CN110987345B - 一种船舶浮筏隔振***性能优化检测试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶浮筏隔振***性能优化检测试验台架，解决了现有试验台架功能单一、适应性和灵活性差、难以进行多次优化验证、开展的实验和检测有限的问题。技术方案包括舱段模拟结构，其特征在于，所述舱段模拟结构为船形，所述舱段模拟结构的两侧经多个接地隔振器支撑在地面上；所述舱段模拟结构内设有上、下两层可安装隔振器的基座，上层基座为用于大型浮筏检测的分离式基座，下层为用于小型浮筏检测的连续式基座。本发明结构简单、对大小筏架适用性好、灵活性高、可同时用于研究隔振器类型、数量和位置对筏架隔振***隔振性能的影响，船舶舱段外壳的声辐射进行检测，可对筏架隔振***全面优化提供支持。

Description

一种船舶浮筏隔振***性能优化检测试验台

技术领域

本发明涉及一种船舶的浮筏隔振技术领域，具体的说一种船舶浮筏隔振***性能优化检测试验台。

背景技术

振动控制方法和噪声抑制手段是船舶的主要技术难题，随着船舶振动噪声控制要求的提高，浮筏隔振***以其自身的优势越来越多的应用于船舶隔振***中。

大型船舶的浮筏较大，上部机械装置较多，每种机械装置自身重量较大，且不同的机械装置具有不同的振动特点。将一定机械装置集中安装在筏架上，机脚振动在筏架上传递并相互影响，在筏架设计阶段需要考虑机械装置的安装位置。因此，在不影响舱段整体功能的前提下，有必要研究使舱段振动最小化的筏架隔振***的优化设计。

筏架隔振***下部可通过多种隔振元件与船舶舱壁基座相连，一般采用气囊隔振器、橡胶隔振器或复合型隔振器。隔振器的类型和数量的选择主要依靠筏架上部质量和隔振器性能，如果隔振器选择不当，则隔振器本身会成为振动传递的短板通道，甚至会放大振动。同时隔振器的放置位置的选定，需要依靠上部机械装置的位置进行调节。因此，有必要研究隔振器类型、数量和位置对筏架隔振***隔振性能的影响，从而找到筏架隔振***的隔振器布置最优方案。

船舶浮筏隔振***一方面需要对装置振动进行控制，另一方面要对船舶舱段声辐射进行控制，现有技术大多从振动控制角度进行隔振***设计优化，未考虑振动引起的壳体声辐射大小。实际船舶行驶过程中，声辐射指标是最为重要的指标，并不是振动越小引起的声辐射值就越小，因此，有必要对船舶舱段外壳的声辐射进行检测，从而对筏架隔振***优化提供支持。

因此，现有的试验台架，大多没有考虑船舶壳体振动噪声的测量，无法对船舶舱段外壳声辐射进行测量，无法真实反映筏架隔振***对船舶船体声辐射的控制。如公告号CN104020005公开了一种船舶机舱辅机设备隔振模拟装置，集船舶机舱船体结构、典型动力设备及各种形式隔振***为一体的机舱辅机设备隔振装置模型，用于模拟船舶机舱辅机设备的振动噪声源，开展机舱多种辅机设备的振动噪声特性模拟实验及其减振降噪设计综合效果的实验验证。包括舱底模拟结构、至少一个隔振***和移动式弹性支承，移动式弹性支承包括空气弹簧和滚轮，隔振***可拆卸地安装在舱底模拟结构上，空气弹簧对称布置在舱底模拟结构下方。该实验台架仍存在以下问题：(1)舱底模拟结构5为平台式结构，并不能真实模拟船舶舱段的船形结构，不能真正意义上还原隔振器和其它设备的真实安装状态，影响数据的真实性；并且也能不进行船舶舱段外壳的声辐射检测，不利于对筏架隔振***优化提供支持。(2)虽然可以更换不同的隔振器进行单一的性能对比，但隔振器的安装位置和机械装置的安装位置均不可调节，不能进行多次优选验证，不便于通过实验台架找到筏架隔振***的隔振器和机械装置布置的最优方案。(3)同一实验台架用于固定尺寸的筏架实验，对象单一，灵活适应性差。

因此，有必要研究一套完备的试验台架***，能对不同尺寸筏架隔振***的振动效果和声辐射指标进行检测，并能进行多次优化验证，从而对筏架隔振***全面优化提供支持。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、对大小筏架适用性好、灵活性高、可同时用于研究隔振器类型、数量和位置对筏架隔振***隔振性能的影响，船舶舱段外壳的声辐射进行检测，可对筏架隔振***全面优化提供支持的船舶浮筏隔振***性能优化检测试验台。

技术方案包括舱段模拟结构，所述舱段模拟结构为船形，所述舱段模拟结构的两侧经多个接地隔振器支撑在地面上；所述舱段模拟结构内设有上、下两层可安装隔振器的基座，上层基座为用于大型浮筏检测的分离式基座，下层为用于小型浮筏检测的连续式基座。

所述舱段模拟结构内设有多个分别安装在上层和下层基座上的单向加速度传感器。

所述舱段模拟结构的外壳上设置有均匀排列的多个三向加速度传感器。

沿所述舱段模拟结构径向，均匀布置有4-6个三向加速度传感器。

沿所述舱段模拟结构轴向，相邻两个三向加速度传感器的间距为0.5-0.7。

所述舱段模拟结构的上层沿轴向两侧对称设有小于或等于12个分离式基座，轴向两侧对称的两个分离式基座的间距为1.25-1.75m。

所述舱段模拟结构的下层沿轴向两侧对称设有两个连续式基座，所述连续式基座的长度为小于或等于3.5m，两个连续式基座的间距为0.7-1.2m。

所述舱段模拟结构的设计加工比例系数为0.2，所述接地隔振器的频率为3-5Hz，所述接地隔振器的垂向刚度与舱段模拟结构刚度相差9-11倍。

还包括有作为激励输入的激振器和开展模态测试的力锤。

针对背景技术中存在的问题，发明人进行如下改进：

(1)依据船舶舱段缩比模型的思想，设置缩小比的船形的舱段模拟结构，舱段与真实船舶具有完全的几何相似性，满足相似性分析原则，依据GB/T 28784建立完整的性能检测***，反映舱段真实情况，为获得真实数据提供保障，通过本发明台架，可对浮筏隔振***开展模态分析、隔振效果评估、声辐射预测、安全稳定性评价和风险预估等性能指标评价实验；

(2)设计上下两层基层可以适用于不同小大的浮筏，大大提高实验的适用范围和灵活性，但由于舱段模拟结构内空间有限，如何布置仍是需要解决的技术问题，对此，发明人，将上层基座设计为用于大型浮筏的检测器，同时分析大型浮筏在船舱中心布置的特点，将上层基座设置为分离式基座，同时这种分离式基座有利于节约空间、便于安装布置；而将下层基座设计为用于小型浮筏检测分析小型浮筏尺寸规格不一、船舱中安装位置不定的特点，将下层基座设置为连续基座，不仅可以安装不同种类的隔振器，还可以在连续基座上实现安装位置的任意调整，灵活适应性更佳，可通过多次优化验证找到隔振器的最优位置方案。

(3)激振器作为激励输入，当使用多个激振器时，可以模拟多个位于筏架上机械装置的振动工况，从而对筏架隔振***进行性能检测，通过对激振器数量和位置的设置，还可以对机械装置在筏架上安装位置进行隔振优化，非常灵活、方便。本发明试验台架可以进行力锤模态试验，通过模态试验，对筏架的固有频率和安装模态进行检测。

(4)舱段模拟结构的接地隔振器的位于两侧，一方面使得整个舱段模拟结构的支撑由底面支撑改为两侧支撑，更为牢固的同时，配合舱段模拟结构的形状和接地隔振器的刚度可以更真实的模拟船舶在水下运行的自由边界条件，利于开展倾斜摇摆实验，为进一步获得真实数据提供保障。

(5)在舱段模拟结构内、外均设置加速度传感器，其中舱段模拟结构内的基座上设置的加速度传感器为单向加速度传感器，用于采集基座处垂直方向的加速度传感器数据，而舱段模拟结构的外壳面为弧形，设置加速度传感器为三向加速度传感器用于采集得到壳体三向振动数据，通过这些壳体振动数据可以分析舱段声辐射指标，验证壳体振动与隔振器位置参数的传递函数关系，对隔振器优化提出参考意见。优选的，沿所述舱段模拟结构径向，均匀布置有4-6个三向加速度传感器；沿所述舱段模拟结构轴向，相邻两个三向加速度传感器的间距为0.5-0.7m，通过控制三向加速度传感器的安装位置以获得真实准确的综合数据，有利于计算获得壳体声辐射指标。

有益效果：

本发明结构简单、对不同大小的筏架适用性好、灵活性高，可开展多个实验，同时用于研究隔振器类型、数量和位置对筏架隔振***隔振性能的影响，船舶舱段外壳的声辐射进行检测，可进行多次优化验证，对筏架隔振***全面、准确优化提供支持。

附图说明

图1为本发明试验台架的结构示意图。

图2为本发明试验台的舱段截面示意图。

其中，1-舱段模拟结构、2-三向加速度传感器、3-接地基座、4-接地隔振器、5-力锤、6-激振器、7-大型浮筏、8-分离式基座、9-连续式基座、10-单向加速度传感器、11-小型浮筏、12-隔振器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明：

参见图1，本发明试验台架包括船形的舱段模拟结构1，所述舱段模拟结构1的两侧设有接地基座3，所述接地基座3经多个接地隔振器4支撑在地面上，所述舱段模拟结构为比例系数为0.2的缩比模型，本实施例中舱段长度为3.6m，壳体直径为1.8m，舱段与真实船舶具有完全的几何相似性，满足相似性分析原则。所述接地隔振器4的固有频率为3-5Hz，所述接地隔振器4的垂向刚度与舱段模拟结构1的刚度相差9-11倍；

所述舱段模拟结构1内设有上、下两层可安装隔振器12的基座，上层基座为用于大型浮筏7检测的分离式基座8，下层基座为用于小型浮筏11检测的连续式基座9。所述舱段模拟结构1的上层沿轴向两侧对称设有十二个以下的分离式基座8(本实施例中为12个，两侧各6个)，轴向两侧对称的两个分离式基座的间距a1为1.25-1.75m。所述舱段模拟结构1的下层沿轴向两侧对称设有两个连续式基座9，所述连续式基座的长度小于或等于3.5m，两个连续式基座9的间距a2为0.7-1.2m。本领域技术人员依据被测浮筏结的形式及尺寸选择合适的上层或下层基座进行检测。

所述舱段模拟结构1内设有多个分别安装在上层分离式基座8和下层连续式基座9上的单向加速度传感器10，用于检测筏架的隔振效果；所述舱段模拟结构的外壳上设置有均匀排列的多个三向加速度传感器2，优选的，参见图2，沿所述舱段模拟结构1径向，均匀布置有4-6个三向加速度传感器2，沿所述舱段模拟结构1轴向，相邻两个三向加速度传感器2的间距a3为0.5-0.7m。所有传感器采集的数据送入数据采集分析***，利用数据采集分析***进行数据实时采集和分析。

检测时可以采用激振器6作为激励源，本实施例中可同时提供8个最大激励力为100N的激振器作为激励输入，可以利用数据采集分析***同时对8个激振器输出控制信号，以模拟筏架上部8个机械装置的振动工况，从而对筏架隔振***进行性能检测。本发明还可以进行力锤5模态试验，通过模态试验，对筏架的固有频率和安装模态进行检测。

以大型浮筏7为例，本发明试验台架可开展如下检测和实验：

进行多工况性能检测：调整隔振器12的数量和基座上的相对位置，可以开展多工况性能检测；如图1所示，测量时，将大型浮筏7安装于上层基座上，通过隔振器12(本实施例中为气囊隔振器)与基座相连，使用力锤5进行筏架模态测试，在筏架上部布置单向加速度传感器10，通过采集单向加速度传感器10的检测数据，计算得到筏架固有频率，计算不同阶固有频率下筏架的变形，给出影响筏架固有模态的薄弱结构，为结构优化提供依据；同时，为避免筏架工作状态时出现共振，上部机械装置工作频率应尽量远离筏架固有频率。

隔振器位置优化实验：使用激振器6，模拟上部机械装置振动，将激振器6安装于大型浮筏7上部，在不同的激励力输入条件下，通过采集上层基座上隔振器两端的三向加速度传感器2的检测数据，计算隔振器12上下端振动传递函数，找到隔振器12传递振动的短板通道，从而调整隔振器12的个数，减少短板通道，从而达到减振效果；同时，还可以使用多个激振器6同时激励，模拟筏架上部多台机械装置同时工作状态，进一步明确短板通道，通过多次优化验证，优化隔振器6位置。

对隔振器位置优化提出参考意见：通过采集舱段模拟结构的外壳上多个单向加速度传感器10的检测数据，送入数据采集分析***，对采集船舶壳体振动信号进行分析获得舱段声辐射，并确定壳体振动与隔振器位置的传递函数，从而对隔振器位置优化提出参考意见。将舱段外壳振动和舱段声辐射作为优化目标，同时预测舱段声辐射量级，为船舶正常行驶提供参考依据。

并且，还可根据实验需要更换不同的隔振器12，如囊隔振器、橡胶隔振器或复合型隔振器等各种不同型号和种类的隔振器，利用激振器6作为激励源，采集对应隔振器12基座处的力输出曲线，从而选择最佳的隔振器类型。

上述实验方法同样适用于小型浮筏11，并且由于下层基座为连续基座9，从而可以更加细致的调节隔振器12在连续基座9上的安装位置，其精度更高，优化效果佳，特别适用于小型浮筏11。

在相关隔振优化完成后，可利用控制接地隔振器4可以开展倾斜摇摆试验，对浮筏隔振***的安全稳定性评价和风险预估。

所述单向加速度传感器10和三向加速度传感器2采集的信号可输入中央处理器(即数据分析***)中进行处理，所述中央处理器(即数据分析***)也可以输出控制信号给激振器6和力锤5进行相应的实验，本发明中关于传感器采集信号后的计算转换方法以及实验方法为现有技术，本领域技术人员可以根据具体需要开展的检测或实验、实验对象、以及获取的数据进行合理化设计和计算分析，在此不作详述。

Claims (8)

1.一种船舶浮筏隔振***性能优化检测试验台架，包括舱段模拟结构，其特征在于，所述舱段模拟结构为船形，所述舱段模拟结构的两侧经多个接地隔振器支撑在地面上；所述舱段模拟结构内设有上、下两层可安装隔振器的基座，上层基座为用于大型浮筏检测的分离式基座，下层为用于小型浮筏检测的连续式基座；

所述舱段模拟结构的外壳上设置有均匀排列的多个三向加速度传感器。

2.如权利要求1所述的船舶浮筏隔振***性能优化检测试验台架，其特征在于，所述舱段模拟结构内设有多个分别安装在上层和下层基座上的单向加速度传感器。

3.如权利要求2所述的船舶浮筏隔振***性能优化检测试验台架，其特征在于，沿所述舱段模拟结构径向，均匀布置有4-6个三向加速度传感器。

4.如权利要求3所述的船舶浮筏隔振***性能优化检测试验台架，其特征在于，沿所述舱段模拟结构轴向，相邻两个三向加速度传感器的间距为0.5-0.7m。

5.如权利要求1所述的船舶浮筏隔振***性能优化检测试验台架，其特征在于，所述舱段模拟结构的上层沿轴向两侧对称设有小于或等于12个分离式基座，轴向两侧对称的两个分离式基座的间距为1.25-1.75m。

6.如权利要求1或5所述的船舶浮筏隔振***性能优化检测试验台架，其特征在于，所述舱段模拟结构的下层沿轴向两侧对称设有两个连续式基座，所述连续式基座的长度为小于或等于3.5m，两个连续式基座的间距为0.7-1.2m。

7.如权利要求1所述的船舶浮筏隔振***性能优化检测试验台架，其特征在于，所述舱段模拟结构的设计加工比例系数为0.2，所述接地隔振器的频率为3-5Hz，所述接地隔振器的垂向刚度与舱段模拟结构刚度相差9-11倍。

8.如权利要求1所述的船舶浮筏隔振***性能优化检测试验台架，其特征在于，还包括有作为激励输入的激振器和开展模态测试的力锤。

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