CN108468737A - 一种燃气轮机装置复合弹性与阻尼抗冲击减振器 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃气轮机设备技术领域，具体涉及一种燃气轮机装置复合弹性与阻尼抗冲击减振器，包括安装螺杆、减振器上盖、减振器底座及减振器上盖和减震器底座之间整体硫化的主体橡胶；减振器上盖顶部设有高度调节螺母，高度调节螺母的侧面设置有止动锁紧螺钉；减振器上盖上设有中间螺纹孔柱和对称分布的侧螺纹孔柱；减振器底座内设有横向隔离块和中部橡胶缓冲块；横向隔离块上方设有中央隔离橡胶环和对称分布的侧隔离橡胶环；中间螺纹孔柱与中心螺杆螺纹连接；侧螺纹孔柱与侧螺杆螺纹连接；中心螺杆和侧螺杆下方分别依次设有底部缓冲金属钢丝网垫、蝶形弹簧和底部抗压橡胶垫。该减振器用来实现燃气轮机装置的振动隔离和抗水下***冲击。

Description

一种燃气轮机装置复合弹性与阻尼抗冲击减振器

技术领域：

本发明属于燃气轮机设备技术领域，具体涉及一种燃气轮机装置复合弹性与阻尼抗冲击减振器。

背景技术：

作为现代舰船的主动力装置，尤其是应用于军舰上的燃气轮机，不仅要有较好的工作性能，而且必须具备较强的隐身性能和抗冲击能力。对燃气轮机采用减振降噪技术，可以降低由声控水下武器对J船所引起的危险，减少敌方声纳装置的搜索和定位，提高J船的声隐蔽性和攻防能力；而众多的海上战例及实船水下***冲击试验结果表明，海军战斗舰艇在水下***环境中所显示出的突出薄弱环节，是舰艇上许多重要设备及装置的抗冲击性能不足。因此舰船***和设备的抗冲击性能是有关舰船战斗力、生命力的重要性能。作为主动力装置的燃气轮机减振抗冲击性能是关系到舰船生命力的重要因素。

该新型减振器即要求燃气轮机装置在正常工作状态下满足减振的要求，又要在冲击载荷条件下满足冲击响应的要求，保护燃气轮机装置在环境中依然能够正常运转。因此该新型减振器在小振幅条件下刚度较小以满足减振要求；而在垂向、横向及纵向不同冲击能量载荷条件下多种复合弹性与阻尼元件逐级起作用，吸收损耗冲击能量。在必须满足所方冲击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，需要主体橡胶材料性能首先要顾及限制在隔振和抗冲的性能区域之内，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。针对此特点进行燃气轮机装置复合弹性与阻尼的抗冲击减振器设计。

发明内容：

本发明的目的是提供一种实采用多种复合弹性与阻尼元件的剪切式减振抗冲结构的燃气轮机装置减振器，用来实现燃气轮机装置的抗水下***冲击及减振作用。在有限的弹性变形范围内，减振并逐级吸收冲击载荷能量，满足燃气轮机减振及垂向、横向、纵向的冲击强度要求。该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限位指标，整体采用方形结构来实现三个方向的不同冲击刚度。

本发明采用的技术方案为：一种燃气轮机装置复合弹性与阻尼抗冲击减振器，包括安装螺杆、 减振器上盖、减振器底座及减振器上盖和减震器底座之间整体硫化的主体橡胶；所述减振器上盖顶部设有高度调节螺母，高度调节螺母的侧面设置有止动锁紧螺钉；所述减振器上盖上设有中间螺纹孔柱和对称分布的侧螺纹孔柱；所述减振器底座内设有横向隔离块和中部橡胶缓冲块；所述横向隔离块上方设有中央隔离橡胶环和对称分布的侧隔离橡胶环；所述中间螺纹孔柱与依次穿过蝶形弹簧、中部橡胶缓冲块和中央隔离橡胶环的中心螺杆螺纹连接；所述侧螺纹孔柱与依次穿过蝶形弹簧、中部橡胶缓冲块和侧隔离橡胶环的侧螺杆螺纹连接；所述中心螺杆和侧螺杆下方分别依次设有底部缓冲金属钢丝网垫、蝶形弹簧和底部抗压橡胶垫。

进一步地，所述安装螺杆穿过燃气轮机机架孔与高度调节螺母螺纹连接后与减振器上盖的中间螺纹孔柱螺纹连接。

进一步地，所述减振器底座上设有四个安装孔。

进一步地，所述横向隔离块和中部橡胶缓冲块上分别设有三个通孔。

进一步地，所述主体橡胶的横截面为V型，主体橡胶采用整体硫化工艺。

进一步地，所述V型截面的主体橡胶的两侧橡胶板之间的夹角为60°。

进一步地，所述主体橡胶的冲击阻尼系数为0.12。

进一步地，所述主体橡胶上设有装配孔。

本发明的有益效果：针对燃气轮机装置减振抗冲击设计的复合弹性与阻尼抗冲击减振器，为了实现正常工作下减振、三向***冲击条件下吸收能量。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***设计指标。在减振器结构设计和部件性能方面，实现一定程度上的模块化和可调可控性。设计方形结构的减振器三向不同冲击刚度以满足燃气轮机垂向、横向、纵向的冲击响应指标。减振器金属件上盖-底座-主体橡胶属于整体硫化，其余辅助抗冲击部件含三个型号橡胶部件，金属钢丝网块，碟型弹簧，三根内腔螺杆，一根顶部安装螺杆，一个高度调节螺母。

主体橡胶和内腔辅助抗冲击部件具有逐级多层次复合弹性与阻尼特性，在产品设计空间及构型已经确定的前提下，产品长方形结构中三个螺纹孔柱体增强了对横向和纵向的冲击刚度，空间利用率高。为满足其冲击阻尼系数、强度和回弹性等性能指标，对抗冲击部件设计了三至四种刚度实现了模块化更换。即保证了橡胶主体满足振动的隔振率，又实现了燃气轮机在有限冲击位移内，吸收消耗冲击能量的非线性复合刚度和阻尼特性。在必须满足冲击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，需要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，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。

附图说明：

图1是本发明的横剖面结构示意图；

图2是图1中的A-A纵剖面结构示意图；

图3是本发明中主体橡胶的立体结构示意图。

具体实施方式：

一种燃气轮机装置复合弹性与阻尼抗冲击减振器，包括安装螺杆5、 减振器上盖1、减振器底座2及减振器上盖1和减震器底座2之间整体硫化的主体橡胶3，以上组成了减振器的基本外部方型结构特征，有利于垂向、横向、纵向不同冲击刚度的设计；所述减振器上盖1顶部设有高度调节螺母4，处于减振器上盖1的六角形高度调节螺母4上端面为燃气轮机底架的安装面，通过转动来调整燃气轮机底架安装面与船体基座面板的总高度，在高度调节螺母4侧部设置止动锁紧螺钉6来锁定安装高度高度；所述减振器上盖1上设有中间螺纹孔柱10和对称分布的侧螺纹孔柱18，三个螺纹孔柱分别连接三个内部螺杆，在冲击过程中后期起到限制大位移的作用；所述安装螺杆5穿过燃气轮机机架孔与高度调节螺母4螺纹连接后与减振器上盖1的中间螺纹孔柱10螺纹连接，传递振动及冲击载荷，是主要的承力结构，以上组成了叶片基本外部结构特征，用来形成燃气轮机中高温燃气的流动通道；上述结构是通过分析导向叶片工作环境燃气气动参数，进行叶片外部型线造型及通流结构设计后，完成整个叶片外部结构设计的基础上进行的，是燃气轮机涡轮导向叶片设计中通用的设计方法。

所述减振器底座2内设有横向隔离块8和中部橡胶缓冲块9，主要用来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弹性轴损坏；所述横向隔离块8和中部橡胶缓冲块9上分别设有三个通孔，横向隔离块8上方设有中央隔离橡胶环12和对称分布的侧隔离橡胶环17；所述中间螺纹孔柱10与依次穿过蝶形弹簧16、中部橡胶缓冲块9和中央隔离橡胶环12的中心螺杆11螺纹连接，中央隔离橡胶环12起在冲击过程前期起到吸收损耗横纵向冲击能量的作用，内部的中心螺杆11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；所述侧螺纹孔柱18与依次穿过蝶形弹簧16、中部橡胶缓冲块9和侧隔离橡胶环17的侧螺杆13螺纹连接，侧螺杆13与侧7隔离橡胶环17相接触，吸收损耗横纵向冲击能量。侧螺杆13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；所述中心螺杆11和侧螺杆13下方分别依次设有底部缓冲金属钢丝网垫15、蝶形弹簧16和底部抗压橡胶垫14，上述垂向抗冲击部件放置在底部横向隔离块8的三个圆孔内，其中每个圆孔内放置两片碟形弹簧16。可以通过调整垂向抗冲击部件厚度、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；根据冲击加速度响应和限位的要求，分别调整弹性元件的数量和种类来实现不同的冲击刚度；所述减振器底座2上设有四个安装孔7。

采用整体硫化工艺的主体橡胶3，减振器长方形结构中部三个圆柱体对应的装配孔，导致增加了硫化模具的设计难度，采用立式注压硫化模结构及精密的模具成形镶件。为增大橡胶弹性力接触面积以及垂向、横向、纵向刚度比值，橡胶的倾斜角度为120°左右为宜。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；平衡增塑剂极性和用量以控制与橡胶基体的相容性，确保橡胶在较低的硬度情况下，还具备减振抗冲性能；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；通过静态刚度试验机确定产品的刚度参数和稳定配方，通过扫频和落锤冲击试验确减振器的振动刚度和冲击刚度；所述主体橡胶3的横截面为V型，V型截面的主体橡胶3的两侧橡胶板之间的夹角为60°；所述主体橡胶3的冲击阻尼系数为0.12。

所述高度调节螺母4通过螺纹与减振器上盖1连接而转动来调节减振器的整体高度，在初次安装燃气轮机装置式满足燃气轮机不同部位压缩量的排列及燃气轮机于传动齿轮箱轴系的对中的要求；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，用侧部的止动锁紧螺钉6固定锁紧；在燃气轮机安装状态下，减振器处于压紧状态，可通过旋转向下调节高度，便于更换维修。

所述辅助抗冲击部件的中部橡胶缓冲块9、底部抗压橡胶垫14和底部缓冲金属钢丝网垫15三个型号弹性部件分别设计三种刚度，硬度均高于主体橡胶3，主要顾及其冲击阻尼系数，强度及回弹性机械性能指标；通过更换不同刚度辅助抗冲击部件，以尽可能均衡垂向、横向、纵向三个冲击方向的响应和限位的双重要求；所述碟型弹簧16，采用环形凹型结构，随着变形趋于扁平，提够非线性的刚度回复力，作为限制垂向变形的弹性元件，位于中心螺,11和侧螺杆13头部的上下两端，上部的起到限制拉伸作用，下部的起到限制压缩作用。

所述底部缓冲金属钢丝网垫15只限于抗冲击功能，使有限圆周有效承载面积和高度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，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。

在冲击过程中，减振器通过橡胶主体结构进行减振并吸收初始的冲击载荷能量，承担燃气轮机隔离***变形的初-中期阶段的主要缓冲，影响垂向/横向/纵向的加速度响应；减振器通过弹性－阻尼特性的附加抗冲结构单元，其材料特性是弹性力随橡胶变形增加而缓慢增加，具有较大的阻尼和耗能特性，为隔离***变形中-后期阶段提供弹性－阻尼缓冲反力；弹性－阻尼特性的附加抗冲结构元件起到抗冲击功能。使有限体积（圆周有效承载面积和高度都受限）的附加抗冲结构元件随之冲击过程，逐步非线性弹性变形。

多种复合弹性与阻尼元件的剪切式减振抗冲结构的燃气轮机装置减振器，用来实现燃气轮机装置的抗水下***冲击及减振作用。在有限的弹性变形范围内，减振并逐级吸收冲击载荷能量，满足燃气轮机减振及垂向、横向、纵向的冲击强度要求。为了满足三个方向的不同冲击载荷及限位指标，整体采用方形结构来实现三个方向的不同冲击刚度，主体橡胶和内腔辅助抗冲击部件具有逐级多层次复合弹性与阻尼特性，在产品设计空间及构型已经确定的前提下，产品长方形结构中三个螺纹孔柱体增强了对横向和纵向的冲击刚度，空间利用率高。为满足其冲击阻尼系数、强度和回弹性等性能指标，对抗冲击部件设计了三至四种刚度实现了模块化更换。即保证了橡胶主体满足振动的隔振率，又实现了燃气轮机在有限冲击位移内，吸收消耗冲击能量的非线性复合刚度和阻尼特性。此项技术的应用有效提高燃气轮机的隔振性能和抗冲击性能，提高舰艇生命力。

Claims (8)

1. 一种燃气轮机装置复合弹性与阻尼抗冲击减振器，其特征在于：包括安装螺杆（5）、减振器上盖（1）、减振器底座（2）及减振器上盖（1）和减震器底座（2）之间整体硫化的主体橡胶（3）；所述减振器上盖（1）顶部设有高度调节螺母（4），高度调节螺母（4）的侧面设置有止动锁紧螺钉（6）；所述减振器上盖（1）上设有中间螺纹孔柱（10）和对称分布的侧螺纹孔柱（18）；所述减振器底座（2）内设有横向隔离块（8）和中部橡胶缓冲块（9）；所述横向隔离块（8）上方设有中央隔离橡胶环（12）和对称分布的侧隔离橡胶环（17）；所述中间螺纹孔柱（10）与依次穿过蝶形弹簧（16）、中部橡胶缓冲块（9）和中央隔离橡胶环（12）的中心螺杆（11）螺纹连接；所述侧螺纹孔柱（18）与依次穿过蝶形弹簧（16）、中部橡胶缓冲块（9）和侧隔离橡胶环（17）的侧螺杆（13）螺纹连接；所述中心螺杆（11）和侧螺杆（13）下方分别依次设有底部缓冲金属钢丝网垫（15）、蝶形弹簧（16）和底部抗压橡胶垫（14）。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机装置复合弹性与阻尼抗冲击减振器，其特征在于：所述安装螺杆（5）穿过燃气轮机机架孔与高度调节螺母（4）螺纹连接后与减振器上盖（1）的中间螺纹孔柱（10）螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机装置复合弹性与阻尼抗冲击减振器，其特征在于：所述减振器底座（2）上设有四个安装孔（7）。

4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机装置复合弹性与阻尼抗冲击减振器，其特征在于：所述横向隔离块（8）和中部橡胶缓冲块（9）上分别设有三个通孔。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种燃气轮机装置复合弹性与阻尼抗冲击减振器，其特征在于：所述主体橡胶（3）的横截面为V型。

6.根据权利要求5所述的一种燃气轮机装置复合弹性与阻尼抗冲击减振器，其特征在于：所述V型截面的主体橡胶（3）的两侧橡胶板之间的夹角为60°。

7.根据权利要求5所述的一种燃气轮机装置复合弹性与阻尼抗冲击减振器，其特征在于：所述主体橡胶（3）的冲击阻尼系数为0.12。

8.根据权利要求5所述的一种燃气轮机装置复合弹性与阻尼抗冲击减振器，其特征在于：所述主体橡胶（3）上设有装配孔。