CN115303463A - 一种船舶艉轴架分布式主动吸振装置 - Google Patents

一种船舶艉轴架分布式主动吸振装置 Download PDF

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彭伟才
刘彦
周李姜
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Abstract

本发明公开了一种船舶艉轴架分布式主动吸振装置，包括船体，在船体左右舷对称设有推进轴系和艉轴架，推进轴系的前半段设在船体的艉部的下部内侧，推进轴系的后半段通过艉轴架设在船体艉部的上部底端，在甲板上设有两组吸振机构，吸振机构包括若干个电磁作动器，电磁作动器之间独立工作；电磁作动器分为两组布设在两侧艉轴架上方的甲板上，电磁作动器通过产生垂向控制力来抑制推进轴系产生的横向振动。电磁作动器之间独立、且同步工作，同时抑制艉轴架横向低频振动线谱和螺旋桨表面力产生的宽带谱，以降低船体水下低频振动声辐射。

Description

一种船舶艉轴架分布式主动吸振装置
技术领域
本发明涉及船舶减振降噪技术领域，具体涉及一种船舶艉轴架分布式主动吸振装置。
背景技术
随着现代船舶向大型化发展，一方面主机功率提高，使得推进轴系传递的扭矩和推力提升，导致螺旋桨激励力大大增加；另一方面推进轴系长、跨度大，导致轴系横向振动固有频率下降，使得螺旋桨叶频有可能接近横向振动的共振转速区间，推进轴系横向振动通过多支承传递至船体并诱导其产生的低频声辐射，已经上升到不容小觑的程度。
推进轴系中轴承刚性安装于船体，与转动有关的激励源对艉部船体结构直接或间接地施加持续激励，导致推进轴与船体结构形成强耦合振动，通过直接激励和多轴耦合振动形成强烈的线谱激励，使船体具有明显的低频振动和声辐射特征。螺旋桨横向激励力主要通过艉后轴承向船体传递，同时水润滑轴承在低速运行时由于润滑不良可能导致轴系自激振动。由于空间及环境限制，考虑轴系安全性及对中等因素，且艉轴架刚度远小于船体基座，因而艉轴承横向振动难以进行隔振设计，一般采用主动吸振的方法进行控制。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种船舶艉轴架分布式主动吸振装置，有效阻止连接处低频振动由内向外扩散。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种船舶艉轴架分布式主动吸振装置，包括船体，在船体左右舷对称设有推进轴系和艉轴架，推进轴系的前半段设在船体的艉部的下部，推进轴系的后半段通过艉轴架设在船体艉部的上部底端，在甲板上设有两组吸振机构，吸振机构包括若干个电磁作动器，电磁作动器之间独立工作；电磁作动器分为两组布设在两侧艉轴架上方的甲板上，电磁作动器通过产生垂向控制力来抑制推进轴系产生的横向振动。
按上述技术方案，吸振机构还包括加速度传感器、功率放大器和控制系统，加速传感器的数量与电磁作动器的数量一致，加速度传感器设在电磁作动器与甲板支架之间，控制系统与加速度传感器和功率放大器均电性相连，功率放大器和电磁作动器之间电性相连；控制系统通过加速度传感器的实时测量结果控制功率放大器，从而控制电磁作动器产生控制力。
按上述技术方案，每组吸振机构至少设有四个电磁作动器，电磁作动器的中心等间隔分布在一个圆的圆周轨迹上，圆周的圆心的投影落在艉轴架对称线上。
按上述技术方案，每组吸振机构设有八个电磁作动器，八个电磁作动器的中心等间隔分布在一个圆的圆周轨迹上，其中两相对布设的电磁作动器的中心的投影落在推进轴系的轴线上。
按上述技术方案，电磁作动器边缘位置所在的圆的直径是艉轴架宽度的1～3倍。
按上述技术方案，电磁作动器边缘位置所在的圆的直径采用2倍艉轴架宽度，电磁作动器采用惯性式电磁作动器。
按上述技术方案，电磁作动器与艉轴承设在船体上的基座采用一体化设计。
按上述技术方案，推进轴系包括轴和螺旋桨，螺旋桨设在轴的尾部，轴尾部的后半段通过尾轴承设在艉轴架上，轴的前半段通过尾轴管轴承在船体艉部的下部上。
本发明具有以下有益效果：
1、将若干个电磁作动器分为两组，对称布置在船体两舷上；单组电磁作动器布设在一个圆周轨迹上，且电磁作动器以包围方式分布在艉轴架与船体连接处的周围；电磁作动器之间独立、且同步工作，同时抑制艉轴架横向低频振动线谱和螺旋桨表面力产生的宽带谱，以降低船体水下低频振动声辐射。
2、分布式主动吸振装置与艉轴承基座一体化设计，结构紧凑，安装简单，且具有响应速度快、推力均匀、运动平稳、工作可靠等优点。
附图说明
图1是本发明提供实施例的正视图；
图2是本发明提供实施例的侧视图；
图3是本发明提供实施例的俯视图；
图4是本发明提供实施例的控制系统图；
图中，1、船体；1-1、艉部的下部；1-2、艉部的上部；2、推进轴系；2-1、轴；2-2、螺旋桨；3、艉轴架；4、电磁作动器；5、加速度传感器；6、功率放大器；7、控制系统；8、尾轴承；9、尾轴管轴承。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图4所示，本发明提供的一种船舶艉轴架分布式主动吸振装置，包括船体1，在船体左右舷对称设有推进轴系2和艉轴架3，推进轴系的前半段设在船体的艉部的下部1-1内侧，推进轴系的后半段通过艉轴架设在船体艉部的上部1-2的底端。在甲板上设有两组吸振机构，吸振机构包括若干个电磁作动器4，每个均可提供垂向控制力，电磁作动器之间独立工作，抑制对应的加速度传感器位置处的振动。电磁作动器分为两组布设在两侧艉轴架上方的甲板上，电磁作动器通过产生垂向控制力来抑制推进轴系产生的横向振动。
在一些实施例中，吸振机构还包括加速度传感器5、功率放大器6和控制系统7，加速传感器的数量与电磁作动器的数量一致，加速度传感器设在电磁作动器与甲板支架之间；加速度传感器用于测量艉轴架与艉部船体连接处的振动响应并实时反馈给控制系统。控制系统与加速度传感器和功率放大器均电性相连，功率放大器和电磁作动器之间电性相连；控制系统通过加速度传感器的实时测量结果控制功率放大器，从而控制电磁作动器产生控制力。加速度传感器将测量信息实时反馈至控制系统，控制系统产生控制信号并输出至加速度传感器所在位置的电磁作动器对应的功率放大器，以分别驱动电磁作动器产生控制力，从而减少螺旋桨横向激励引起的轴系振动经艉轴承、艉轴架向船体的传递。
在上述的一些实施例中，每组吸振机构至少设有四个电磁作动器，其数量可以根据作动器体积、重量及吸振效果而定。电磁作动器的中心等间隔分布在一个圆的圆周轨迹上，圆周的圆心的投影落在艉轴架对称线上。
在上述的一些实施例中，每组吸振机构设有八个电磁作动器，八个电磁作动器的中心等间隔分布在一个圆的圆周轨迹上，其中两相对布设的电磁作动器的中心的投影落在推进轴系的轴线上。
在上述的一些实施例中，电磁作动器边缘位置所在的圆的直径是艉轴架宽度的1～3倍，比如1.2,1.5,2.4等等。
在上述的一些实施例中，电磁作动器边缘位置所在的圆的直径采用2倍艉轴架宽度，电磁作动器采用惯性式电磁作动器，相比于其他主动元件，具有响应速度快、推力均匀、运动平稳、工作可靠等优点，可有效抑制轴系横向振动传递。
在上述的一些实施例中，电磁作动器与艉轴承设在船体上的基座采用一体化设计；分布式主动吸振装置与艉轴承基座一体化设计，结构紧凑，安装简单，且具有响应速度快、推力均匀、运动平稳、工作可靠等优点。电磁作动器是本发明的核心部件，对吸振效果起到至关重要的作用，其作用力越大吸振效果越好，但受限空间布置及重量要求，其设计则需要尽量结构紧凑、质量小而输出力较大，性能可靠等要求。因而在电磁作动器设计过程中，应该注重艉轴架基座和电磁作动器的一体化设计，尽量减小作动器的安装对原艉轴架基座产生的不利影响，且吸振效果优良。
在上述的一些实施例中，推进轴系包括轴2-1和螺旋桨2-2，螺旋桨设在轴的尾部，轴尾部的后半段通过尾轴承8设在艉轴架上，轴的前半段通过尾轴管轴承9在船体艉部的下部上。
本发明的工作原理：
本发明包含多个电磁作动器，呈圆形均匀分布在艉轴架基座与船体连接处，圆形直径为艉轴架宽度2倍，每个电磁作动器均可提供作用力，对称布置在船体两舷，阻止连接处低频振动由内向外扩散。加速度传感器与作电磁动器配位布置，全部作动器同步工作，根据加速传感器信号和自适应控制算法自动调节电磁作动器的控制力，可有效抑制艉轴架横向低频振动线谱和螺旋桨表面力产生的宽带谱。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种船舶艉轴架分布式主动吸振装置，包括船体，在船体左右舷对称设有推进轴系和艉轴架，推进轴系的前半段设在船体的艉部的下部内侧，推进轴系的后半段通过艉轴架设在船体艉部的上部底端，其特征在于：在甲板上设有两组吸振机构，吸振机构包括若干个电磁作动器，电磁作动器之间独立工作；电磁作动器分为两组布设在两侧艉轴架上方的甲板上，电磁作动器通过产生垂向控制力来抑制推进轴系产生的横向振动。
2.根据权利要求1所述的船舶艉轴架分布式主动吸振装置，其特征在于：吸振机构还包括加速度传感器、功率放大器和控制系统，加速传感器的数量与电磁作动器的数量一致，加速度传感器设在电磁作动器与甲板支架之间；控制系统与加速度传感器和功率放大器均电性相连，功率放大器和电磁作动器之间电性相连；控制系统通过加速度传感器的实时测量结果控制功率放大器，从而控制电磁作动器产生控制力。
3.根据权利要求1或2所述的船舶艉轴架分布式主动吸振装置，其特征在于：每组吸振机构至少设有四个电磁作动器，电磁作动器的中心等间隔分布在一个圆的圆周轨迹上，圆周的圆心的投影落在艉轴架对称线上。
4.根据权利要求3所述的船舶艉轴架分布式主动吸振装置，其特征在于：每组吸振机构设有八个电磁作动器，八个电磁作动器的中心等间隔分布在一个圆的圆周轨迹上，其中两相对布设的电磁作动器的中心的投影落在推进轴系的轴线上。
5.根据权利要求3所述的船舶艉轴架分布式主动吸振装置，其特征在于：电磁作动器边缘位置所在的圆的直径是艉轴架宽度的1～3倍。
6.根据权利要求5所述的船舶艉轴架分布式主动吸振装置，其特征在于：电磁作动器边缘位置所在的圆的直径采用2倍艉轴架宽度，电磁作动器采用惯性式电磁作动器。
7.根据权利要求3所述的船舶艉轴架分布式主动吸振装置，其特征在于：电磁作动器与艉轴承设在船体上的基座采用一体化设计。
8.根据权利要求1所述的船舶艉轴架分布式主动吸振装置，其特征在于：推进轴系包括轴和螺旋桨，螺旋桨设在轴的尾部，轴尾部的后半段通过尾轴承设在艉轴架上，轴的前半段通过尾轴管轴承在船体艉部的下部上。
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