用于轴系横向振动传递控制的主被动减振支承装置

1.本发明涉及船舶减振降噪技术领域，具体地，涉及一种用于轴系横向振动传递控制的主被动减振支承装置。


背景技术：

2.在经济全球化的时代，海洋资源的利用越来越受到世界各国的重视，而先进的船舶制造水平是开发海洋资源的重要保障。在水面航行时，船舶是一个大型复杂的振动噪声源，过大的振动噪声对周围环境和人体均会产生较大伤害，例如损害船体结构，破坏船员听力，污染海洋环境和影响鱼类资源生长繁衍等。
3.船舶产生振动噪声的主要原因有以下三个方面：一是船舶机械设备，例如主机、齿轮箱、发电机组和推进轴系等工作时，通过其基座将振动传递至船体结构，诱导船体向水下辐射噪声；二是螺旋桨在不均匀伴流场中旋转运动时产生的噪声，包括旋转噪声、湍流噪声和空泡噪声等；三是船舶在水面航行时，水流经过船体表面以及湍流脉动压力与船体结构相互作用产生的噪声。而在船舶低速航行时，机械设备运转产生的噪声是最主要的噪声源。
4.近几十年来，浮筏隔振、基座铺设质量块阻断振动波传播、约束阻尼层铺设增加振动波耗散等技术的运用，使船舶主机、齿轮箱和发电机组等设备振动向船体的传递得到了有效的抑制。通过共振转换器、分布式主动吸振器和电磁式主动控制装置等方案，推进轴系由螺旋桨激励力引起的纵向振动也得到了有效的控制。在此基础上推进轴系横向振动问题开始凸显。因此，控制推进轴系横向振动传递能进一步降低船体振动和声辐射。
5.在公告号为cn107605941b的中国专利文献中，公开了一种船舶轴系弹性阻尼减振支承结构，其特征在于：包括套装在推进轴外的支承轴承，在支承轴承外套装有弹性阻尼件，所述弹性阻尼件包括硫化橡胶，在硫化橡胶内设有充液皮囊，所述充液皮囊设有注油孔，在硫化橡胶外套装有安装外壳，在硫化橡胶的两端设有端盖，所述端盖与安装外壳固定连接。
6.目前对轴系横向振动传递控制的研究主要集中于主动电磁吸振、电磁轴承减振等，但这些方法不能兼顾宽带减振与低频线谱控制，现有减振措施亟需改善。


技术实现要素：

7.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于轴系横向振动传递控制的主被动减振支承装置。
8.根据本发明提供的一种用于轴系横向振动传递控制的主被动减振支承装置，包括：轴本体，轴承座、水平电磁吸盘、水平电磁支承、垂向电磁吸盘、垂向电磁支承、被动隔振器以及基座；
9.所述轴本体转动穿设在轴承座中，所述轴承座通过被动隔振器安装在基座上，所述轴承座在水平两端分别固定连接有两个电磁吸盘，所述轴承座在垂向下端固定连接有一个电磁吸盘，两个所述水平电磁支承和两个所述垂向电磁支承固定安装在基座上，所述水
平电磁吸盘与水平电磁支承对中靠近安装，所述垂向电磁吸盘与垂向电磁支承对中靠近安装，且所述垂向电磁吸盘位于两个垂向电磁支承之间。
10.优选的，所述基座上设置有多个位移传感器，多个所述位移传感器分别测量水平电磁吸盘、垂向电磁吸盘与基座的相对位移。
11.优选的，所述基座上安装有加速度传感器，所述加速度传感器测量基座的水平与垂向加速度响应。
12.优选的，所述水平电磁支承与水平电磁吸盘、垂向电磁支承与垂向电磁吸盘之间均设置有均匀气隙。
13.优选的，两个所述水平电磁支承与两个所述水平电磁吸盘对中安装，且安装的对中点位与轴本体的中心线位于同一高度，两个所述垂向电磁支承与所述垂向电磁吸盘对中安装，且对中安装在所述轴本体的正下方。
14.优选的，所述水平电磁支承与垂向电磁支承均采用差动模式驱动。
15.优选的，所述电磁轴承中包括多组电磁线圈，多组所述电磁线圈中心对称分布。
16.优选的，所述基座上设置有与电磁线圈对应数量的位移传感器，所述位移传感器在基座上沿电磁线圈的分布对应安装。
17.优选的，还包括控制系统，所述控制系统与所述水平电磁支承、垂向电磁支承、位移传感器以及加速度传感器连接。
18.优选的，所述水平电磁支承和所述垂向电磁支承均采用非接触式电磁作动器。
19.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
20.1.本发明通过被动隔振器为轴承提供静态支承力，通过主动电磁支承提供横向动态调整与控制力，可主动调整轴系水平与垂向位置以保证轴系对中状态，并且可主动抑制螺旋桨横向激励通过轴及其基座向船体的传递。
21.2、本发明以降低螺旋桨横向激励经轴系引起船体的振动噪声为目的，具有兼顾宽带减振与线谱控制的优点；
22.3.本发明采用非接触式电磁作动器，相比于其他主动元件，具有响应速度快、推力均匀、运动平稳、工作可靠等优点，可有效抑制螺旋桨横向激励经轴承向船体的传递。
附图说明
23.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
24.图1为本发明实施例用于轴系横向振动传递控制的主被动减振支承装置的整体结构示意图；
25.图2为本发明实施例用于轴系横向振动传递控制的主被动减振支承装置的正视剖视图；
26.图3为本发明实施例用于轴系横向振动传递控制的主被动减振支承装置的结构俯视图；
27.图4为本发明实施例用于轴系横向振动传递控制的主被动减振支承装置的控制原理图。
28.附图标记说明：
29.轴本体1
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垂向电磁支承5
30.轴承座2
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垂向电磁吸盘6
31.水平电磁支承3
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被动隔振器7
32.水平电磁吸盘4
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基座8
具体实施方式
33.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
34.本发明介绍了一种用于轴系横向振动传递控制的主被动减振支承装置，包括轴本体1，轴承座2、水平电磁吸盘4、水平电磁支承3、垂向电磁吸盘6、垂向电磁支承5、被动隔振器7以及基座8。轴本体1转动穿设在轴承座2中，在轴承座2上位于轴本体1的两端通过被动隔振器7安装在基座8上，被动隔振器7的两端均通过螺纹与轴承座2以及基座8连接，被动隔振器7为轴承座2提供静态支承力。
35.在轴承座2水平两端分别通过螺纹固定连接有两个水平电磁吸盘4，在轴承座2垂向下端通过螺纹固定连接一个垂向电磁吸盘6，在基座8上通过螺纹固定连接有两个水平电磁支承3和两个垂向电磁支承5，其中两个水平电磁支承3与两个水平电磁吸盘4对中安装，且安装的对中点位与轴本体1的中心线位于同一高度。垂向电磁吸盘6与两个垂向电磁支承5对中安装，垂向电磁吸盘6位于两个垂向电磁支承5之间，且对中安装在轴本体1的正下方。在水平电磁吸盘4与水平电磁支承3之间以及垂向电磁吸盘6与垂向电磁支承5之间设置有均匀气隙，以便产生电磁约束力，气隙的大小根据所需的电磁力而定。
36.在本发明中的横向电磁支承和垂向电磁支承5均采用了非接触式电磁作动器，相比于其他主动元件，具有响应速度快、推力均匀、运动平稳、工作可靠等优点，可有效抑制螺旋桨横向激励经轴承座2向船体的传递。
37.在基座8上安装有多个位移传感器，在本实施例中位移传感器的数量可以为两个，一个用于测量水平电磁吸盘4与基座8的相对位移，另一个用于测量垂向电磁吸盘6与基座8的相对位移，水平电磁支承3和垂向电磁支承5分别与差动模式工作，实时调节水平电磁吸盘4和垂向电磁吸盘6的位置。在基座8上安装有两个加速度传感器，分别用于测量基座8的水平和垂向加速度响应。本装置还包括一个控制系统，控制系统与水平电磁支承3、垂向电磁支承5、位移传感器以及加速度传感器连接，加速度传感器实时反馈至控制系统，控制系统产生控制信号并输出至对应的功率放大器以驱动水平电磁支承3和垂向电磁支承5产生控制力，实时控制轴本体1的横向振动传递。位移传感器和加速度传感器实时反馈控制系统，控制系统采用差动模式驱动水平电磁支承3和垂向电磁支承5，从而减少轴本体1通过轴承座2传递振动。
38.在每个水平电磁支承3和垂向电磁支承5中均内嵌有一组电磁线圈，从而对水平电磁吸盘4或垂向电磁吸盘6产生非接触电磁吸力。在实际中，每个水平电磁支承3和垂向电磁支承5中也可以内嵌多组电磁线圈，如中心对称分布四组，实时调节电磁吸盘位置。多组电磁线圈的设置可使得电磁吸盘的位置调节更加精确。
39.类似的，若每个水平电磁支承3或垂向电磁支承5内嵌四组电磁线圈，则靠近一个水平电磁吸盘4处设置有四个位移传感器，分别测量水平电磁吸盘4上与电磁线圈对应的位置与基座8的相对位移。在靠近垂向电磁吸盘6处设置有四个位移传感器，分别测量垂向电磁吸盘6上与电磁线圈对应的位置与基座8的相对位移。
40.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
41.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。