CN107416167B - 一种船舶主机减振基座 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种船舶主机减振基座，包括上层支撑件和下层支撑件，其特征在于：在所述上层支撑件和下层支撑件之间左右隔离对称设置有分别与所述上层支撑件和下层支撑件固定连接的两列多排中间减振件，所述中间减振件包括用于与所述下层支撑件相连接的支撑底座，在所述支撑底座上平面连接有顶部开口的半球形空腔减振罩，顶部开口连接有法兰，所述法兰设有的中心孔中安装有一端伸入半球形空腔减振罩空腔中的限位杆，所述的限位杆的另一端与所述上层支撑件相连接，所述半球形空腔减振罩空腔中还填充有若干减振金属颗粒。本发明结构简单，具有良好的对船舶主机减振降噪的功能，中间减振件的弹性变形小，减振降噪效果好，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及一种船舶主机减振基座，属于船舶主机减振技术领域。
背景技术
近代造船工程中船舶主机的激励力逐渐增加，船体结构方面日趋轻型化，而对抗这种激励力的能力却逐年下降了,这就使得船上的振动和噪声问题变得越来越严重。随着科技的进步、生活的改善，人们对于舒适环境的追求也是逐年在提高，对要求建造低噪声、小振动船舶的需求越来越大。船舶主机激发引起的结构振动按频率可分为以动力形式出现的低频振动及以结构噪声形式出现高频振动两种。在柴油机中只要有间隙存在都能激发出结构噪声，这些噪声是由相互撞击的结构部件的固有频率、以及气体压力曲线中的高频成分组成。结构噪声通过机架、底座传至船体基座，并向全船传播，由于船体系钢结构焊接而成，阻尼很小，因此这种结构噪声可以传得很远，并再由舱壁、甲板及船底辐射出空气噪声及水下噪声，这部分噪声成为了船舶噪声的主要来源之一，严重影响船舶的生命力。具有减振功能的船舶主机基座是降低主机激励力的关键，良好的主机基座可以大大减少船舶结构噪声的产生，增加舰船的隐蔽性，进一步保护船体安全和船员健康。
目前，船舶基座的结构形式有很多种，但都存在着相应的缺陷。专利CN105840729A公开了一种轴系轴承减振基座，包括轴承外侧套装的基座主体，套装在基座主体外侧的一对圆台形减振罩，减振罩为金属丝网块层与弹性金属膜片层间隔组成的多层连接件。该发明可用于船舶推进轴系中，安装方便、占用空间小，具有对轴系的横向、径向振动进行减振和对舱室之间水密封的双重功能，但发明减振方法过于单一，适用工况少。专利CN201410289796.7公开了一种基于静音技术和弹性减震的船舶主机机座，它括两组对称设置的上层支撑肘板组件、多个弹性减震支撑件和下层支撑肘板组件，多个弹性减震支撑件间隔设置在两组上层支撑肘板组件和下层支撑肘板组件之间，上层支撑肘板组件包括条形面板、多块上层支撑肘板、支撑角钢和上立板，条形面板内下侧与支撑角钢上侧垂直固定连接，多块上层支撑肘板间隔设置在支撑角钢内，且与支撑角钢垂直固定连接；上立板斜置在条形面板外下侧和支撑角钢外下侧之间，且与条形面板外下侧、两块一组的上层支撑肘板和支撑角钢外下侧固定连接；下层支撑肘板组件包括两根工字型材、多块下层支撑肘板、多块外横筋板和多块外立板，两根工字型材平行设置，位于两根工字型材之间的多块下层支撑肘板间隔设置，分别与两根工字型材内侧垂直固定连接；多块外横筋板与多块下层支撑肘板一一对应，分别与工字型材外侧垂直固定连接；外立板分别斜置于对应的工字型材外侧，并与对应的工字型材和两块一组的外横筋板固定连接，经测试，此发明可减少30％的振动。然而，发明中未对关键的弹性减振支撑件进行详细说明，空气减振气囊的密封性难以保证，在对大型主机的减振过程中极易出现破损漏气现象，大大影响其使用寿命，并且随着使用时间的延长，空气气囊的变形会逐步加大，势必影响主机轴系的对中性能。
在《基于悬臂梁的颗粒阻尼实验》文章中，夏兆旺提出将颗粒阻尼减振应用于悬臂梁结构，利用实验证明颗粒阻尼减振的可行性，实验结果表明，通过颗粒阻尼减振可以使得梁的阻尼比最大增加到492％，因此颗粒阻尼可有效的起到减振作用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的技术问题和缺陷，提供一种新型船舶主机减振基座。
为达到上述目的，本发明实现目的所采取的技术方案是：
一种船舶主机减振基座，包括上层支撑件3和下层支撑件1，其特征在于：在所述上层支撑件3和下层支撑件1之间左右隔离对称设置有分别与所述上层支撑件3和下层支撑件1固定连接的两列多排中间减振件2，所述中间减振件2包括用于与所述下层支撑件1相连接的支撑底座9，在所述支撑底座9上平面连接有顶部开口的半球形空腔减振罩6，顶部开口连接有法兰5，所述法兰5设有的中心孔中安装有一端伸入半球形空腔减振罩6空腔中的限位杆7，所述的限位杆7的另一端与所述上层支撑件3相连接，所述半球形空腔减振罩6空腔中还填充有若干减振金属颗粒8。
进一步，上述所述半球形空腔减振罩6由弹性金属膜片层6-1和金属丝网块层6-2间隔组成的多叠层结构。
进一步，上述所述的多叠层结构为至少3层，即里外两层为弹性金属膜片层6-1，中间一层为金属丝网块层6-2。
进一步，上述所述弹性金属膜片层6-1的层厚为2-4mm，材质为锰合金钢。
进一步，上述所述金属丝网块层6-2的层厚为1mm，材质为不锈钢。
进一步，上述所述半球形空腔减振罩6的顶部开口直径为下部开口直径的1/2。
进一步，上述所述限位杆7距所述支撑底座9的距离为所述限位杆7伸入所述半球形空腔减振罩6空腔中长度的2/5。
进一步，上述所述减振金属颗粒8的填充率为60％。
进一步，上述所述减振金属颗粒8的粒径为3-4mm，材质为碳化钨、陶瓷、铁、铅中的任一种，形状为圆形、椭圆形或不规则形状中的任一种。
本发明的一种船舶主机减振基座的减振方法，具体包括：
S1.半球形空腔减振罩中的弹性金属膜片减振。将半球形空腔减振罩设置为上开口直径小、下开口直径大且呈一定弧度的近似半球形结构，利用力学模型公式：
计算弹性金属膜片根据膜片弹簧的最大承受力，根据承载质量确定膜片数量。其中，弹性金属膜片层外上半径为r，弹性金属膜片层外下半径为R，弹性金属膜片层高为h，弹簧板厚度为t,金属板的弹性模量为E，外支撑半径为L，内支撑半径为ι，材料的泊松比为μ，膜片弹簧在受到外力时，相对于原状态的垂直变形差为λ，修正系数为A(可查阅相关弹性膜片文献获得)。
当机器发生振动时，利用弹性金属膜片自身减振作用，则可以将弹性金属膜片简化为弹簧模型，隔振前机器传递到基座的力为Fq＝F0eiwt，安装弹性金属膜片后传递到基座的力为
隔振系数为
计算得η＜1，金属膜片基座有明显的减振效果。
S2.半球形空腔减振罩中的金属丝网块层的干摩擦减振。当机械发生振动时，金属丝网块层6-2在负载作用下金属丝间由于滑移而产生干摩擦阻尼，从而吸收和耗散***的振动能量，起到缓冲和隔振的目的。干摩擦力的数学表达式为：FS＝μNsgn(Vrel)，其中：μ为接触面的摩擦系数；N为接触面的正压力(N)；lVer为两接触面的相对速度(m/s)。
S3.半球形空腔减振罩中的金属颗粒阻尼减振。在半球形空腔减振罩腔体中填入一定数量的金属颗粒，颗粒为碳化钨、陶瓷、铁、铅等金属材料中的一种，其形状可以是圆形、椭圆形或者不规则形状。当结构发生振动时，通过结构与金属颗粒的接触、碰撞将其部分动能传递给金属颗粒，金属颗粒在振动结构的腔体中运动，进而颗粒间、颗粒与结构间发生摩擦和碰撞，这些摩擦与碰撞作用将导致能量损耗，振动结构的振动能量降低，振动幅值减小，从而达到增大***阻尼的目的。
本发明中充分利用了颗粒阻尼原理，主机振动必然带动限位杆及半球形空腔减振罩的运动，进而产生半球形空腔减振罩内金属颗粒的运动，产生颗粒之间、颗粒与半球形空腔减振罩、颗粒与限位杆之间的摩擦碰撞，有效降低主机振动能量。
具体实施中还可根据主机产生的正压力以及承压能力确定所述基座主体的长度以及中间减振件的数量，必要时可以采取在所述弹性金属膜片层的弹性金属膜片层之间加装刚性加强肋片来提高结构的强度和承压稳定性。
本发明提供的船舶主机减振基座，其优点和有益效果在于：
1、由于采用了膜片金属丝网阻尼减振原理，同时又充分利用金属颗粒的被动阻尼功能，将两者结合，从而有效降低船舶主机激励力产生的结构振动，较传统橡胶减振基座，减振效果提高20％；
2、由于本发明中具有限位杆结构，限位杆结构可实现限位高度调节功能，因此该发明可配合不同质量主机使用；
3、由于采用模块化设计，可以随时更换损坏零件，所以生产周期缩减了30％，可以相互替代，因此降低了使用成本。
4、由于金属弹性膜片与金属颗粒的耐热性，可适用于船舶具有高温油污的恶劣环境，相对于采用橡胶等传统减振器件的减振装置，使用寿命更长。
附图说明
图1为本发明实施例构造的示意图；
图2为图1的左视图；
图3为本发明中的中间减振件的构造示意图；
图4为图3的俯视图；
图5为本发明实施例半球形空腔减振罩的剖面图；
图6为本发明中的限位杆的外形图；
图7为本发明限位杆的零件俯视图；
图8为本发明法兰的俯视图；
图中：1、下层支撑件；2、中间减振件；3、上层支撑件；4、顶部锁紧螺母；5、法兰；6、半球形空腔减振罩；6-1、弹性金属膜片层；6-2、金属丝网块层；7、限位杆；8、减振金属颗粒；9、支撑底座；10、底座紧锁螺母；11内肋板、12底部螺母；13、底部螺栓；14、顶部螺母；15、顶部螺栓；16、连接螺栓；17保护罩；18、支撑立板；19、支撑槽钢；20、工字钢；21、外肋板。
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，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1至图7所示：为本发明的一种船舶主机减振基座，包括上层支撑件3、下层支撑件2与中间减振件1。所述上层支撑件3由两根平行放置的支撑槽钢19与多个支撑立板18构成，所述支撑立板18等间隔焊接在所述支撑槽钢19的凹形槽内。所述下层支撑件由两根平行放置的工字钢20与等间隔分别焊接在其内外两侧的多个内肋板11、外肋板21组成，所述多个内肋板11与外肋板21的焊接间隔应与所述上层支撑件3中支撑立板18焊接间隔保持一致。所述中间减振件2包括限位杆7，所述的限位杆7通过上端螺母16将中间减振件2与所述上层支撑件3连接，所述的限位杆7整体穿过法兰5的中心孔，利用顶部锁紧螺母14与法兰紧固连接，所述上端螺母16外面设有保护罩17。还包括半球形空腔减振罩6，所述半球形空腔减振罩6是由金属丝网块层6-2与弹性金属膜片层6-1间隔组成的多叠层结构件，所述半球形空腔减振罩6顶部沿径向向内延伸出顶部固定端，通过减振件顶部螺栓15、顶部螺母14与法兰5连接，所述半球形空腔减振罩6内部设有若干减振金属圆球8，所述半球形空腔减振罩6底部沿径向向外延伸出底部固定端，通过底部螺栓13、底部锁紧螺母10与支撑底座9连接,所述中间减振件2通过底部螺栓13、底部螺母12与下层支撑件1连接。
其中，所述法兰5的法兰螺栓孔与中心空均设置为内凹式阶梯状，保证顶部螺栓15与紧固螺栓4的上表面低于法兰上表面。所述法兰5的中心孔下部为内六角结构，保证固定紧固螺母4时限位杆7不发生转动，如图8所示。
所述限位杆7上端设有凸台结构，配合紧固螺母4使用。所述限位杆7凸台上方还设有六角型结构，配合法兰5的中心孔内六角使用，所述限位杆7伸入所述半球形空腔减振罩6空腔中的部分为圆柱形结构，如图6所示。
所述半球形空腔减振罩3为3层的多叠层结构件，包括2层厚度为2-4mm的弹性金属膜片层6-2和1层厚度为1mm的金属丝网块层6-1，如图5所示。
所述减振金属颗粒8的材料为铁。
所述半球形空腔减振罩6的上底面直径D1为下底面直径D2的1/2，如图5所示。
所述限位杆7距支撑底座9的距离h占限位杆7伸入所述半球形空腔减振罩6空腔中长度的2/5，如图6所示。
所述金属丝网块层6-1的材料为不锈钢，所述法兰5的材料为钢。
所述法兰5特殊结构设计，优选6个上表面内凹形的阶梯状螺栓孔，用以确保顶部螺栓15上表面低于整个法兰5的上表面。优选1个上表面内凹形的阶梯状法兰中心孔，用以确保顶部锁紧螺栓4上表面低于整个法兰5的上表面，中心螺栓孔与限位杆接触部分设置为内六角形结构。
所述支撑底座9上优选6个具有下底面内凹形阶梯状螺栓孔，用以确保底部锁紧螺母10上表面低于整个支撑底座9的下表面。
所述半球形空腔减振罩6顶部固定端和底部固定端相应优选螺栓孔数，其孔径与所述法兰5以及所述支撑底座上的螺栓孔径相配合。
本发明的一种船舶主机减振基座的减振原理：
1、利用半球形空腔减振罩中的弹性金属膜片层的支撑作用，将其半球形空腔减振罩设置为上底面半径小、下底面半径大且呈一定弧度的近似半球形空腔结构，有效起到对船舶主机的减振作用。根据膜片弹簧的力学模型A-L可推导公式。
其中，弹性金属膜片层外上半径为r，弹性金属膜片层外下半径为R，弹性金属膜片层高为h，弹簧板厚度为t，金属板的弹性模量为E，外支撑半径为L，内支撑半径为ι，材料的泊松比为μ，膜片弹簧在受到外力时，相对于原状态的垂直变形差为λ，修正系数为A(可查阅相关弹性膜片文献获得)。根据上式可计算出单个弹性金属膜片所能承受的力，再根据机器的质量推导出需要用几个弹性金属膜片能支撑起机器。同时在得机器运动时，利用弹性金属膜片自身减振作用，则可以将弹性金属膜片简化为弹簧模型，隔振前机器传递到基座的力为Fq＝F0eiwt，安装弹性金属膜片后传递到基座的力为
所以隔振系数为
计算得η＜1，金属膜片基座有明显的减振效果。
2、利用半球形空腔减振罩中的金属丝网块的干摩擦减振。干摩擦力的数学表达式为：FS＝μNsgn(Vrel)，其中：μ为接触面的摩擦系数；N为接触面的正压力(N)；lVer为两接触面的相对速度(m/s)。金属丝网块在负载作用下丝间由于滑移而产生干摩擦阻尼，从而吸收和耗散***的振动能量，起到缓冲和隔振的目的。它的优点在于承载能力强、性能稳定、环境适应性强、寿命长等。
3、利用减振金属颗粒阻尼功能。颗粒阻尼是在结构内部适当位置加工出附加在振动结构上的独立腔体，在这些腔体中填入一定数量的颗粒或者粉末材料，颗粒常为碳化钨、陶瓷、铁或铅等金属材料，其形状可以是圆形、椭圆形或者不规则形状。当结构发生振动时，通过结构与颗粒的接触、碰撞将其部分动能传递给颗粒，颗粒在振动结构的腔体中运动，进而颗粒间、颗粒与结构间发生摩擦和碰撞，这些摩擦与碰撞作用将导致能量损耗，振动结构的振动能量降低，振动幅值减小，从而达到增大***阻尼的目的。本发明中充分利用了颗粒阻尼原理，主机振动必然带动限位杆及半球形空腔减振罩的运动，进而产生半球形空腔减振罩内金属颗粒的运动，产生颗粒之间、颗粒与半球形空腔减振罩、颗粒与限位杆之间的摩擦碰撞，有效降低主机振动能量。
具体实施中可根据适用场合，使用不同数量的中间减振件2。
具体实施中所述半球形空腔减振罩6中的弹性金属膜片层6-2为主要减振部分，可根据主机实际情况选择弹性金属膜片层数量，并相应添加金属丝网块层6-1的数目。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (1)
1.一种船舶主机减振基座，包括上层支撑件(3)和下层支撑件(1)，其特征在于：在所述上层支撑件(3)和下层支撑件(1)之间左右隔离对称设置有分别与所述上层支撑件(3)和下层支撑件(1)固定连接的两列多排中间减振件(2)，所述中间减振件(2)包括用于与所述下层支撑件(1)相连接的支撑底座(9)，在所述支撑底座(9)上平面连接有顶部开口的半球形空腔减振罩(6)，顶部开口连接有法兰(5)，所述法兰(5)设有的中心孔中安装有一端伸入半球形空腔减振罩(6)空腔中的限位杆(7)，所述的限位杆(7)的另一端与所述上层支撑件(3)相连接，所述半球形空腔减振罩(6)空腔中填充有填充率为60％，粒径为3-4mm的减振金属颗粒(8)；其中所述半球形空腔减振罩(6)由层厚为2-4mm，材质为锰合金钢的弹性金属膜片层(6-1)和层厚为1mm，材质为不锈钢的金属丝网块层(6-2)间隔组成的3层结构，即里外两层为弹性金属膜片层(6-1)，中间一层为金属丝网块层(6-2)；所述半球形空腔减振罩(6)的顶部开口直径为下部开口直径的1/2；所述限位杆(7)距所述支撑底座(9)的距离h为所述限位杆(7)伸入所述半球形空腔减振罩(6)空腔中长度的2/5，所述限位杆(7)上端设置有用于配合紧固螺母(4)使用的凸台结构，凸台上方还设有用于配合法兰(5)的中心孔内六角使用的六角型结构，所述限位杆(7)伸入所述半球形空腔减振罩(6)空腔中的部分为圆柱形结构；所述法兰(5)上沿圆周均等设有6个内凹形的阶梯状螺栓孔和1个内凹形的阶梯状法兰中心孔，阶梯状法兰中心孔与限位杆(7)接触部分还设有内六角形结构；所述减振金属颗粒(8)的材质为碳化钨、陶瓷、铁、铅中的任一种，形状为圆形、椭圆形中的任一种。
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