CN109050861A - 一种船用减振桨轴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船用减振桨轴,属于减振降噪领域。减振桨轴包括,直接与船舶主机或者齿轮箱连接的前段桨轴、第一减振机构、中段桨轴、第二减振机构、末段桨轴。本结构首先将传统的单根桨轴分离为三段,桨轴中段长度占桨轴总长的主要部分,前段桨轴与船舶主机或者齿轮箱直接相连,末段桨轴和螺旋桨或者转向变换装置连接,中段桨轴通过减振装置与另两段桨轴连接,即隔离振动源,吸收振动,抑制船舶主机和齿轮箱的振动以及螺旋桨的振动向桨轴中段传递,降低轴系振动和船体振动。减振机构中的16个减震器通过弹簧传递桨轴扭矩,通过弹簧和阻尼液共同作用,吸收振动,抑制振动向占桨轴长度主要部分的桨轴中段的传递,从而降低轴系和船体的振动响应。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种船用减振桨轴,属于减振降噪领域。
背景技术
早在19世纪后期,船体振动问题就开始引起人们的注意。近年来,随着航运业的发展,主机功率和转速提高,船舶吨位加大,以及肥大型船舶的出现,致使船体振动问题日益突出。随着造船技术的进步,船体结构减轻,结构刚度也随之减小,更易激起较大的船体振动。
严重振动对船舶的危害主要有以下几点:1.使船体结构或机械设备在应力过大时产生疲劳破坏,影响航行安全;2.影响船员和旅客的居住舒适性,影响船员的工作效率,危害身体健康。3.影响船上设备、仪表的正常工作,降低使用精度,缩短使用寿命。另外振动还会激发噪声。因此研究船舶振动的原因,采取有效措施进行减振十分必要。
船体作为自由漂浮在水上的空心弹性梁,在营运过程中必然会受到各种激励的作用,激起船体总振动和局部振动。船体产生振动过大的主要原因可归结为下述3个方面:1.设计时考虑不周,如船舶主尺度与主机的选择,螺旋桨与船体及附属体间隙以及与尾部线型的配合,船体结构尺寸、布置和结构的连续性等。2.建造质量的问题,如螺旋桨制造质量差,轴线对中不良,结构连续性被破坏,焊接残余应力与初挠度等。3.营运管理问题,如船体的装(压)载不当,轴系变形,主机各缸燃烧不均,机件磨损、松动,螺旋桨受损等。
由上述可知,造成船舶振动的原因极其复杂。科研人员针对造成船舶振动的几种主要原因作一些分析,提出一些减振措施:
1.船舶设计方面:已建成的船舶,如发现存在严重的振动问题,要彻底根治一般比较困难,且代价相当大。因此,在设计阶段就应进行必要的振动计算,并采取预防措施。《钢质内河船舶入级与建造规范》(2002)中专列了船体振动章节,对船长大于或等于60m客船的总体振动、局部振动及振动衡准做了明文规定;
2.主机及其减振:主机是引起船体振动的主要激励源之一,可以采取以下措施进行减振:(1)在主机机座下装设减振器,以减少主机振动向船体传递。目前国内常用的减振器主要有橡胶减振器和金属弹簧减振器2种。橡胶减振器的优点是结构简单、有较好的隔声、缓冲和减振效果;容易满足对减振器各方向刚度和强度的要求;有适量的阻尼,有利于越过共振区和衰减高频声振动;易于加工生产,成本低。缺点是易受温度和油气等侵蚀,造成性能变化,寿命较短,易老化、龟裂,需要定期检查更换。金属弹簧减振器的主要优点是:在长期使用中性能稳定,在适当保养下几乎无老化问题;对温度变化不敏感;承载能力大而柔软。缺点是阻尼小,越过共振区时振动较大;对高频声振动的隔绝性较差;(2)调整结构,减少船体结构的响应。对于机舱,不论船体采取什么样的骨架形式,主机机座与船体纵桁的连接应避免呈折线形。小船机座应尽可能延伸至机舱前后壁。为了改善主机纵桁在舱壁处的固定情况,在机舱舱壁外应逐步减少其高度,并在舱壁上设置大尺寸的扶强材,且用肘板连接;(3)采用阻尼材料和消振器。在受到强烈振动的外板、甲板、舱壁或其它结构表面上覆盖(包括喷射、涂抹或粘结等方法)减振涂层,形成阻尼。其结构形式有自由阻尼和约束阻尼2种。船上的减振涂料有水泥、沥青、泡沫塑料、橡胶以及各种合成材料、高聚甲板敷料等。除船体结构外,各种管路和机器的机体上也可覆盖涂层;
3.螺旋桨及其减振:螺旋桨是引起船体振动的又一主要激励源。减少振动的措施有以下几种:(1)螺旋桨的激振频率与船体局部固有频率相近,形成共振时,可加强船体局部结构,改变局部的固有频率,如在局部区域加支柱、加设纵桁等;(2)螺旋桨来流不均匀,造成螺旋桨振动较大。可在船尾部增设导流鳍,改善螺旋桨的来流情况,使螺旋桨盘面内的伴流趋于均匀,减少振动。舵上也可增设水滴形导流帽,改善螺旋桨去流的不均匀性。还有其它一些激振源激励船舶振动,如轴系、辅机等。
对于这些振源,减振方法上虽有些差异,但基本原理是一样的。即改变结构的固有频率或激振频率以避免共振;减少激励的幅值与减小激励的传递以降低强迫振动的程度;增加结构刚度和阻尼以降低响应等。
船舶振动问题对船体、人员、设备、海洋环境等影响严重。船舶振动问题突出的位置通常在船舶主机和齿轮箱、轴系、螺旋桨。其中轴系振动会对桨轴结构强度、磨损、船体结构振动、推进效率等产生严重影响。轴系振动通常是由主机/齿轮箱振动和螺旋桨振动诱发的。目前尚未有较为有效的轴系振动控制技术。因此,开发船用减振桨轴对降低船舶振动噪声有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种船用减振桨轴,目的在于通过隔离振动源,抑制振动向桨轴传播,实现桨轴振动降低。
本发明的目的是这样实现的:
本发明的船用减振桨轴由桨轴前段1、桨轴中段2、桨轴末段3和两套相同的减振机构4组成。三段桨轴中桨轴中段长度最长,桨轴中段通过减振机构与桨轴前段和桨轴末段连接。
其中,减振机构中的定子5上设置有法兰盘13,转子10上设置有法兰盘15,桨轴通过法兰与减震机构相连;船舶前进时,桨轴前段、桨轴中段、桨轴末段和两套减振机构一同旋转,输出力矩,带动螺旋桨旋转。
桨轴前段1末端通过法兰15与第一减振机构转子10相连,第一减振机构定子5通过法兰13与桨轴中段2前端相连,桨轴中段2末端通过法兰15与第二减振机构转子10连接,第二减振机构定子5通过法兰13与桨轴末段3相连。
减振机构4由减振机构定子5、减振机构转子10、减振器8组成,减振机构定子和减振机构转子之间的作用力通过减振器传递。
减振器8的功能包括,传递桨轴扭矩至下一级机构,吸收桨轴前段1和桨轴末段3传递的振动。船舶推进中桨轴需要承受很大的力矩,因此,每个减振机构4设置两组减振器,每组共四个。
与现有技术相比,本发明的优势在于:
本发明提供的一种船用减振桨轴采用分段式设计,并且使用减震机构进行连接,可以充分吸收船舶发动机以及螺旋桨的振动,抑制了振动的传递,为船舶的安全航行提供了保障。
附图说明
图1为船用减振桨轴立体示意图;
图2为船用减振桨轴侧视图;
图3为减振机构左视图;
图4为减振机构右视图;
图5为减振机构剖视图
图6为减振器结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更详细地描述:
结合图1、2、3、4、5、6,船用减振桨轴的工作原理为:
船用桨轴被分离为三段:桨轴前段1、桨轴中段2、桨轴末段3,桨轴中段2长度占桨轴总长的主要部分,另外两者均很短,桨轴前段通过第一减振机构连接桨轴中段一端,桨轴中段另一端通过第二减振机构连接桨轴末段,桨轴前段、桨轴中段、桨轴末段以及两个减振机构同时旋转;
减振机构4的定子5和转子10是相互独立的,定子5主体为圆环形,定子5和转子10共轴,定子一侧均匀布置四个扭矩传递斜梁6,四个扭矩传递斜梁向外延伸,顶端连接有法兰盘13,定子上在四个扭矩传递斜梁之间还均匀布置四个减震器底座7,且在定子主体另一侧相同位置还布置四个减震器底座,转子上相对于定子上的八个减震器底座对应布置减振器支基底座,减震器活塞底部通过减振器底座转动轴11连接定子上的减震器底座,减震器活塞杆顶端通过减振器支基底座转动轴12与转子上的减振器支基底座连接,转子上与定子布置有扭矩传递斜梁一侧相反的一侧布置有法兰盘15,定子和转子通过减振器8传递桨轴力矩,由桨轴驱动转子,转子带动定子一同旋转;
桨轴前段1、桨轴中段2、桨轴末段3并没有直接连接,而是通过减振机构4中的减振器8传递力矩,因此,来自船舶主机/齿轮箱和船舶螺旋桨的振动,在经过减振机构4时,被减振器8吸收,从而降低桨轴中段受到的振动激励,降低船体振动;
每个减振机构4包括两组减振器8,每组四个,以减小每个减振器的负载,保证减振机构的结构强度和疲劳强度要求,同时,提高吸振效果;
减振器8由弹簧16和吸振活塞机构组成,吸振活塞包括活塞17、细孔18、阻尼液19,弹簧16主要作用是传递桨轴力矩和减振,吸振活塞机构主要通过粘性很大的吸振液19、活塞17和细孔18抑制振动,吸收振动能量。
大型船舶桨轴长度通常很大,桨轴长径比较大,可以看作是一根柔性梁,极易受到外界振动的影响,在特定的外界激励下,桨轴振动响应会很大。船用减振桨轴通过桨轴分段,隔离振动源(主机/齿轮箱、螺旋桨)以及减振机构吸收振动,使长度最大的桨轴中段振动降至最低,从而降低轴系振动向船体结构的辐射,降低船舶振动。船用减振桨轴结构简单可靠,应用前景广泛。
Claims (4)
1.一种船用减振桨轴,其特征在于:分离为桨轴前段(1)、桨轴中段(2)、桨轴末段(3)三部分,桨轴中段长度占桨轴总长的主要部分;还包括两套相同的减振机构(4);桨轴前段末端与桨轴中段前端通过第一减振机构连接;桨轴中段末端与桨轴末段前端通过第二减振机构连接。
2.根据权利要求1所述的一种船用减振桨轴,其特征在于:所述的减振减振机构(4)包括定子(5)、转子(10)和减震器(8),二者相互独立,定子主体为圆环形,定子和转子共轴,定子一侧均匀布置四个扭矩传递斜梁(6),四个扭矩传递斜梁向外延伸,顶端连接有法兰盘(13),定子上在四个扭矩传递斜梁之间还均匀布置四个减震器底座(7),且在定子主体另一侧相同位置还布置四个减震器底座,转子上相对于定子上的八个减震器底座对应布置减振器支基底座,减震器活塞底部通过减振器底座转动轴(11)连接定子上的减震器底座,减震器活塞杆顶端通过减振器支基底座转动轴(12)与转子上的减振器支基底座连接,转子上与定子布置有扭矩传递斜梁一侧相反的一侧布置有法兰盘(15)。
3.根据权利要求2所述的一种船用减振桨轴,其特征在于:减振器(8)由弹簧(16)和吸振活塞机构组成,吸振活塞包括活塞(17)、细孔(18)、阻尼液(19)。
4.根据权利要求1或2所述的一种船用减振桨轴,其特征在于:桨轴前段末端与桨轴中段前端通过第一减振机构连接的具体方式为:桨轴前段末端连接于第一减振机构的转子法兰盘,桨轴中段前端连接于第一减振机构的定子法兰盘;桨轴中段末端与桨轴末段前端通过第二减振机构连接的具体方式为:桨轴中段末端连接于第二减振机构的转子法兰盘,桨轴末段前端连接于第二减振机构的定子法兰盘。
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