CN112483598A - 燃气轮机发电机组大位移复合刚度圆锥柱混合型减振器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供燃气轮机发电机组大位移复合刚度圆锥柱混合型减振器，包括减振器上盖、主体橡胶、减振器底座，主体橡胶安装在减振器上盖和减振器底座之间，高度调节螺母的调节部分位于减振器上盖的中空部分之中，高度调节螺母的调节部分与减振器上盖内壁通过螺纹相配合，高度调节螺母的中部为通透的孔，孔中设置顶部中心螺杆，主体橡胶里设置底部螺杆，减振器上盖内部设置螺纹通孔柱，螺纹通孔柱连接顶部中心螺杆和底部螺杆，减振器底座的中空部分安装密封板。本发明既能实现燃气轮机发电机组在正常工作状态下满足支撑共用底架及减振的要求，又能保护燃气轮机发电机组在高低温及盐雾环境中依然能够正常运转。

Description

燃气轮机发电机组大位移复合刚度圆锥柱混合型减振器

技术领域

本发明涉及的是一种船用燃气轮机发电机组，具体地说是船用燃气轮机发电机组减振装置。

背景技术

近年来燃气轮机发电机组作为船舶综合电力推进系统应用的趋势愈加紧迫。

燃气轮机发电机组应用在大型水面船舶综合电力系统中，用于产生电能，为全船设备提供能量和动力，是船舶综合电力系统的主要能量源。燃发机组隔离系统抗冲击性能直接关系到燃气轮机机组在船上使用的安全性，是燃发机组设计中的关键技术之一。

与推进型燃气轮机装置隔离系统不同，燃发机组采用共用底架的隔离系统承载更重，冲击输入经过燃发机组隔离系统的隔离之后，机组需要承受很大的冲击位移。隔离系统减振器在实现减振功能的同时还要求良好的抗冲击性能，以有效地保护燃发机组。

燃气轮机发电机组大位移复合刚度抗冲击减振器既要求燃气轮机发电机组在正常工作状态下满足支撑共用底架及减振的要求，又要在水下冲击条件下满足衰减冲击响应的防护要求，保护燃气轮机发电机组在高低温及盐雾环境中依然能够正常运转。

发明内容

本发明的目的在于提供用来实现燃气轮机发电机组在正常工作状态下满足支撑共用底架及减振的要求，保护燃气轮机发电机组在高低温及盐雾环境中依然能够正常运转的燃气轮机发电机组大位移复合刚度圆锥柱混合型减振器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明燃气轮机发电机组大位移复合刚度圆锥柱混合型减振器，其特征是：包括减振器上盖、主体橡胶、减振器底座，主体橡胶安装在减振器上盖和减振器底座之间，减振器上盖、主体橡胶、减振器底座均为中空结构，高度调节螺母的调节部分位于减振器上盖的中空部分之中，高度调节螺母的调节部分与减振器上盖内壁通过螺纹相配合，高度调节螺母的中部为通透的孔，孔中设置顶部中心螺杆，主体橡胶里设置底部螺杆，减振器上盖内部设置螺纹通孔柱，螺纹通孔柱连接顶部中心螺杆和底部螺杆，减振器底座的中空部分安装密封板。

本发明还可以包括：

1、密封板与减振器底座之间形成内腔，内腔中贴着主体橡胶和减振器底座内壁设置侧部调节块，侧部调节块内部设置底部抗压橡胶垫，底部抗压橡胶垫与密封板之间设置底部缓冲金属钢丝网和碟形弹簧。

2、底部抗压橡胶垫、底部缓冲金属钢丝网和碟形弹簧的刚度均高于主体橡胶。

3、减振器上盖的上部为圆柱型结构，内部为横、纵向非对称方形结构，相对于纵向，横向的方形金属尺寸更大，橡胶含量更小。

4、减振器底座的下部为法兰板，上部为非对称的圆柱形金属环壁，相对于纵向，横向的金属环壁尺寸高，从而增加与橡胶的接触面积。

5、所述主体橡胶为圆锥柱混合型，主体橡胶的上部外壁为圆锥形，内壁形状与减振器上盖形状相适应，主体橡胶的下部外壁为圆柱形。

6、主体橡胶上部外壁的圆锥形倾斜角为62°±1°。

本发明的优势在于：针对燃气轮机发电机组大位移复合刚度抗冲击减振器，用来实现燃气轮机发电机组在正常工作状态下满足支撑共用底架及减振的要求，又要在水下冲击条件下满足衰减冲击响应的防护要求，保护燃气轮机发电机组在高低温及盐雾环境中依然能够正常运转。对金属结构部件的调整设计仍力求遵守原模块化原则，以适应研制过程中及列装可能再优化改动。

设计圆锥柱混合型非对阵橡胶主体与减振器上盖和下底座采用整体硫化在一起。基于隔振及冲击指标后，要求减振器橡胶主体在垂向、横向、纵向三向达到大刚度和大位移，主体橡胶的刚度应保证较长的线性段。圆锥型倾斜角度按62°设计，控制减振器垂横刚度比值。设计内部圆腔，分别使上盖阶梯孔柱中顶部螺杆和底部螺杆穿过，保证垂向刚度。

该新型减振器在垂向、横向及纵向不同冲击载荷条件下，橡胶结构拉伸强度能提供足够的变形空间，其他复合弹性阻尼元件逐级起作用。整体采用圆锥柱混合型结构，内部采用横、纵向非对称结构，以满足燃气轮机发电机组垂向、横、纵向不同的冲击特性。在满足环境要求的原则前提下，在设计上由于产品本身的尺寸-数量-内部空间受限制，主体橡胶材料性能指数首先要顾及限制在隔振和抗冲的区域之内，根据冲击加速度响应和位移的要求，分别调整底部内腔中弹性元件的数量和种类来实现不同的垂向冲击刚度和位移范围。

附图说明

图1a为燃气轮机发电机组减振器布置图，图1b为燃气轮机发电机组减振器俯视图；

图2本发明的减振器中横剖面图；

图3本发明的减振器中纵剖面图；

图4为减振器俯视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-4，本发明提供的燃气轮机装置减振器为了满足三个方向的不同冲击载荷及大位移指标，整体采用圆锥柱混合型结构，内部采用横、纵向非对称结构，以满足燃气轮机发电机组垂向、横、纵向不同的冲击特性。包括：便于燃气轮机发电机组公共底架安装的高度调节螺母4、用于承受拉伸载荷与公共底架连接的减振器圆锥柱混合型非对称上盖金属板1、与船体基座连接的减振器圆锥柱混合型非对称底座金属板2、起到支撑大负载、吸收振动及冲击能量的圆锥柱混合型抗拉伸大位移圆锥柱混合型橡胶主体3、承受垂向冲击拉伸冲击强度的顶部中心螺杆8、调节底部内腔空间的垂向底部螺杆5、吸收冲击能量的调节横、总向刚度和空间的侧部橡胶、尼龙、钢丝网等调节块6；底部内腔可根据垂向冲击刚度和限位位移，填充承受垂向冲击压缩载荷的碟型弹簧10、底部抗压橡胶垫9、底部缓冲金属钢丝网圆垫11等弹性元件。对弹性元件的调整设计仍力求遵守原模块化原则，以适应研制过程中及列装可能再优化改动。

高度调节螺母4通过螺纹与减振器上盖1连接，通过转动来调节减振器上安装面的高度，混合燃气轮机发电机组各个支撑位置的负载质量及安装倾斜角度、安装于传动齿轮箱轴系的对中的要求。按照减振器刚度排列，压缩量布置减振器的安装位置。高度调节螺母4采用六角形，便于使用扳手卡夹。上下调节范围为正负5mm，待高度调节好后，用侧部的止动螺钉13固定锁紧。在燃气轮机发电机组安装状态下，减振器在负载作用下处于压紧状态，可通过调整高度调节螺母4来控制减振器压缩量，控制左右两侧压缩量差值范围。在个别减振器需要更换维修时，可以向下旋转调节高度将其取出，从而不影响其他减振器。

减振器上盖1金属板，上部为圆柱型结构，内部为横、纵向非对称方形结构，以满足燃气轮机发电机组垂向、横、纵向不同的冲击特性。在在刚度要求较大的横向，方形金属尺寸大，橡胶含量较小；在在刚度要求相对较小的纵向，方形金属尺寸下，橡胶含量较多。中线位置为贯通的阶梯式圆柱型螺纹孔，上部与高度调节螺母相连，螺纹长度需要满足高度调节的范围。下部与顶部螺杆8和底部螺杆5连接，通过螺杆传递冲击垂向载荷。底部螺杆5下部内腔中分别布置有吸收冲击能量的侧部橡胶缓冲块6，可以布置承受垂向冲击压缩载荷的碟型弹簧10、底部抗压橡胶垫9、底部缓冲金属钢丝网垫11等弹性元件。

减振器底座2金属板，下部为方形法兰板，与船体基座面板通过连接螺栓连接。上部为非对称的圆柱型金属环壁，在刚度要求较大的横向，金属环壁尺寸高，增加金属与橡胶的接触面积。在刚度要求相对较小的纵向，金属环壁尺寸低，使主体橡胶为纵向的主要的承力构件。中线位置为贯通的圆柱孔，形成减振器的内部内腔。在内腔中包含碟型弹簧10、底部抗压橡胶垫9、底部缓冲金属钢丝网垫11等弹性元件。

采用圆锥柱混合型非对阵橡胶主体3与减振器上盖1和下底座2采用整体硫化在一起。基于隔振及冲击指标后，要求减振器橡胶主体3在垂向、横向、纵向三向达到大刚度和大位移，主体橡胶3的刚度应保证较长的线性段。在确保机组隔振要求的前提下，同时均衡机组三向冲击响应和冲击位移以达到其系统设计指标；在结构设计和部件性能方面，实现一定程度上的可调可控性。主体橡胶3材料性能参数首先要顾及限制在隔振和抗冲的性能要求区域之内，然后调整其他关键抗冲击元件的刚性和阻尼性能，以达到限制机组三向冲击响应和冲击位移这两个矛盾的指标。在产品设计空间及构型已经确定的前提下，基于助剂品种对原胶-补强填充体系-增塑及弹性体系进行计算模拟及试片炼制，提高胶料极性和硫化前混炼胶体分子间作用力阙值，使硫化胶阻尼峰向高温方向移动且峰值增大；确保橡胶在较低的硬度情况下，还具备针对减振抗冲产品需均衡各项物理机械性能。通过静态刚度试验机确定产品的刚度性能及稳定配方及工艺参数。橡胶主体3上圆锥型倾斜角度按62°设计，控制减振器垂横刚度比值。橡胶主体3内部与上盖、下盖金属板硫化接触，各方向接触面积及含胶量控制横纵向刚度；设计内部圆腔，分别使上盖阶梯孔柱中顶部螺杆8和底部螺杆5穿过，保证垂向刚度。硫化设计方面按橡胶设计流程对硫化曲线完成计算，硫化工艺参数利用橡胶硫化性能分析仪的分析结果最终确定。

顶部中心螺杆8与底部螺杆5与弹性元件的接触面积应做够大，以增加减振器的垂向、横向、纵向冲击刚度。顶部中心螺杆8与底部螺杆5通过螺纹与金属上盖1连为一体。底部螺杆5与橡胶缓冲块6、碟型弹簧10、底部抗压橡胶垫9、底部缓冲金属钢丝网垫11等相接触，随着冲击位移的增大，橡胶元件9、碟型弹簧10、缓冲垫等弹性元件11分阶段逐步作用。实现减振器产品本身非线性的阶梯性-突跃性复合刚度和复合阻尼特性。根据冲击加速度响应和位移的要求，分别调整底部内腔中弹性元件的数量和种类来实现不同的垂向冲击刚度和位移范围。

辅助抗冲击部件的侧部调节块6、底部抗压橡胶垫9、底部缓冲圆垫弹性元件11，分别设计橡胶、钢丝网、尼龙等不同刚度材质，刚度均高于主体橡胶3。重点考虑其冲击阻尼系数，强度及回弹性机械性能指标。

碟型弹簧，采用环形凹型结构，厚度越大，刚度越大。当垂向冲击变形时，受到挤压趋于扁平，提够非线性的刚度回复力，作为增加垂向刚度，限制垂向变形的弹性元件。可布置于底部螺杆头部的上下两端。布置在上部的起到限制减振器拉伸位移作用，布置在下部的起到限制减振器压缩位移作用。

金属钢丝网垫只限于调整冲击响应和冲击位移的抗冲击功能，金属金属钢丝网元件采用细金属丝经缠绕、拉伸、铺放及模压等一系列复杂的工艺制作而成，当受到载荷作用产生变形时，微观上表现为细金属丝勾链结构之间的滑移、摩擦、挤压、变形，可以耗散大量的振动能量。使有限接触面积的金属钢丝网具备大刚度，损耗因子达到0.2以上。冲压成型后变形和冲击谱输入条件下单次冲击产生的蠕变永久变形皆<0.5mm。调整有效密度、热处理、缠绕节点和速率，对冷冲模具采取卡簧限位来控制蠕变释放。通过合理设计金属丝直径、毛坯缠绕方式、冲压成型等工艺参数，具有优良孔隙连通特性，弹性多孔状金属橡胶材料，其孔隙度高达90％。设计不同的刚度的金属钢丝网部件，以供实际减振器冲击性能调整。

图1是燃气轮机发电机组大位移复合刚度抗冲击减振器布置图。减振器配合限位器构成燃气轮机发电机组减振抗冲击隔离系统。燃气轮机和发电机共用底架，减振器上部与共用底架相连，减振器下部与船体机组面板相连。结合燃气轮机发电机组各个支撑位置的负载质量及安装倾斜角度、安装于传动齿轮箱轴系的对中的要求，按照减振器刚度、压缩量布置排列减振器的安装位置。在燃气轮机发电机组安装状态下，减振器在负载作用下处于压紧状态，可通过调整高度调节螺母4来控制减振器压缩量，控制左右两侧压缩量差值范围。在个别减振器需要更换维修时，可以向下旋转调节高度将其取出，从而不影响其他减振器。

图2、图3是本发明燃气轮机发电机组大位移复合刚度抗冲击减振器中横剖面图、中纵剖面图。结合图2、图3，本发明减振器上盖1、减振器底座2、减振器上盖1和底座2之间整体硫化的锥柱型主体橡胶3，以上组成了减振器的圆型锥柱结合外部结构特征。

处于减振器上盖1的六角形高度调节螺母4上端面为燃气轮机发电机组共用底架的安装面，通过转动来调整燃气轮机发电机组共用底架安装板14与船体基座面板的总高度。

在高度调节螺母4侧部设置止动螺钉13来锁定安装高度。高度调节螺母4设置一个安装孔，减振器底座2设置四个底部安装孔15。顶部安装螺杆8依次穿过燃气轮机发电机组底架安装孔、弹簧垫片、平垫片、调节螺母，连接减振器上盖1和燃气轮机发电机组共用底架，传递振动及冲击载荷，是主要的垂向承力结构。

结合图2、图3，本发明还包括其他不同于通用减振器设计的结构，减振器内部采用横、纵向非对称结构，有利于垂向、横向、纵向不同冲击刚度的设计。位于减振器上盖的内部螺纹通孔柱，连接顶部安装螺杆8及底部螺杆5。

减振器底座内部的底部侧部调节块6、主要用来减振器处于垂向压缩状态时，吸收和缓冲减振器的横、纵向冲击载荷，避免燃气轮机横、纵向冲击位移响应过大引起损坏。

内部中心螺杆5将减振器上部传递的冲击压缩载荷传递到减振器内腔垂向抗冲击部件，是主要的承受冲击压缩载荷的部件，在冲击过程前期起到吸收损耗横纵向冲击能量的作用。

结合图2，减振器内部包含内腔，垂向抗冲击部件放置在侧部调节块隔离块6环内，包括底部抗压橡胶垫9、碟形弹簧10、底部缓冲金属钢丝网垫11。圆孔内放置两片碟形弹簧10，可以通过调整垂向抗冲击部件厚度、数量、硬度等来实现一定程度上的模块化和可调可控性。各个垂向抗冲击部件逐步压缩变形，辅助抗冲击部件具有逐级多层次复合弹性与阻尼特性。

底部密封板7将底部抗压橡胶垫9、碟形弹簧10、底部缓冲金属钢丝网垫11封发侧部调节块隔离块环内。密封板7通过底部安装螺钉12与减振器底座2连接固定。密封板7对内部垂向抗冲击部件起到支撑作用。

结合图2、图3、图4，采用整体硫化工艺的减振器橡胶主体3，为了兼顾垂向、横向、纵向的冲击特性及位移要求，减振器内部及底部的非对称金属结构，增大了橡胶弹性力接触面积以及垂向、横向、纵向刚度比值。基于隔振及冲击指标后，要求减振器橡胶主体在垂向、横向、纵向三向达到大刚度和大位移，主体橡胶的刚度应保证较长的线性段，主体橡胶圆锥部分角度为62°。在产品设计空间及构型已经确定的前提下，对原胶-补强填充体系-增塑及弹性体系进行计算模拟。提高胶料极性和硫化前混炼胶体分子间作用力阙值，使硫化胶阻尼峰向高温方向移动且峰值增大。确保橡胶在较低的硬度情况下，还具备针对减振抗冲产品需均衡各项物理机械性能。

Claims (7)

1.燃气轮机发电机组大位移复合刚度圆锥柱混合型减振器，其特征是：包括减振器上盖、主体橡胶、减振器底座，主体橡胶安装在减振器上盖和减振器底座之间，减振器上盖、主体橡胶、减振器底座均为中空结构，高度调节螺母的调节部分位于减振器上盖的中空部分之中，高度调节螺母的调节部分与减振器上盖内壁通过螺纹相配合，高度调节螺母的中部为通透的孔，孔中设置顶部中心螺杆，主体橡胶里设置底部螺杆，减振器上盖内部设置螺纹通孔柱，螺纹通孔柱连接顶部中心螺杆和底部螺杆，减振器底座的中空部分安装密封板。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机发电机组大位移复合刚度圆锥柱混合型减振器，其特征是：密封板与减振器底座之间形成内腔，内腔中贴着主体橡胶和减振器底座内壁设置侧部调节块，侧部调节块内部设置底部抗压橡胶垫，底部抗压橡胶垫与密封板之间设置底部缓冲金属钢丝网和碟形弹簧。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机发电机组大位移复合刚度圆锥柱混合型减振器，其特征是：底部抗压橡胶垫、底部缓冲金属钢丝网和碟形弹簧的刚度均高于主体橡胶。

4.根据权利要求1-3任一所述的燃气轮机发电机组大位移复合刚度圆锥柱混合型减振器，其特征是：减振器上盖的上部为圆柱型结构，内部为横、纵向非对称方形结构，相对于纵向，横向的方形金属尺寸更大，橡胶含量更小。

5.根据权利要求1-3任一所述的燃气轮机发电机组大位移复合刚度圆锥柱混合型减振器，其特征是：减振器底座的下部为法兰板，上部为非对称的圆柱形金属环壁，相对于纵向，横向的金属环壁尺寸高，从而增加与橡胶的接触面积。

6.根据权利要求1-3任一所述的燃气轮机发电机组大位移复合刚度圆锥柱混合型减振器，其特征是：所述主体橡胶为圆锥柱混合型，主体橡胶的上部外壁为圆锥形，内壁形状与减振器上盖形状相适应，主体橡胶的下部外壁为圆柱形。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机发电机组大位移复合刚度圆锥柱混合型减振器，其特征是：主体橡胶上部外壁的圆锥形倾斜角为62°±1°。

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