脉动衰减装置的减振方法,具体包括以下步骤:
S1:船舶在正常航行时,螺旋桨旋转导致船舶推力轴7的纵向产生100Hz以下的低频振动,所述的低频振动,其一半通过推力轴环8传递到装置的各油缸11内的液压油,并以对应频率的脉动油压的形式存在;
S2:所存在的低频脉动液压油,沿着装置内的液压油路管13,传递到推力轴承箱体12和推力轴承上端14所形成的油腔及内部的声子晶体结构板3上;
S3:另一半的低频振动,通过装置传递到推力轴承箱体12和推力轴承上端14所形成的油腔内部的声子晶体结构板3上;
S4:所述的低频脉动液压油的脉动和通过装置传递的低频振动,促使声子晶体结构板3)发生低频共振,从而使推力轴承的振动得到控制。
本发明的优点和有益效果:
本发明改进型的推力轴承在不改变轴系纵向载荷传递的方式下,在推力轴承的液体脉动衰减装置内添加声子晶体结构板,因此可以针对性的吸收100Hz以下的振动,具体来说,通过设计声子晶体结构板,可以对40Hz~80Hz内的振动,进行非常有效的吸收减缓振动效果。在推进轴承内未安装所述的装置前,纵向脉动激励经轴系、推力轴承内的推力轴环、推力块、推力轴承壳体传递至推力轴承基座。在推力轴承内添加了带有声子晶体板的装置后,相当于在原来的振动传递路径上增加流体阻尼减振环节外,在轴承基座上添加了一个频率为40Hz~80Hz的宽频带的动力吸振器。从而对船舶推进轴的纵向振动有更好的控制减弱。
在安全性设计中,考虑船舶在紧急工况下,当纵向载荷过大时,本发明的推力轴承的液体脉动衰减装置满足将纵向载荷更加稳定的传递至推力轴承基座。
本发明结构科学,原理新颖,减振效果好,制造成本低,实用性强。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图;
图2(a)是本发明主视剖面图,图2(b)推力轴承局部放大示意图,图2(c)推力轴承轴侧图,图2(d)为推力轴承结构中A-A剖面图,图2(e)为推力轴承结构中B-B剖面图;
图3(a)是本发明装置内声子晶体的结构板示意图,图3(b)声子晶体结构立体示意图,图3(c)声子晶体结构左视图,图3(d)声子晶体晶体结构俯视图,图3(e)声子晶体中有机玻璃面板结构示意图,图3(f)声子晶体中圆柱芯体结构示意图;
图4是油箱结构示意图;
图中附图标记说明:1、供油装置;2、推力轴承;3、声子晶体结构板;4、支撑套环;5、推力块;6、密封件;7、推力轴;8、推力轴环;9、推力轴承下垫片;10、液压管;11、油缸;12、推力轴承箱体;13、液压油路管;14、推力轴承上端;15、推力轴承下端;16、油箱;17、声子晶体内的圆柱芯体;18、声子晶体内的面板。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明,但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施案例:
如图1至图4所示,为本发明的一种推力轴承的液体脉动衰减装置,包括供油装置1和连通供油装置1的推力轴承2,所述推力轴承2包括密封套装在设有推力轴环8的推力轴7上的推力轴承上端14和推力轴承下端15,在相连接的所述推力轴承上端14和推力轴承下端15内,沿所述推力轴7的推力轴环8两侧向外的轴圆周方向分别对称设置有推力块5,和均匀布置的若干油缸11,在所述推力轴承上端14外侧套设有与所述推力轴承上端14相连接的推力轴承箱体12,在所述推力轴承上端14顶部与所述推力轴承箱体12之间设有空腔,所述空腔中设置有声子晶体结构板3,且通过液压油路管13分别与所述油缸11和供油装置1相连通。
如图2(c)所示,所述的推力轴承上端14和推力轴承下端15与推力轴7之间分别套装有密封件6,所述的密封件6为橡胶密封件,所述密封件为上下半圆弧结构,通过螺栓、螺母及垫圈固定连接,所述的油缸11为一侧8个。
如图3(a)所示,所述的声子晶体结构板3由若干圆柱芯体17和面板18组成,其中所述的圆柱芯体17矩阵式排列安装在所述面板18上,所述的矩阵式排列的行数为10,列数为12。
如图3(b)所示,所述的圆柱芯体17由圆柱头螺栓及圆柱形螺帽组成,其中所述的圆柱头螺栓的圆柱头高度为a,圆柱头螺栓的公称直径为d,公称长度为a+b,圆柱形螺帽的高度也为a。
如图3(a)至(f)所示,所述的圆柱芯体17的材料为铅,所述的面板18的材料为有机玻璃。
如图3(a)至(f)所示,所述的面板是18为边长为c的正方形,中心位置设有一个直径为d的通孔,和一个内径大于d的f、外径为e的不连通C型环槽。
根据振动理论和声子晶体理论可知,每个原胞中支撑梁结构等同于一个弹簧,其等效刚度为Ke,而圆柱芯体等同于一个质量块,其等效质量为Me,则声子晶体结构的共振的起止频率可以根据下式计算得到其中推力轴承箱体12与声子晶体结构板3也是通过螺钉连接,声子晶体结构板3可以吸收低频的振动。声子晶体结构板在液压油中局域共振产生阻尼作用,消耗液压油的脉动能量。
本发明的一种推力轴承的液体脉动衰减装置的减振方法,具体包括以下步骤:
S1:船舶在正常航行时,螺旋桨旋转导致船舶推力轴7的纵向产生100Hz以下的低频振动,所述的低频振动,其一半通过推力轴环8传递到装置的各油缸11内的液压油,并以对应频率的脉动油压的形式存在;
S2:所存在的低频脉动液压油,沿着装置内的液压油路管13,传递到推力轴承箱体12和推力轴承上端14所形成的油腔及内部的声子晶体结构板3上;
S3:另一半的低频振动,通过装置传递到推力轴承箱体12和推力轴承上端14所形成的油腔内部的声子晶体结构板3上;
S4:所述的低频脉动液压油的脉动和通过装置传递的低频振动,促使声子晶体结构板3发生低频共振,从而使推力轴承的振动得到控制。
如图4,所述油箱16和液压管10控制管路上的齿轮泵可以输出压力不同的液压油。
本发明通过以下方式实现推进轴系纵向减振功能:在推进轴承内未改变成所述的装置前,纵向脉动激励经轴系、推力轴承内的推力轴环、推力块、推力轴承壳体传递至船体。在采用推力轴承的液体脉动衰减装置后,相当于在原来的振动传递路径上增加流体阻尼减振环节外,在轴承基座上添加了一个频率为40Hz~80Hz的宽频带的动力吸振器。从而对船舶推进轴的纵向振动有更好的控制。