CN109625193B - 一种具有浮筏减振系统的科学考察船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有浮筏减振系统的科学考察船，包括船体，在船体内的船舶辅机舱舱底设置有一浮筏减振系统，所述浮筏减振系统包括一安装平台支架，在安装平台支架上设置有一用于安置发电设备的板体，所述安装平台支架内设置有一用于支撑板体的将发电设备产生的激振力进行衰减与吸收的减振机构，在壳体的顶部设置有用于检测缓冲杆体径向摇摆位移的检测元件，以及控制器，针对振动非规律变化、冲击力多自由度的实际情况能够实现自动化调整。本发明安装方便，提高了船舶设备的隔振性能和隔声性能，延长了船舶设备的使用寿命。

Description

一种具有浮筏减振系统的科学考察船

技术领域

本发明涉及船舶设备技术领域，尤其涉及一种具有浮筏减振系统的科学考察船。

背景技术

机械振动及噪声是船舶的主要性能参数之一，机舱动力设备是船舶振动噪声的主要来源，随着造船技术的快速发展，减振降噪技术越来越受到人们关注。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。但是，船舶设备的振动与噪声却一直是一个难以解决的问题。随着科技水平的提高，对船舶设备的隔振性能和隔声性能提出了更高的要求。船舶机舱中动力设备的种类及数量众多，各种动力设备按照一定的要求布置在机舱内部，以实现机舱的整体功能。机舱中各种动力设备由于其工作原理的不同，振动噪声源特性存在差异，对其采取的隔振措施也不同。由于机舱布置紧凑，各种动力设备在运行时产生的振动噪声传递到机舱时相互影响，相互作用，共同形成了机舱的振动噪声。

众所周知，目前船舶的主要振动噪声源是发电机舱发电设备，也就是为船舶供电的一组至多组柴油机及发电机组，柴油机振动特点是多振源、宽频带、形态复杂，其激振力可简单分类为，由于内燃烧发生的直接激振力(如气缸内气体压力、曲柄连杆机构的重力及其惯性力)和由于柴油机机械工作发生的间接激励力(如活塞敲击、正时齿轮、气门系及燃料喷射系振动等)，多是非简谐的周期性函数，在激振力作用下，柴油机存在六个自由度的刚体运动，其整机振动状况除受本身参数、重量、惯性、激振力频率、强度等影响外，还受支承性能的制约。船舶动力设备的安装方式是直接刚性连接到船体基座上，振动较大，容易引起船舶动力设备振动过大而损坏，船体基座经受更大的扭矩振动，容易引起疲劳损坏。

由此可知，柴油机及发电机组产生的振动及噪声，不但对船员及乘客的工作休闲环境造成一定影响，而且对于船上的仪器仪表、检测设备等的使用寿命与工作环境也会造成一定影响。因此，要想从根本上解决船舶振动噪声问题，就需要针对发电机舱发电设备进行减振降噪处理。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。

CN 201103649Y公开了一种浮筏式双层隔振装置，本实用新型包括减振筏架、用于支撑减振筏架并与地基接触的下层隔振器、用于支撑动力机组并安装在减振筏架上的上层隔振器，减振筏架弹性连接有固定在地基上的筏架止动件，减振筏架上设置有用于与动力机组的每个单机弹性连接的单机止动件。

CN 207893041 U公开了一种船舶动力设备振动控制装置，属于减振降噪技术领域。本实用新型包括从上至下依次设置的空气压缩机组、中间浮筏和弹性基础，空气压缩机组和中间浮筏之间及中间浮筏和弹性基础之间均设有隔振器；中间浮筏包括上层板I、下层板I和设置在上层板I与下层板I之间的肋板I；弹性基础包括上层板II、下层板II和设置在上层板II与下层板II之间的肋板II，中间浮筏和弹性基础上还设有吸声板。

上述减振控制装置实现了使振动能量在传递路径上得到消耗，提高了船舶设备的隔振性能和隔声性能，但仍然存在一些不足，例如只能够在竖直方向上进行减振，并不能够实现对不同方向的振动都能有效的吸收与抵消，装置空间占地较大，对于多组扰动源需要设置多个减振装置，且产生扰动源的设备在振动时对船体安装基座的冲击无法避免，长时间的振动容易导致设备损坏，不能够通过降低振动来实现真正意义上的降噪，并且对于不同频率的振动无法做到有效的吸收与减弱。针对振动非规律变化、冲击力多自由度的实际情况无法实现自动化调整。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够实现多频率范围的减振降噪的同时，能够对形态复杂的多方位激振力大小进行实时自动的衰减与吸收，能够适应激振力对发电设备的抗冲击能力且结构稳定性高、使用寿命长的具有浮筏减振系统的科学考察船。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种具有浮筏减振系统的科学考察船，包括船体，在船体内的船舶发电机舱舱底设置有一浮筏减振系统，所述浮筏减振系统包括一安装平台支架，在安装平台支架上设置有一用于安置发电设备的板体，所述安装平台支架内设置有一用于支撑板体的将发电设备产生的激振力进行衰减与吸收的减振机构，该减振机构包括一具有封闭内腔的壳体，在封闭内腔中设置有一向上延伸并伸出壳体的缓冲杆体，所述壳体的顶部开设有一允许缓冲杆体伸出的调节孔，调节孔的孔径大于缓冲杆体的外径，在壳体的顶部围绕缓冲杆体周向设置有用于将调节孔密封的弹性密封膜，所述封闭内腔的底部设置有一与缓冲杆体的底端固定连接的水平板体，在水平板体与壳体底部之间安装有多组用于向缓冲杆体提供轴向弹性支撑力的弹簧体，在所述封闭内腔中，沿缓冲杆体的轴线方向在水平板体与壳体顶部之间依次设置有多个用于向缓冲杆体提供径向缓冲力的减振单元，以及与减振单元相连的用于控制减振单元减振程度大小的驱动装置，所述封闭内腔中加注有将减振单元全部浸没的高粘度液体，在壳体的顶部设置有用于检测缓冲杆体径向摇摆位移的检测元件，以及控制器，所述检测元件检测到缓冲杆体径向摇摆位移量的信号后发送至控制器，控制器接收信号后与预先设定的安全位移数据相比较，当超过安全位移数据的设定值时，发送用于驱动减振单元增大减振力的信号至驱动装置，当检测元件检测到缓冲杆体径向摇摆位移量小于设定值时，发送信号至控制器，控制器发送停止减振单元增大减振力的信号至驱动装置。

上述的具有浮筏减振系统的科学考察船，所述减振单元包括固定于缓冲杆体外部的空心弹性球体，沿空心弹性球体的水平轴线方向，在空心弹性球体的外侧周向对称设置有四组用于通过高粘度液体向空心弹性球体施加径向缓冲力的弧形板，在各弧形板与空心弹性球体表面之间分别形成有缓冲间隙，所述各弧形板分别通过固定杆与壳体的内壁固定。

上述的具有浮筏减振系统的科学考察船，所述驱动装置包括沿缓冲杆体的轴线方向在缓冲杆体内部开设的输气腔，在缓冲杆体外壁上开设有多个与所述输气腔连通的用于向空心弹性球体内部充放气实现空心弹性球体体积大小变化的气孔，所述缓冲杆体的底部连接有与输气腔相连的用于向输气腔内充气放气的送气管路，在送气管路上设置有气体发生设备，所述控制器发送用于驱动减振单元增大或减小减振力的信号至气体发生设备。

上述的具有浮筏减振系统的科学考察船，在相邻的减振单元之间设置有与缓冲杆体固定连接的用于向缓冲杆体提供轴向辅助缓冲力的辅助板体，所述辅助板体与缓冲杆体的轴线垂直布置。

上述的具有浮筏减振系统的科学考察船，所述缓冲杆体的顶部设置有与板体相连的用于稳定支撑板体的支承板。

上述的具有浮筏减振系统的科学考察船，所述检测元件包括设于壳体顶部的位移传感器，在支承板的下底面设置有用于位移传感器识别缓冲杆体径向摇摆位移量的检测板。

上述的具有浮筏减振系统的科学考察船，所述壳体的上部侧壁上设置有与封闭内腔相连通的用于向封闭内腔中加注高粘度液体的注液管，在壳体的下部侧壁上设置有与封闭内腔相连通的用于将封闭内腔中高粘度液体进行排放更换的排液管。

上述的具有浮筏减振系统的科学考察船，所述弧形板与空心弹性球体表面的曲率半径相同。

上述的具有浮筏减振系统的科学考察船，所述安装平台支架包括与船舶发电机舱舱底固定连接的下部矩形框架及设于下部矩形框架上方的上部矩形框架，在下部矩形框架与上部矩形框架之间连接有多只用于支撑上部矩形框架的立柱，在上部矩形框架内的四个角处分别设置有用于辅助支撑板体的水平斜板，在水平斜板上开设有与所述支承板适配的安装孔，所述安装孔的孔径大于支承板，支承板的顶部伸出安装孔并高于水平斜板的上表面。

上述的具有浮筏减振系统的科学考察船，所述壳体的横截面为圆柱形或正方形。

本发明具有浮筏减振系统的科学考察船的优点是：本发明结构紧凑、安装方便，代替了传统船舶动力设备直接刚性连接到船体基座上的安装方式，通过增设减振单元的数量，可根据船舶内实际原动机与发动机的数量任意扩充，通过多个减振单元来控制和衰减振动，有效地控制振动并降低了噪声，而且受力均匀。利用空心弹性球体、弧形板与高粘度液体的作用能够吸收、衰减振动，空心弹性球体本身的球面结构，能够实现对不同方向的振动都能有效的吸收与抵消，并且高粘度液体的作用能够获得宽频带隔振效果。采用缓冲杆体与底部的水平板体、弹簧体不但能够实现竖向振动的吸收与衰减，而且能够实现当船舶发生横摇时也能够避免因瞬间的刚性摇晃力造成发电设备与安装平台支架发生损伤的目的，能够适应抗冲击能力，且结构稳定性高空心弹性球体同样能够对竖向的振动力起到减缓与抵消作用，而且在相邻的减振单元之间设置的辅助板体能够增加竖向的辅助缓冲力，在高粘度液体的作用下，有效地阻抑振动能量和噪声的传递。通过检测元件实时监测缓冲杆体径向摇摆位移大小，通过控制器及气体发生设备的作用，向空心弹性球体内部充放气实现空心弹性球体体积大小变化，通过对因激振力导致缓冲杆体发生晃动的变化实现了对振动力大小的自动控制，针对振动非规律变化、冲击力多自由度的实际情况能够实现自动化调整。本发明安装方便，提高了船舶设备的隔振性能和隔声性能，延长了船舶设备的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为浮筏减振系统的结构示意图；

图3为浮筏减振系统的的俯视结构示意图；

图4为减振机构的整体结构放大图；

图5为图4中A部分的局部结构放大图；

图6为减振单元进气的结构放大图；

图7为减振单元的整体结构放大图；

图8为减振单元的俯视结构放大图；

图9为减振机构的使用状态图；

图10为浮筏减振系统与发电设备安装的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；

如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10所示，一种具有浮筏减振系统的科学考察船，包括船体33，在船体33内的船舶发电机舱34的舱底设置有一浮筏减振系统35，所述浮筏减振系统35包括一安装平台支架1，在安装平台支架1上设置有一用于安置发电设备5的板体6，所述安装平台支架1内设置有一用于支撑板体6的将发电设备5产生的激振力进行衰减与吸收的减振机构7，该安装平台支架1包括与船舶发电机舱舱底固定连接的下部矩形框架2及设于下部矩形框架2上方的上部矩形框架3，在下部矩形框架2与上部矩形框架3之间连接有多只用于支撑上部矩形框架2的立柱4，在上部矩形框架3内的四个角处分别设置有用于辅助支撑板体6的水平斜板8，该减振机构7包括一具有封闭内腔9的壳体10，封闭内腔9中加注有高粘度液体11。该壳体10的横截面可以为圆柱形或正方形。在壳体10的上部侧壁上设置有与封闭内腔9相连通的用于向封闭内腔9中加注高粘度液体11的注液管12，在壳体10的下部侧壁上设置有与封闭内腔9相连通的用于将封闭内腔9中的高粘度液体11进行排放更换的排液管13。

在封闭内腔9中设置有一向上延伸并伸出壳体10的缓冲杆体14，在壳体10的顶部开设有一允许缓冲杆体14伸出的调节孔15，调节孔15的孔径大于缓冲杆体14的外径，在壳体10的顶部围绕缓冲杆体14周向设置有用于将调节孔15密封的弹性密封膜16，封闭内腔9的底部设置有一与缓冲杆体14的底端固定连接的水平板体17，在水平板体17与壳体10的底部之间安装有多组用于向缓冲杆体14提供轴向弹性支撑力的弹簧体18，在封闭内腔9中，沿缓冲杆体14的轴线方向在水平板体17与壳体10的顶部之间依次设置有多个用于向缓冲杆体14提供径向缓冲力的减振单元19，为确保达到最大的吸振效果，减振单元19全部浸没于高粘度液体11中，在缓冲杆体14的顶部设置有与板体6相连的用于稳定支撑板体6的支承板20。在水平斜板8上开设有与支承板20适配的安装孔21，为便于支承板20能够灵活摆动，安装孔21的孔径大于支承板20的直径，支承板20的顶部伸出安装孔21并高于水平斜板8的上表面。

减振单元19包括固定于缓冲杆体14外部的空心弹性球体22，沿空心弹性球体22的水平轴线方向，在空心弹性球体22的外侧周向对称设置有四组用于通过高粘度液体11向空心弹性球体22施加径向缓冲力的弧形板23，在各弧形板23与空心弹性球体22表面之间分别形成有缓冲间隙24，各弧形板23分别通过固定杆25与壳体10的内壁固定。为了确保径向缓冲力能够达到最大化，弧形板23与空心弹性球体22表面的曲率半径相同。在相邻的减振单元19之间设置有与缓冲杆体14固定连接的用于向缓冲杆体14提供轴向辅助缓冲力的辅助板体26，所述辅助板体26与缓冲杆体14的轴线垂直布置。

本发明还设置有一与减振单元19相连的用于控制减振单元19减振程度大小的驱动装置27，驱动装置27包括沿缓冲杆体14的轴线方向在缓冲杆体14内部开设的输气腔28，在缓冲杆体14的外壁上开设有多个与输气腔28连通的用于向空心弹性球体22内部充放气实现空心弹性球体22体积大小变化的气孔29，在缓冲杆体14的底部连接有与输气腔28相连的用于向输气腔28内充气放气的送气管路30，在送气管路30上设置有气体发生设备，所述控制器发送用于驱动减振单元19增大或减小减振力的信号至气体发生设备。在壳体10的顶部设置有用于检测缓冲杆体14径向摇摆位移的检测元件31，以及控制器，所述检测元件31检测到缓冲杆体14径向摇摆位移量的信号后发送至控制器，控制器接收信号后与预先设定的安全位移数据相比较，当超过安全位移数据的设定值时，发送用于驱动减振单元19增大减振力的信号至驱动装置27，驱动装置27发送信号至气体发生设备，开始向输气腔28输气，气体经气孔29进入空心弹性球体22内，空心弹性球体22增大，当检测元件31检测到缓冲杆体14径向摇摆位移量小于设定值时，发送信号至控制器，控制器发送停止减振单元19增大减振力的信号至驱动装置27。检测元件31包括设于壳体10顶部的位移传感器，在支承板20的下底面设置有用于位移传感器识别缓冲杆体14径向摇摆位移量的检测板32。

本发明通过实体结构与高粘度液体11有效结合的减振方式，具有阻尼力大、动态响应时间短、摩擦阻力小等优点，高粘度液体11可根据实际减振单元19的数量及安装的高度来加注，只要能够浸没所有的减振单元19即可。避免了因加注量过多出现漏油的现象。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有浮筏减振系统的科学考察船，包括船体，在船体内的船舶发电机舱舱底设置有一浮筏减振系统，其特征在于：所述浮筏减振系统包括一安装平台支架，在安装平台支架上设置有一用于安置发电设备的板体，所述安装平台支架内设置有一用于支撑板体的将发电设备产生的激振力进行衰减与吸收的减振机构，该减振机构包括一具有封闭内腔的壳体，在封闭内腔中设置有一向上延伸并伸出壳体的缓冲杆体，所述壳体的顶部开设有一允许缓冲杆体伸出的调节孔，调节孔的孔径大于缓冲杆体的外径，在壳体的顶部围绕缓冲杆体周向设置有用于将调节孔密封的弹性密封膜，所述封闭内腔的底部设置有一与缓冲杆体的底端固定连接的水平板体，在水平板体与壳体底部之间安装有多组用于向缓冲杆体提供轴向弹性支撑力的弹簧体，在所述封闭内腔中，沿缓冲杆体的轴线方向在水平板体与壳体顶部之间依次设置有多个用于向缓冲杆体提供径向缓冲力的减振单元，以及与减振单元相连的用于控制减振单元减振程度大小的驱动装置，所述封闭内腔中加注有将减振单元全部浸没的高粘度液体，在壳体的顶部设置有用于检测缓冲杆体径向摇摆位移的检测元件，以及控制器，所述检测元件检测到缓冲杆体径向摇摆位移量的信号后发送至控制器，控制器接收信号后与预先设定的安全位移数据相比较，当超过安全位移数据的设定值时，发送用于驱动减振单元增大减振力的信号至驱动装置，当检测元件检测到缓冲杆体径向摇摆位移量小于设定值时，发送信号至控制器，控制器发送停止减振单元增大减振力的信号至驱动装置，所述减振单元包括固定于缓冲杆体外部的空心弹性球体，沿空心弹性球体的水平轴线方向，在空心弹性球体的外侧周向对称设置有四组用于通过高粘度液体向空心弹性球体施加径向缓冲力的弧形板，在各弧形板与空心弹性球体表面之间分别形成有缓冲间隙，所述各弧形板分别通过固定杆与壳体的内壁固定。

2.根据权利要求1所述的具有浮筏减振系统的科学考察船，其特征是：所述驱动装置包括沿缓冲杆体的轴线方向在缓冲杆体内部开设的输气腔，在缓冲杆体外壁上开设有多个与所述输气腔连通的用于向空心弹性球体内部充放气实现空心弹性球体体积大小变化的气孔，所述缓冲杆体的底部连接有与输气腔相连的用于向输气腔内充气放气的送气管路，在送气管路上设置有气体发生设备，所述控制器发送用于驱动减振单元增大或减小减振力的信号至气体发生设备。

3.根据权利要求1所述的具有浮筏减振系统的科学考察船，其特征是：在相邻的减振单元之间设置有与缓冲杆体固定连接的用于向缓冲杆体提供轴向辅助缓冲力的辅助板体，所述辅助板体与缓冲杆体的轴线垂直布置。

4.根据权利要求1所述的具有浮筏减振系统的科学考察船，其特征是：所述缓冲杆体的顶部设置有与板体相连的用于稳定支撑板体的支承板。

5.根据权利要求4所述的具有浮筏减振系统的科学考察船，其特征是：所述检测元件包括设于壳体顶部的位移传感器，在支承板的下底面设置有用于位移传感器识别缓冲杆体径向摇摆位移量的检测板。

6.根据权利要求1所述的具有浮筏减振系统的科学考察船，其特征是：所述壳体的上部侧壁上设置有与封闭内腔相连通的用于向封闭内腔中加注高粘度液体的注液管，在壳体的下部侧壁上设置有与封闭内腔相连通的用于将封闭内腔中高粘度液体进行排放更换的排液管。

7.根据权利要求1所述的具有浮筏减振系统的科学考察船，其特征是：所述弧形板与空心弹性球体表面的曲率半径相同。

8.根据权利要求4所述的具有浮筏减振系统的科学考察船，其特征是：所述安装平台支架包括与船舶发电机舱舱底固定连接的下部矩形框架及设于下部矩形框架上方的上部矩形框架，在下部矩形框架与上部矩形框架之间连接有多只用于支撑上部矩形框架的立柱，在上部矩形框架内的四个角处分别设置有用于辅助支撑板体的水平斜板，在水平斜板上开设有与所述支承板适配的安装孔，所述安装孔的孔径大于支承板，支承板的顶部伸出安装孔并高于水平斜板的上表面。

9.根据权利要求1所述的具有浮筏减振系统的科学考察船，其特征是：所述壳体的横截面为圆柱形或正方形。

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