CN109050861B - 一种船用减振桨轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用减振桨轴，属于减振降噪领域。减振桨轴包括，直接与船舶主机或者齿轮箱连接的前段桨轴、第一减振机构、中段桨轴、第二减振机构、末段桨轴。本结构首先将传统的单根桨轴分离为三段，桨轴中段长度占桨轴总长的主要部分，前段桨轴与船舶主机或者齿轮箱直接相连，末段桨轴和螺旋桨或者转向变换装置连接，中段桨轴通过减振装置与另两段桨轴连接，即隔离振动源，吸收振动，抑制船舶主机和齿轮箱的振动以及螺旋桨的振动向桨轴中段传递，降低轴系振动和船体振动。减振机构中的16个减震器通过弹簧传递桨轴扭矩，通过弹簧和阻尼液共同作用，吸收振动，抑制振动向占桨轴长度主要部分的桨轴中段的传递，从而降低轴系和船体的振动响应。

Description

一种船用减振桨轴

技术领域

本发明涉及的是一种船用减振桨轴，属于减振降噪领域。

背景技术

早在19世纪后期，船体振动问题就开始引起人们的注意。近年来，随着航运业的发展，主机功率和转速提高，船舶吨位加大，以及肥大型船舶的出现，致使船体振动问题日益突出。随着造船技术的进步，船体结构减轻，结构刚度也随之减小，更易激起较大的船体振动。

严重振动对船舶的危害主要有以下几点：1.使船体结构或机械设备在应力过大时产生疲劳破坏，影响航行安全；2.影响船员和旅客的居住舒适性，影响船员的工作效率，危害身体健康。3.影响船上设备、仪表的正常工作，降低使用精度，缩短使用寿命。另外振动还会激发噪声。因此研究船舶振动的原因，采取有效措施进行减振十分必要。

船体作为自由漂浮在水上的空心弹性梁，在营运过程中必然会受到各种激励的作用，激起船体总振动和局部振动。船体产生振动过大的主要原因可归结为下述3个方面：1.设计时考虑不周，如船舶主尺度与主机的选择，螺旋桨与船体及附属体间隙以及与尾部线型的配合，船体结构尺寸、布置和结构的连续性等。2.建造质量的问题，如螺旋桨制造质量差，轴线对中不良，结构连续性被破坏，焊接残余应力与初挠度等。3.营运管理问题，如船体的装(压)载不当，轴系变形，主机各缸燃烧不均，机件磨损、松动，螺旋桨受损等。

由上述可知，造成船舶振动的原因极其复杂。科研人员针对造成船舶振动的几种主要原因作一些分析，提出一些减振措施：

1.船舶设计方面：已建成的船舶，如发现存在严重的振动问题，要彻底根治一般比较困难，且代价相当大。因此，在设计阶段就应进行必要的振动计算，并采取预防措施。《钢质内河船舶入级与建造规范》(2002)中专列了船体振动章节，对船长大于或等于60m客船的总体振动、局部振动及振动衡准做了明文规定；

2.主机及其减振：主机是引起船体振动的主要激励源之一，可以采取以下措施进行减振：(1)在主机机座下装设减振器，以减少主机振动向船体传递。目前国内常用的减振器主要有橡胶减振器和金属弹簧减振器2种。橡胶减振器的优点是结构简单、有较好的隔声、缓冲和减振效果；容易满足对减振器各方向刚度和强度的要求；有适量的阻尼，有利于越过共振区和衰减高频声振动；易于加工生产，成本低。缺点是易受温度和油气等侵蚀，造成性能变化，寿命较短，易老化、龟裂，需要定期检查更换。金属弹簧减振器的主要优点是：在长期使用中性能稳定，在适当保养下几乎无老化问题；对温度变化不敏感；承载能力大而柔软。缺点是阻尼小，越过共振区时振动较大；对高频声振动的隔绝性较差；(2)调整结构，减少船体结构的响应。对于机舱，不论船体采取什么样的骨架形式，主机机座与船体纵桁的连接应避免呈折线形。小船机座应尽可能延伸至机舱前后壁。为了改善主机纵桁在舱壁处的固定情况，在机舱舱壁外应逐步减少其高度，并在舱壁上设置大尺寸的扶强材，且用肘板连接；(3)采用阻尼材料和消振器。在受到强烈振动的外板、甲板、舱壁或其它结构表面上覆盖(包括喷射、涂抹或粘结等方法)减振涂层，形成阻尼。其结构形式有自由阻尼和约束阻尼2种。船上的减振涂料有水泥、沥青、泡沫塑料、橡胶以及各种合成材料、高聚甲板敷料等。除船体结构外，各种管路和机器的机体上也可覆盖涂层；

3.螺旋桨及其减振：螺旋桨是引起船体振动的又一主要激励源。减少振动的措施有以下几种：(1)螺旋桨的激振频率与船体局部固有频率相近，形成共振时，可加强船体局部结构，改变局部的固有频率，如在局部区域加支柱、加设纵桁等；(2)螺旋桨来流不均匀，造成螺旋桨振动较大。可在船尾部增设导流鳍，改善螺旋桨的来流情况，使螺旋桨盘面内的伴流趋于均匀，减少振动。舵上也可增设水滴形导流帽，改善螺旋桨去流的不均匀性。还有其它一些激振源激励船舶振动，如轴系、辅机等。

对于这些振源，减振方法上虽有些差异，但基本原理是一样的。即改变结构的固有频率或激振频率以避免共振；减少激励的幅值与减小激励的传递以降低强迫振动的程度；增加结构刚度和阻尼以降低响应等。

船舶振动问题对船体、人员、设备、海洋环境等影响严重。船舶振动问题突出的位置通常在船舶主机和齿轮箱、轴系、螺旋桨。其中轴系振动会对桨轴结构强度、磨损、船体结构振动、推进效率等产生严重影响。轴系振动通常是由主机/齿轮箱振动和螺旋桨振动诱发的。目前尚未有较为有效的轴系振动控制技术。因此，开发船用减振桨轴对降低船舶振动噪声有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种船用减振桨轴，目的在于通过隔离振动源，抑制振动向桨轴传播，实现桨轴振动降低。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的船用减振桨轴由桨轴前段1、桨轴中段2、桨轴末段3和两套相同的减振机构4组成。三段桨轴中桨轴中段长度最长，桨轴中段通过减振机构与桨轴前段和桨轴末段连接。

其中，减振机构中的定子5上设置有法兰盘13，转子10上设置有法兰盘15，桨轴通过法兰与减震机构相连；船舶前进时，桨轴前段、桨轴中段、桨轴末段和两套减振机构一同旋转，输出力矩，带动螺旋桨旋转。

桨轴前段1末端通过法兰15与第一减振机构转子10相连，第一减振机构定子5通过法兰13与桨轴中段2前端相连，桨轴中段2末端通过法兰15与第二减振机构转子10连接，第二减振机构定子5通过法兰13与桨轴末段3相连。

减振机构4由减振机构定子5、减振机构转子10、减振器8组成，减振机构定子和减振机构转子之间的作用力通过减振器传递。

减振器8的功能包括，传递桨轴扭矩至下一级机构，吸收桨轴前段1和桨轴末段3传递的振动。船舶推进中桨轴需要承受很大的力矩，因此，每个减振机构4设置两组减振器，每组共四个。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

本发明提供的一种船用减振桨轴采用分段式设计，并且使用减震机构进行连接，可以充分吸收船舶发动机以及螺旋桨的振动，抑制了振动的传递，为船舶的安全航行提供了保障。

附图说明

图1为船用减振桨轴立体示意图；

图2为船用减振桨轴侧视图；

图3为减振机构左视图；

图4为减振机构右视图；

图5为减振机构剖视图

图6为减振器结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更详细地描述：

结合图1、2、3、4、5、6，船用减振桨轴的工作原理为：

船用桨轴被分离为三段：桨轴前段1、桨轴中段2、桨轴末段3，桨轴中段2长度占桨轴总长的主要部分，另外两者均很短，桨轴前段通过第一减振机构连接桨轴中段一端，桨轴中段另一端通过第二减振机构连接桨轴末段，桨轴前段、桨轴中段、桨轴末段以及两个减振机构同时旋转；

减振机构4的定子5和转子10是相互独立的，定子5主体为圆环形，定子5和转子10共轴，定子一侧均匀布置四个扭矩传递斜梁6，四个扭矩传递斜梁向外延伸，顶端连接有法兰盘13，定子上在四个扭矩传递斜梁之间还均匀布置四个减震器底座7，且在定子主体另一侧相同位置还布置四个减震器底座，转子上相对于定子上的八个减震器底座对应布置减振器支基底座，减震器活塞底部通过减振器底座转动轴11连接定子上的减震器底座，减震器活塞杆顶端通过减振器支基底座转动轴12与转子上的减振器支基底座连接，转子上与定子布置有扭矩传递斜梁一侧相反的一侧布置有法兰盘15，定子和转子通过减振器8传递桨轴力矩，由桨轴驱动转子，转子带动定子一同旋转；

桨轴前段1、桨轴中段2、桨轴末段3并没有直接连接，而是通过减振机构4中的减振器8传递力矩，因此，来自船舶主机/齿轮箱和船舶螺旋桨的振动，在经过减振机构4时，被减振器8吸收，从而降低桨轴中段受到的振动激励，降低船体振动；

每个减振机构4包括两组减振器8，每组四个，以减小每个减振器的负载，保证减振机构的结构强度和疲劳强度要求，同时，提高吸振效果；

减振器8由弹簧16和吸振活塞机构组成，吸振活塞包括活塞17、细孔18、阻尼液19，弹簧16主要作用是传递桨轴力矩和减振，吸振活塞机构主要通过粘性很大的吸振液19、活塞17和细孔18抑制振动，吸收振动能量。

大型船舶桨轴长度通常很大，桨轴长径比较大，可以看作是一根柔性梁，极易受到外界振动的影响，在特定的外界激励下，桨轴振动响应会很大。船用减振桨轴通过桨轴分段，隔离振动源(主机/齿轮箱、螺旋桨)以及减振机构吸收振动，使长度最大的桨轴中段振动降至最低，从而降低轴系振动向船体结构的辐射，降低船舶振动。船用减振桨轴结构简单可靠，应用前景广泛。

Claims (3)

1.一种船用减振桨轴，其特征在于：分离为桨轴前段(1)、桨轴中段(2)、桨轴末段(3)三部分，桨轴中段长度占桨轴总长的主要部分；还包括相同的第一减振机构和第二减振机构；桨轴前段末端与桨轴中段前端通过第一减振机构连接；桨轴中段末端与桨轴末段前端通过第二减振机构连接；所述的第一减振机构或第二减振机构包括定子(5)、转子(10)和减震器(8)，二者相互独立，定子主体为圆环形，定子和转子共轴，定子一侧均匀布置四个扭矩传递斜梁(6)，四个扭矩传递斜梁向外延伸，顶端连接有法兰盘(13)，定子上在四个扭矩传递斜梁之间还均匀布置四个减震器底座(7)，且在定子主体另一侧相同位置还布置四个减震器底座，转子上相对于定子上的八个减震器底座对应布置减振器支基底座，减震器活塞底部通过减振器底座转动轴(11)连接定子上的减震器底座，减震器活塞杆顶端通过减振器支基底座转动轴(12)与转子上的减振器支基底座连接，转子上与定子布置有扭矩传递斜梁一侧相反的一侧布置有法兰盘(15)。

2.根据权利要求1所述的一种船用减振桨轴，其特征在于：减振器(8)由弹簧(16)和吸振活塞机构组成，吸振活塞包括活塞(17)、细孔(18)、阻尼液(19)。

3.根据权利要求1所述的一种船用减振桨轴，其特征在于：桨轴前段末端与桨轴中段前端通过第一减振机构连接的具体方式为：桨轴前段末端连接于第一减振机构的转子法兰盘，桨轴中段前端连接于第一减振机构的定子法兰盘；桨轴中段末端与桨轴末段前端通过第二减振机构连接的具体方式为：桨轴中段末端连接于第二减振机构的转子法兰盘，桨轴末段前端连接于第二减振机构的定子法兰盘。

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