一种含颗粒阻尼器的船用集成减振装置及其控制方法

1.本发明属于振动噪声控制和颗粒阻尼技术领域，尤其涉及一种含颗粒阻尼器的船用集成减振装置及其控制方法。


背景技术：

2.目前，船舶航行过程中，机械设备运行产生的振动噪声问题会影响到船舶的性能、适用范围及使用寿命。同时军用舰船因振动产生的噪声在水中传播距离远，容易被声呐捕捉，严重影响作战效能。采用隔振装置实现减振一直是舰船减振降噪的重要研究方向。船舶采用大型浮筏减振结构，利用中间筏体的质量效应，可以有效提升减振性能。但随着船舶中机电设备的增多，船舶总体空间、布置、维修、重量重心等条件的约束，中间质量需要进一步设计和优化。颗粒阻尼技术一种被动振动控制技术，是将适量颗粒填充在振动体的有限密闭空间中，伴随主振结构的振动，利用颗粒间摩擦与冲击、颗粒与容器壁之间的摩擦碰撞作用，消耗系统的振动能量，从而达到吸振的目的。但是现阶段颗粒阻尼技术耗能具有强非线性，且受减振结构限制明显。现有相关专利如下：中国新型专利cn200949633y公布了一种可调质量比双层隔振装置，通过对中间质量进行动态调整，达到适应系统固有频率的目的。缺点是在中间质量中添加的粉末或颗粒并不具备减振作用。中国发明专利cn206918145u公布了一种颗粒阻尼双层隔振装置，该装置结构简单、体积较小，但不具备对大型机械的承载能力。中国发明专利cn201810113782.8公布了一种集成式可调节双层减振模块，该结构可以控制减振系统高度，但需要根据实际条件更换中间质量。中国发明专利cn112009619b公布了一种调谐颗粒阻尼型浮筏，但该结构需要整体安装于机电设备下，不易更换和调节。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：颗粒阻尼技术在船舶减振降噪领域几乎未得到应用；同时，现有船舶大载荷条件下的减振技术，集中于对特定线谱的吸振作用。
4.解决以上问题及缺陷的难度为：传统船舶减振技术需要针对船舶装置本身固有频率进行设计，难以在保证大载荷的情况下，实现对船舶噪声的宽频吸振作用。
5.解决以上问题及缺陷的意义为：将颗粒阻尼技术应用于船舶减振装置，不仅能够保证中间质量的承载作用，还能够通过颗粒间的碰撞耗能实现对振动的宽频吸振效果，同时，避免了给船体结构加装大量吸振设备。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种含颗粒阻尼器的船用集成减振装置及其控制方法。本发明承载能力强、结构紧凑、集成度高、便于安装和更换、中间质量可调节范围大、减振装置高度精确可控、宽频吸振效果好、不易磨损破坏。
7.本发明是这样实现的，一种含颗粒阻尼器的船用集成减振装置，所述减振装置设置有：
8.通过采用气囊隔振器保持上层机电设备恒定高度并发挥减振效果的下层气囊隔
振器；
9.根据实际需求，调整颗粒填充率，实现质量比调节和宽频吸振的中间颗粒阻尼结构；
10.通过上层减振器对机电设备进行支撑的上层隔振装置。
11.进一步，所述下层气囊隔振器与中间颗粒阻尼结构固定安装，中间颗粒阻尼结构上侧安装有上层隔振装置，上层隔振装置上侧安装有机电设备。
12.进一步，所述下层气囊隔振器由上盖板、中间囊体和下盖板构成；
13.下盖板安装在基础上，下盖板上侧安装有中间囊体，中间囊体上侧安装有上盖板。
14.进一步，所述中间囊体是囊式结构、膜式结构或气缸活塞式结构。
15.进一步，所述中间颗粒阻尼结构由下层盖板，中间质量和上层盖板构成；
16.下层盖板与下层气囊隔振器固定安装，下层盖板上侧安装有中间质量，中间质量上侧与上层盖板固定安装；
17.中间质量内部设置有颗粒填充腔，填充腔设计为圆柱型或长方体型空腔，颗粒填充腔内填充有颗粒阻尼材料；上层隔振装置为上层减振器，上层减振器固定安装在中间颗粒阻尼结构的上层盖板，机电设备通过上层减振器支撑；
18.进一步，所述中间质量为金属式箱体，颗粒填充腔根据实际减振需求及船舶筏体结构，在筏体内嵌入或空隙内安装。
19.进一步，所述上层减振器为小型橡胶减振器、钢丝绳减振器、气囊减振器、金属弹簧形式或液压减振器，对上层机电设备的振动实现传递和减振。
20.本发明的另一目的在于提供一种所述含颗粒阻尼器的船用集成减振装置控制方法，包括：
21.减振装置根据实际减振需求及船舶筏体结构，在筏体内嵌入或空隙内安装，用于支撑机电设备，中间颗粒阻尼结构中颗粒填充腔内部填充足量颗粒阻尼材料，这使得颗粒阻尼填充腔本身具备一定的质量，保证了中间质量具有一定的刚度；机电设备工作过程中，将会通过上层减振器向中间质量结构传递振动，中间质量结构受到上层传递的振动将会激发其内部的颗粒填充腔内颗粒阻尼材料振动碰撞，颗粒填充腔根据中间质量设计为圆柱型或长方体型空腔，通过颗粒之间、颗粒与腔壁等频繁碰撞，将上层机电设备传递至中间质量的振动能量消耗，实现吸振效果。一般填充的颗粒阻尼材料总质量不超过中间质量的10％。颗粒阻尼材料颗粒粒径不大于5mm,通常采用2mm颗粒；采用铁基合金材质颗粒，也可采用钨基合金、铅合金、二氧化硅等颗粒，其恢复系数e为0.1-0.9。颗粒填充腔内填充的颗粒阻尼材料质量在达到腔体最大填充质量的90％-98％时，可较明显的提升宽频减振效果，并能实现特征线谱吸振。
22.通过调整颗粒阻尼材料的填充率，实现对隔振模块整体质量比的调整，同时达到宽频吸振效果；安装在中间颗粒阻尼结构和机电设备之间的上层减振器对上层机电设备的振动实现传递和减振。
23.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
24.(1)权利要求1～2的效果。本发明中的中间颗粒阻尼吸振结构是一种可调质量比的吸振结构，具有良好的宽频吸振效果。本发明将中间颗粒阻尼吸振结构与气囊隔振器固定连接，具有空间小、集成度高的优点；并将上层隔振器集成安装于中间颗粒阻尼吸振结
构，安装简便，使用简单。
25.(2)从权3～4的效果。本发明采用气囊隔振器对上层机电设备进行支撑，对机电设备变化高度进行控制，并使用中间颗粒阻尼吸振结构进行被动吸振；根据实际需求，调整颗粒填充率，并同时实现对吸振模块的质量比调节和宽频吸振。中间颗粒阻尼结构中填充颗粒抗老化能力强、制造成本低，在长时间航行过程中能够持续发挥吸振作用。
26.(3)从权5～6的效果。本发明经过中间颗粒阻尼吸振结构的吸振作用，设备运行过程中产生的振动能量的传递得到了有效衰减，降低了气囊隔振器的使用功耗，提升了气囊隔振器的使用寿命。
27.(4)从权7的效果。本发明根据实际船体机电设备结构，对中间质量结构进行设计及安装，安装灵活性高，在船舶长时间航行过程中有利于更换和维护。
28.(5)通过上面分析，本发明具有承载能力强、结构紧凑、集成度高、中间质量可调节范围大、减振装置高度精确可控、宽频吸振效果好、不易磨损破坏等优点，能随减振系统载荷变化调整中间颗粒阻尼结构，同时实现宽频吸振和特征线谱吸振效果，可以为工业领域、特别是船舶大型机电设备大载荷条件下宽频吸振和线谱吸振难题提供新的解决途径，满足船舶环境的大载荷宽频减振要求。
附图说明
29.图1是本发明实施例提供的含颗粒阻尼器的船用集成减振装置结构示意图；
30.图2是本发明实施例提供的含颗粒阻尼器的船用集成减振装置的一种安装方式；
31.图3是本发明实施例提供的含颗粒阻尼器的船用集成减振装置中间颗粒阻尼结构剖面图；
32.图4是本发明实施例提供的含颗粒阻尼器的船用集成减振装置安装在某机组减振的测试效果图。
33.图中：1、中间囊体；2、上盖板；3、下盖板；4、气囊充放气口；5、颗粒阻尼材料；6、颗粒填充腔；7、颗粒填装口；8、上层减振器；9、机电设备；10、中间颗粒阻尼结构上层盖板；11、中间颗粒阻尼结构下层盖板；12、中间质量。
具体实施方式
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
35.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种含颗粒阻尼器的船用集成减振装置，下面结合附图对本发明作详细的描述。
36.本发明提供的含颗粒阻尼器的船用集成减振装置及其控制方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的含颗粒阻尼器的船用集成减振装置及其控制方法仅仅是一个具体实施例而已。
37.如图1所示，本发明实施例提供的含颗粒阻尼器的船用集成减振装置设置有下层气囊隔振器，下层气囊隔振器与中间颗粒阻尼结构固定安装，中间颗粒阻尼结构内部设置有颗粒填充腔，中间颗粒阻尼结构上侧安装有上层隔振装置，上层隔振装置上侧安装有机
电设备9。下层气囊隔振器由上盖板2、中间囊体1、下盖板3和气囊充放气口4构成；下盖板3安装在船体基础上，下盖板3上侧安装有中间囊体1，中间囊体1上侧安装有上盖板2，气囊充放气口4安装在下盖板3外侧。中间囊体1是囊式结构、膜式结构或气缸活塞式结构。气囊隔振器采用压缩气体实现大载荷承载和隔振功能，其承载范围宽且可调节范围大。其固有频率一般可低于5hz，具有优异的减振性能。中间颗粒阻尼结构由上层盖板10、中间质量12、颗粒填充腔6、颗粒阻尼材料5和下层盖板11构成；中间质量12内部设置有颗粒填充腔6，颗粒填充腔6填充有颗粒阻尼材料5，颗粒填装口7设置在中间质量12外侧，与颗粒填充腔6相连；上层隔振装置为上层减振器8，上层减振器8固定安装在中间颗粒阻尼结构的中间颗粒阻尼结构的上层盖板11上，机电设备9通过上层减振器8支撑。整腔式或分块式颗粒阻尼结构的形状根据实际船舶中间质量12结构确定，在中间质量12结构中内置若干个颗粒阻尼结构。
38.含颗粒阻尼器的船用集成减振装置根据实际减振需求及船舶筏体结构，在筏体内嵌入或空隙内安装，用于支撑机电设备9，中间颗粒阻尼结构中颗粒填充腔6内部填充足量颗粒阻尼材料5，一般填充的颗粒阻尼材料5总质量不超过中间质量的10％。颗粒阻尼材料5颗粒粒径不大于5mm,通常采用2mm颗粒；采用铁基合金材质颗粒，也可采用钨基合金、铅合金、二氧化硅等颗粒，其恢复系数e为0.1-0.9；中间颗粒阻尼结构壳体设置有颗粒填装口7。颗粒填充腔6根据中间质量12设计为圆柱型或长方体型空腔，颗粒填充腔6内填充的颗粒阻尼材料5质量在达到腔体最大填充质量的90％-98％时，可较明显的提升宽频减振效果，并能实现特征线谱吸振。颗粒阻尼材料5在工作过程中，颗粒之间、颗粒与腔壁等频繁碰撞，将上层机电设备9传递至中间质量12的振动能量消耗，实现吸振效果。同时通过调整颗粒阻尼材料5的填充率，实现对隔振模块整体质量比的调整，达到宽频吸振效果。安装在中间颗粒阻尼结构和机电设备9之间的上层减振器8为小型橡胶减振器、钢丝绳减振器、气囊减振器、金属弹簧或液压减振器等任意形式的减振器，用于对上层机电设备的振动实现传递和减振。
39.如图2所示，本发明实施例提供的含颗粒阻尼器的船用集成减振装置根据机电设备9的规格及样式进行安装，安装在机电设备9下侧，实现对机电设备9的支撑作用，并通过安装多个含颗粒阻尼器的船用集成减振装置，增强对机电设备9的振动耗能作用。
40.如图3所示，本发明实施例提供的含颗粒阻尼器的船用集成减振装置的中间颗粒阻尼结构剖面图，由上层盖板10、中间质量12、颗粒填充腔6、颗粒阻尼材料5和下层盖板11构成；当中间颗粒阻尼结构受到上层机电设备9传递的振动时，颗粒阻尼材料5发生颗粒之间、颗粒与腔壁等频繁碰撞，振动能量以颗粒的碰撞耗能和热耗能等耗能形式消耗，达到吸振效果。
41.本发明的工作原理为：含颗粒阻尼器的船用集成减振装置根据实际减振需求及船舶筏体结构，在筏体内嵌入或空隙内安装，用于支撑机电设备9，颗粒填充腔6内部填充足量颗粒阻尼材料5。颗粒阻尼材料5在工作过程中，颗粒之间、颗粒与腔壁等频繁碰撞，将上层机电设备9传递至中间质量7的振动能量消耗，实现吸振效果。同时通过调整颗粒阻尼材料5的填充率，实现对隔振模块整体质量比的调整，实现宽频吸振效果。安装在中间颗粒阻尼结构和机电设备之间的上层减振器8为小型橡胶减振器、钢丝绳减振器、气囊减振器或金属弹簧等任意形式的减振器，用于对上层机电设备的振动实现传递和减振。
42.下面结合具体实验数据对本发明的技术方案作进一步描述。
43.试验测试：
44.采用丹麦的公司的声学与振动测量系统对本实例的船用集成式颗粒减振装置进行测试，在机组下侧安装船用集成式颗粒减振装置，中间质量单元为9000kg，内部颗粒阻尼材料采用2mm的304不锈钢颗粒，总填充质量为953kg，约为中间质量单元的11％，中间质量上层布置上层隔振器，为14只聚氨酯隔振器，下层布置4只气囊隔振器。具体测试结果如图4所示。图4对比了中间质量结构采用集中质量和采用颗粒阻尼结构的减振效果，可以看到，颗粒阻尼减振结构对机组特征线谱及宽频都具有较好的吸振作用。且在特征线谱均有明显的下降，其中应用颗粒阻尼结构后，机组隔振系统线谱吸振最大可以达到12.1db。
45.应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
46.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。