船舶动力设备及推力轴承集成隔振系统设计

    0 引 言

    现代船舶减振降噪面临的主要问题之一是机械噪声过高，大型动力设备噪声以及螺旋桨脉动力引起的推进轴系纵向振动经推力轴承传递到船体，可激发船体强烈的振动［1］。因此，必须采取有效的技术手段进行控制。近年来，国内开发出大载荷气囊隔振器和智能气囊隔振装置技术，有效解决了船舶大型动力设备和推进主机的机械噪声控制问题［2］。    当动力设备噪声得到有效控制后，推力轴承的振动已成为船舶降噪的另一主要噪声源。

    对于推力轴承隔振，由于受轴系纵向静态允许变形量限制，隔振器刚度不能过低，因而固有频率也较高，对轴系低频振动隔离效果有限［3］。此外，螺旋桨推力作用在隔振系统上，隔振装置、推力轴承以及推进轴系会产生较大的位移，使轴系受力状态恶化，对轴系运行安全性造成影响［4］。目前国外已研制出具有位移补偿功能和低噪声的推力轴承，有效隔离了进轴系振动，推力轴承隔振后，隔振系统与轴系相对位移得到了较好的补偿［5］。

    1 集成隔振系统设计构想

    本文提出将船舶主要动力设备与推力轴承安放在同一公共基座上，基座用固有频率低、横向大刚度隔振器与船体连接，分别在垂向、横向、纵向均布隔振器，垂向隔振器用来支撑主要动力设备及推力轴承重量，纵向隔振器与横向隔振器保证隔振装置与推进轴系运行稳定，并承担部分螺旋桨推力 ( 见图1) 。集成隔振系统可将推力轴承对船体的集中力转化为各个隔振器对船体的分散作用力，不仅可有效地隔离动力设备和推力轴承振动，并使推力轴承受螺旋桨推力产生的变形很小，从而维持推力轴承和轴系的正常工作。

    开展集成隔振系统设计研究要解决的关键问题是螺旋桨推力与隔振系统刚度特性匹配设计，主要包括: 系统可有效隔离由螺旋桨脉动力引起的轴系振动; 船舶各种运行工况下，系统位移满足轴系运行安全性要求。

    2 集成隔振系统力学模型

    建立坐标系，如图2 所示，忽略船舶基座的运动和隔振器角刚度的影响［6］，得到系统六自由度模型:

M x··p+ Kxp= F。 ( 1)

    其中: xp=［xp，yp，zp，α，β，γ］T为系统重心在 x，y，z 坐标方向的位移和系统绕 x，y，z 坐标轴的转动角度; F =［Fx，Fy，Fz，Mx，My，Mz］T为系统所受外界力分解后合成的列向量; M 为系统质量矩阵; K 为系统总刚度矩阵，由隔振器的刚度经坐标变换后集合而成。