CN115476961A - 一种用于船体高效减振的阻抗均匀化基座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶减振降噪技术领域，具体涉及一种用于船体高效减振的阻抗均匀化基座。该基座包括基座面板、减振液囊、与船体结构相连的连接框架等。连接框架包括肘板、腹板和顶板。肘板垂直布置在船体结构与顶板之间，肘板的尾端与船体结构相连，肘板首端与顶板相连，相邻的肘板之间通过腹板相连。顶板上方布置有隔振器与减振液囊，顶板通过减振液囊与面板底部相连，面板顶部与隔振器伸缩端与浮筏底部相连，船用设备安装于浮筏上方。减振液囊的囊体内部具有若干个容纳液体的缓冲腔，同时位于顶板上的多个减振液囊排布形成减振液层结构。该阻抗均匀化基座可有效提高船用设备基座的减振能力，降低船舶机械噪声。

Description

一种用于船体高效减振的阻抗均匀化基座

技术领域

本发明涉及船舶减振降噪技术领域，具体涉及一种用于船舶减振降噪的阻抗均匀化基座。

背景技术

船体结构的振动会对船舶的安全性、经济性、舒适性产生影响，而船舶内机械设备工作时产生的宽频激励将不可避免地引起船体结构的振动，并以弹性波的形式，经由基座、甲板等结构向外传递，对结构的稳定性、可靠性和舱室噪声水平产生影响。

设备基座作为影响机械设备与船体结构间振动能量传递的首要环节，其阻抗特性直接反映了其对设备振动的阻隔能力。对于部分船舶机械设备而言，由于其工作特性，将不可避免地对其承载结构产生不平衡激扰力，使得船舶整体振动水平提升，而设备振动激励又将通过小面积的集中载荷形式作用在基座结构上，如此一来，加剧了结构的振动响应。因此，为了降低船体结构的振动，需要进一步优化舰船上传统动力设备的基座结构。

经检索，例如，中国专利文献CN215720475U中公开了一种基于三自由度摆式主动隔振基座。该隔振基座包括顶板、支撑腔体、空气弹簧、活塞、柔性摆杆和数字控制器。该隔振基座采用三个对称的柔性摆杆将基座顶板与空气弹簧的活塞连接，柔性摆杆能在垂直于杆的各个方向产生弯曲变形，能实现水平向两个自由度的隔振，然后通过音圈电机保持垂直向自由度的隔振，从而保持整个系统的位置稳定和定位精确。然而，该主动隔振基座与船体结构上的被动隔振基座的隔振原理不同，难以适用于于船用大型设备。

又如，中国专利文献CN107215446A中公开了一种船用阻抗可变基座结构。该基座结构包括由垂直连接的固定腹板和设备公共安装面板、均匀设置在固定腹板和公共安装面板之间的固定支撑肘板组成的基座结构主体。在相邻两个固定支撑肘板之间的固定腹板上以及设备公共安装面板上分别设置有方向一槽道。两个相互垂直的槽道中设置有可调节肘板。固定腹板外端面设置有可拆卸的活动腹板。设备公共安装面板上设置有可拆卸的活动面板。该基座结构具有结构简单、安装方便、阻抗调节灵活、应用范围广等优点，能够有效抑制设备传递下来的振动、提高舰船的舒适性。然而，该基座结构调节过程复杂且经济性较差，难以在船用大型设备中普遍使用。

综上所述，在船体结构实施减振优化的过程中，如何设计一种减振装置，用以提高船用设备基座的减振能力，使得基座的阻抗趋于均匀化，进而提高舰船的舒适性，就成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于，为船体结构实施减振优化的过程中，提供一种减振装置，用以提高船用设备基座的减振能力，使得基座的阻抗趋于均匀化，进而提高舰船的舒适性。

为实现上述目的，本发明采用如下方案：提出一种用于船舶高效减振的阻抗均匀化基座，包括面板、减振液囊，以及与船体结构相连的连接框架；

所述连接框架包括肘板、腹板和顶板，所述肘板竖立在船体结构上，所述肘板的尾端与船体结构相连，所述顶板与肘板的首端相连，相邻的肘板之间通过腹板相连；

所述面板位于顶板的上方，所述面板通过减振液囊与顶板相连，所述面板的顶部具有与浮筏相连的支撑端面；

所述减振液囊与顶板和面板相连，所述减振液囊的内部具有若干个容纳液体的缓冲腔，位于顶板上的多个减振液囊排布形成隔振液层结构。

作为优选，减振液囊上的面板呈多块板状结构，相邻板状结构之间具有间隙。如此设置，面板呈现不连续板状结构，便于合理地对基座面板进行离散化，有利于对面板响应面内的弹性波进行有效隔断与控制，进而有效提高基座的减隔振性能。

作为优选，板状结构之间通过铰链相连。如此设置，铰链用于进一步吸收板状结构之间的弹性能量，进而进一步提高了基座的减隔振性能。

作为优选，相邻减振液囊之间具有隔振通道，隔振通道内设置有隔振器，隔振器的固定端与连接框架相连，隔振器的伸缩端具有与船用设备相连的缓冲端面。如此设置，隔振器一方面用于辅助减振液囊对船用设备起到减振作用，使得整个基座的阻抗进一步趋于均匀化；另一方面隔振器用于支撑船用设备的主要重量，进而减小了减振液囊的承重载荷，从而提升了减振液囊的使用寿命。

作为优选，面板与船用设备之间设置有浮筏机构，浮筏机构的底部与面板相连，浮筏机构的顶部与船用设备相连。如此设置，浮筏机构用于进一步提升基座的减隔振性能，例如，浮筏机构降低了船舶动力系统中机组激励源传递至设备外壳上的机器振动，提高了工作时稳定性，延长了仪器设备使用寿命。

作为优选，隔振器为活塞式分子弹簧隔振器。如此设置，活塞式分子弹簧隔振器利用水和多孔疏水材料组成分子弹簧混合介质，对分子弹簧混合介质施加压力时，水分子会进入多孔疏水材料的疏水纳米微孔，当压力卸载时，水分子则从微孔中逸出，实现能量储存和释放，从而消除振动，进而进一步提升了基座的减隔振性能。

作为优选，浮筏机构包括浮动阀体，浮动阀体的一端与船用设备相连，浮动阀体的另一端与面板相连。

作为优选，肘板通过紧固件与船体结构相连，顶板和腹板分别与肘板相焊接。如此设置，便于肘板与船体结构的装配，进一步增强了连接框架之间的连接强度，提升了基座的刚度。

本发明提供的一种用于船体高效减振的阻抗均匀化基座的工作原理如下：减振液层结构(减振液囊)的存在将使得基座面板各位置处的输入阻抗趋于均匀，避免了基座面板下结构加强引起的输入阻抗计算的较大差异，使基座的阻抗离散系数曲线保持在较低水平，有效降低设备激励力下的振动响应。同时，基座阻抗的均匀程度的提高将减弱基座结构因受到的不平衡激扰力和力矩作用而产生的振动加剧，并实现激励由集中点载荷向面载荷的转变，进而提升系统的减隔振能力。

由于液体介质中不存在切变弹性，横波无法在液体介质内传播，当设备运作引起的振动能量以波的方式向船体结构传递时，传递路径内出现介质的突变，使得结构之间的阻抗发生失配，并发生强制波型转换，此时设备引起的一部分振动能量将被限制在减振液层以上，振动弹性波无法继续向下层结构中传递，从而对振动波起到很好的隔离作用，提升基座减振性能。

不连续基座面板在设备重力作用下将于减振液囊紧密接触，此时囊内液体将作为液体负载影响基座面板的振动，部分振动能量将通过与其接触的流体介质以波的形式耗散，当流体阻抗表现出纯抗性时，流体介质的作用将提供惯性力，对低频振动能量进行有效控制。不连续基座面板是合理地对基座面板进行离散化，可以对面板响应面内的弹性波进行有效隔断与控制，进而有效提高基座的减隔振水平。

本发明提供的一种用于船体高效减振的阻抗均匀化基座与现有技术相比，具有如下突出的实质性特点和显著进步：

1、该用于船体高效减振的阻抗均匀化基座通过在面板与连接框架之间设置减振液囊，利用减振液囊在船体结构与船用设备之间形成减振液层结构，囊内液体将作为液体负载影响基座面板的振动，部分振动能量将通过与其接触的流体介质以波的形式耗散，当流体阻抗表现出纯抗性时，流体介质的作用将提供惯性力，对低频振动能量进行有效控制，结合液体的物理特性使整个基座阻抗趋于均匀化，提高了船用设备基座的减隔振能力，降低了船舶机械噪声；

2、该用于船体高效减振的阻抗均匀化基座适用性广，对不同船体结构和设备都可以实现基座阻抗趋于均匀化，且安装操作方便，利于维护保养，生产成本低，具有结构简单、安装和维护方便、应用范围广、经济性好等优点。

附图说明

图1是现有技术中一种减振基座的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种用于船舶高效减振的阻抗均匀化基座的使用状态参考图；

图3是本发明实施例中一种用于船舶高效减振的阻抗均匀化基座的主视图；

图4是图3的右视图；

图5是本发明实施例中一种用于船舶高效减振的阻抗均匀化基座的俯视图。

附图标记：1、船体结构；2、船用设备；3、隔振器；4、浮筏机构；5、肘板；6、腹板；7、顶板；8、减振液囊；9、面板；10、铰链；11、隔振通道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。

如图1所示，现有技术中一种减振基座在使用过程中，船体结构1和船用设备2之间依次通过隔振器3和浮筏机构4连接，用以降低船用设备的振动响应。然而，对于船舶机械设备而言，由于其工作特性，将不可避免地对其承载结构产生不平衡激扰力，使得船舶整体振动水平提升，而设备振动激励又将通过小面积的集中载荷形式作用在基座结构上，如此一来，加剧了结构的振动响应。

如图2-5所示的一种用于船体高效减振的阻抗均匀化基座，用以船体结构实施隔振优化的过程中，提高船用设备基座的减隔振能力。该用于船体高效减振的阻抗均匀化基座通过在面板与连接框架之间设置减振液囊，利用减振液囊在船体结构与船用设备之间形成减振液层结构。囊内液体将作为液体负载影响基座面板的振动，部分振动能量将通过与其接触的流体介质以波的形式耗散。当流体阻抗表现出纯抗性时，流体介质的作用将提供惯性力，对低频振动能量进行有效控制。结合液体的物理特性使整个基座阻抗趋于均匀化，提高了船用设备基座的减隔振能力，提高了舰船的舒适性。

如图2所示，一种用于船体高效减振的阻抗均匀化基座包括面板9、减振液囊8，以及与船体结构1相连的连接框架。连接框架包括肘板5、腹板6和顶板7。肘板5垂直布置在船体结构1上。肘板5的尾端与船体结构1相连。顶板7与肘板5的首端相连。相邻的肘板5之间通过腹板6相连。面板9位于顶板7的上方。面板9通过减振液囊8与顶板7相连。面板9的顶部具有与船用设备2相连的支撑端面。例如，肘板5通过紧固件与船体结构1相连。顶板7和腹板6分别与肘板5相焊接。如此设置，便于肘板5与船体结构1的装配，进一步增强了连接框架之间的连接强度，提升了基座的刚度。

如图3所示，减振液囊8分别与顶板7和面板9相连。囊体的内部具有若干个容纳液体的缓冲腔。多个减振液囊8在顶板7上排布形成减振液层结构。

其中，减振液囊8的厚度为20mm-50mm不等，根据设备的具体情况决定，液囊内的液体可以使用水或其他液体。根据工程实际需要，减振液囊8可以设置一个长的大液囊，也可以分成几段设置小液囊。不连续基座面板厚度根据液囊的厚度调整，在2-5mm左右，不连续面板和减振液囊可以通过低刚度限位器(如空气弹簧等)进行固定。

如图4所示，减振液囊8上的面板9呈多块板状结构。相邻板状结构之间具有间隙。如此设置，面板9呈现不连续板状结构，便于合理地对基座面板9进行离散化，有利于对面板9响应面内的弹性波进行有效隔断与控制，进而有效提高基座的减隔振性能。

例如，板状结构之间通过铰链10相连。如此设置，铰链10用于进一步吸收板状结构之间的弹性能量，进而进一步提高了基座的减隔振性能。

如图5所示，相邻减振液囊8之间具有隔振通道11。隔振通道11内设置有隔振器3。隔振器3的固定端与连接框架相连。隔振器3的伸缩端具有与船用设备2相连的缓冲端面。如此设置，隔振器3一方面用于辅助减振液囊8对船用设备2起到减振作用，使得整个基座的阻抗进一步趋于均匀化；另一方面隔振器3用于支撑船用设备2的主要重量，进而减小了减振液囊8的承重载荷，从而提升了减振液囊8的使用寿命。

其中，隔振器3为活塞式分子弹簧隔振器3。如此设置，活塞式分子弹簧隔振器3利用水和多孔疏水材料组成分子弹簧混合介质，对分子弹簧混合介质施加压力时，水分子会进入多孔疏水材料的疏水纳米微孔，当压力卸载时，水分子则从微孔中逸出，实现能量储存和释放，从而消除振动，进而进一步提升了基座的减隔振性能。例如，隔振器3选用如中国专利文献CN112963487A中公开的一种活塞式分子弹簧隔振器。

如图1所示，面板9与船用设备2之间设置有浮筏机构4。浮筏机构4的底部与面板9相连。浮筏机构4的顶部与船用设备2相连。如此设置，浮筏机构4用于进一步提升基座的减隔振性能，例如，浮筏机构4降低了船舶动力系统中机组激励源传递至设备外壳上的机器振动，提高了工作时稳定性，延长了仪器设备使用寿命。

浮筏机构4包括浮动阀体，浮动阀体的一端与船用设备2相连，浮动阀体的另一端与面板9相连。例如，浮动阀体为钢材质的框架结构。浮筏机构4可选用如中国专利文献CN102644694A中提出的一种船用机械设备弹性基础浮筏隔振系统。

本发明实施例中提出的一种用于船舶高效减振的阻抗均匀化基座使用时，隔振液层结构(减振液囊)的存在将使得基座面板各位置处的输入阻抗趋于均匀，避免了基座面板下结构加强引起的输入阻抗计算的较大差异，使基座的阻抗离散系数曲线保持在较低水平，有效降低设备激励力下的振动响应。同时，基座阻抗的均匀程度的提高将减弱基座结构因受到的不平衡激扰力和力矩作用而产生的振动加剧，并实现激励由集中点载荷向面载荷的转变，进而提升系统的减隔振能力。

由于液体介质中不存在切变弹性，横波无法在液体介质内传播，当设备运作引起的振动能量以波的方式向船体结构传递时，传递路径内出现介质的突变，使得结构之间的阻抗发生失配，并发生强制波型转换，此时设备引起的一部分振动能量将被限制在减振液层以上，振动弹性波无法继续向下层结构中传递，从而对振动波起到很好的隔离作用，提升基座减振性能。

不连续基座面板在设备重力作用下将于减振液囊紧密接触，此时囊内液体将作为液体负载影响基座面板的振动，部分振动能量将通过与其接触的流体介质以波的形式耗散，当流体阻抗表现出纯抗性时，流体介质的作用将提供惯性力，对低频振动能量进行有效控制。不连续基座面板是合理地对基座面板进行离散化，可以对面板响应面内的弹性波进行有效隔断与控制，进而有效提高基座的减隔振水平。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于船体高效减振的阻抗均匀化基座，其特征在于，包括面板、减振液囊，以及与船体结构相连的连接框架；

所述连接框架包括肘板、腹板和顶板，所述肘板垂直布置在船体结构上，所述肘板的尾端与船体结构相连，所述顶板与肘板的首端相连，相邻的肘板之间通过腹板相连；

所述面板位于顶板的上方，所述面板通过减振液囊与顶板相连，所述面板的顶部具有与船用设备或浮筏相连的支撑端面；

所述减振液囊分别与顶板和面板相连，所述减振液囊的内部具有若干个容纳囊液的缓冲腔，位于顶板上的多个减振液囊排布形成隔振液层结构。

2.根据权利要求1所述的用于船体高效减振的阻抗均匀化基座，其特征在于，所述减振液囊上的面板呈多块板状结构，相邻板状结构之间具有间隙。

3.根据权利要求2所述的用于船体高效减振的阻抗均匀化基座，其特征在于，所述板状结构之间通过铰链相连。

4.根据权利要求1所述的用于船体高效减振的阻抗均匀化基座，其特征在于，相邻减振液囊之间具有隔振通道，所述隔振通道内设置有隔振器，所述隔振器的固定端与连接框架相连，所述隔振器的伸缩端具有与船用设备相连的缓冲端面。

5.根据权利要求1所述的用于船体高效减振的阻抗均匀化基座，其特征在于，所述面板与船用设备之间设置有浮筏机构，所述浮筏机构的底部与面板相连，所述浮筏机构的顶部与船用设备相连。

6.根据权利要求4所述的用于船体高效减振的阻抗均匀化基座，其特征在于，所述隔振器为活塞式分子弹簧隔振器。

7.根据权利要求5所述的用于船体高效减振的阻抗均匀化基座，其特征在于，所述浮筏机构包括浮动阀体，所述浮动阀体的一端与船用设备相连，所述浮动阀体的另一端与面板相连。

8.根据权利要求1所述的用于船体高效减振的阻抗均匀化基座，其特征在于，所述肘板通过紧固件与船体结构相连，所述顶板和腹板分别与肘板相焊接。

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