一种船舶主机的减振装置及制造方法与流程

专利2022-05-09  3


本发明属于船舶振动技术领域,涉及一种船舶的减振方法,尤其涉及一种船舶主机的减振装置及制造方法。



背景技术:

船舶航行过程中,主机、发动机、螺旋桨、侧推以及一些辅助机械设备在正常运转过程中会产生很大的动力,当激励频率和船舶结构固有频率非常接近时,船体结构会产生响应,从而与其一起发生共振。

共振会给船舶带来的危害如下:1.船体结构由于共振导致结构变形或损坏影响船舶安全;2.降低设备及仪表的使用精度及寿命;3.影响舒适度,危害船员身体健康,影响工作效率;

船舶舱室振动影响到设备的可靠性、结构的安全性及人员的舒适性,致使船舶舱室振声环境计算与减振降噪越来越引起船舶行业的关注。国际标准化组织(iso)制定的《商船振动综合评估指南》不断修改升级,国际海事组织(imo)通过更严格的《船上噪声等级规则》,这对船舶舱室振动噪声(nv)控制水平提出新的挑战。

主机作为船舶振动最主要的振动源之一,其主要激振力由部件运转产生的惯性力和气缸内燃气压力变化产生。而这种激振力又可能导致柴油机机架振动,严重的柴油机机架振动会导致拉杆螺栓松动断裂。当主机选型主参数一旦确定后,其固有频率就相当于确定了,因此合理选择结构形式,减小激振力对船体振动的影响是本发明所需要解决的问题。



技术实现要素:

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种船舶主机的减振装置,结构设计简单合理,安装牢固稳定,能有效降低主机振动力传递,从而达到室内环境、噪声和振动的舒适度要求。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种船舶主机的制造方法,能有效降低船舶主机的振动力传递、减振效果显著。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为:一种船舶主机的减振装置,其特征在于:包括焊接在主船体结构上的箱体,箱体是由上顶板、下底板、前后二块纵向结构板和左右二块侧向板焊接而成,其中后侧的纵向结构板设于与主机顶撑连接的位置,其长度方向与主机机体方向平行,箱体内、前后二块纵向结构板之间间隔设置有若干横向隔板和水平隔板,横向隔板的前后两端与纵向结构板的内壁焊接固定,横向隔板的上下两端分别与上顶板和下底板焊接固定,水平隔板设于箱体内中间位置,水平隔板是由多块小片体组成,水平隔板与纵向结构板及横向隔板焊接固定。

作为改进,所述纵向结构板的厚度为11~13mm,后侧的纵向结构板可以是单独的板,也可以将其作为主船体结构的一部分,前侧的纵向结构板上设有人孔和减轻孔。

进一步,所述横向隔板为均匀间隔设置,横向隔板的厚度为18~22mm,其中安装在主机顶撑位置的横向隔板的板厚中心与主机顶撑的中心位置对齐。

再进一步,所述横向隔板之间的间距按照船体的纵骨间距来设定。

进一步,所述水平隔板的厚度为18~22mm,其板厚中心与主机顶撑的中心在同一直线上。

进一步,所述后侧的纵向结构板的外侧面焊接有用于局部位置主机顶撑加强的垫板,另外垫板数量可以根据主机厂家顶撑布置,垫板的厚度为纵向结构板厚度的1.2~1.8倍,优选1.5倍,垫板的中心与横向隔板的中心及水平隔板的中心对齐。

最后,所述上顶板为单独的一块板与主船体平台结构焊接在一起,或者也可采用船体结构的平台板作为上顶板。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为:一种采用上述减振装置的船舶主机的制造方法,其特征在于包括以下步骤:

1)将下好料的上顶板吊至事先制作好的胎架上,在上顶板的板架上用线弹出横向隔板、纵向结构板及侧向板的位置;

2)将横向隔板按照画好的线依次定位到上顶板上,核查定位数据无误后,将横向隔板与上顶板相连的部分焊接固定;

3)将水平隔板定位到横向隔板之间,水平隔板由多块小片体组成,安装时需将小片体保持在同一高度,同时水平隔板的高度位置需要和主机顶撑的中心位置保持一致,待上述数据核查完毕后,将水平隔板点焊在横向隔板上;

4)定位侧向板,将侧向板与纵向结构板相连的部分焊接固定;

5)事先将横向隔板和水平隔板的位置在纵向结构板上弹好粉线,然后将纵向结构板定位到上顶板上,核查水平隔板、横向隔板是否在预先划定的粉线上,调整到位后,将相交的位置焊接起来,包括之前仅定位的侧向板部分;

6)封下底板;

7)找出主机顶撑的位置,将箱体整体焊接到主船体结构上;

8)将垫板安装到纵向结构板上,校核主机顶撑数据,看其中心位置是否和横向隔板及水平隔板中心在同一位置上,然后将主机顶撑和垫板焊接在一起。

与现有技术相比,本发明的优点在于:依托对结构的全船频率减振控制技术的方案研究模拟和计算,优化舱室结构,在主船体结构上焊接箱体式减震装置,通过结构修改将固有频率错开共振,从而达到减振的效果。本发明的减振装置结构合理、安装牢固稳定,减振效果显著,能有效降低主机振动力传递,从而达到减振降噪的目的,同时确保船体结构的稳定性,提高人员舒适度。

附图说明

图1是本发明提供的减振装置的结构示意图;

图2是前侧的纵向结构板的结构示意图;

图3本发明提供的有限元模型;

图4为减振装置对船舶主机的减振效果影响对比图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1~2所示,一种船舶主机的减振装置,包括焊接在主船体结构上的箱体,箱体是由上顶板4、下底板5、前后二块纵向结构板1和2和左右二块侧向板3焊接而成,其中后侧的纵向结构板2设于与主机顶撑8连接的位置,其长度方向与主机机体方向平行,箱体内、前后二块纵向结构板1和2之间间隔设置有若干横向隔板6和一水平隔板7,横向隔板6的前后两端与纵向结构板1和2的内壁焊接固定,横向隔板6的上下两端分别与上顶板4和下底板5焊接固定,水平隔板7设于箱体内中间位置,水平隔板7是由多块小片体组成,水平隔板7与纵向结构板1和2及横向隔板6焊接固定。

具体结构为:本实施例的纵向结构板1和2的厚度为12mm,后侧的纵向结构板2通常作为主要支撑件使用,可以是单独的板,也可以将其作为主船体结构的一部分,前侧的纵向结构板1主要作用基本上和后侧的纵向结构板2相同,前侧的纵向结构板1开设有人孔和减轻孔11,人孔用于箱体内部的焊接,油漆以及将来的检修。

横向隔板6为均匀间隔设置纵向结构板1和2之间,通过焊接与纵向结构板1和2连接在一起;横向隔板6之间的距离通常按照船体的纵骨间距来设定,其中安装在主机顶撑8位置的横向隔板6的板厚中心与主机顶撑8的中心位置对齐,且横向隔板6上不允许开设任何的减轻孔,以便保证横向隔板6提供足够的强度。横向隔板6和水平隔板7是本装置中最重要的构件,板厚需增加,本实施例的横向隔板6和水平隔板7的厚度均为20mm,其板厚中心与主机顶撑8的中心在同一直线上。由于水平隔板7被横向隔板6分割开来,故水平隔板7是由多块小片体组成,小片体均在同一水平面上且高度一致,小片体通过双面连续焊与横向隔板6焊接固定,水平隔板7的作用主要是承受主机顶撑8传递的压力以及防止纵向结构板1和2、横向隔板6弯曲,水平隔板7上不允许开设减轻孔。侧向板3与上顶板4和下底板5焊接,主要是将该箱式边缘封起来。上顶板4是设在最顶部的结构件,与横向隔板6、侧向板3焊接在一起。上顶板4可以为单独的一块板与主船体平台结构焊接在一起,或者也可采用船体结构的平台板作为上顶板4。

后侧的纵向结构板2的外侧面焊接垫板9,垫板9的作用是用于局部位置主机顶撑8加强,垫板9的厚度为纵向结构板1和2厚度的1.5倍,垫板9需要牢固的焊接在后侧的纵向结构板2上,垫板9的中心与横向隔板6的中心及水平隔板7的中心对齐。

一种采用上述减振装置的船舶主机的的减振方法,包括以下步骤:

1)将下好料的上顶板4吊至事先制作好的胎架上,在上顶板4的板架上用线弹出横向隔板6、纵向结构板1和2及侧向板3的位置;

2)将横向隔板6按照画好的线依次定位到上顶板4上,核查定位数据无误后,将横向隔板6与上顶板4相连的部分焊接固定;

3)将水平隔板7定位到横向隔板6之间,水平隔板7由多块小片体组成,安装时需将小片体保持在同一高度,同时水平隔板7的高度位置需要和主机顶撑8的中心位置保持一致,待上述数据核查完毕后,将水平隔板7点焊在横向隔板6上;

4)定位侧向板3,将侧向板3与纵向结构板1和2相连的部分焊接固定;

5)事先将横向隔板6和水平隔板7的位置在纵向结构板1和2上弹好粉线,然后将纵向结构板1和2定位到上顶板4上,核查水平隔板7、横向隔板6是否在预先划定的粉线上,调整到位后,将相交的位置焊接起来,包括之前仅定位的侧向板3部分;

6)封下底板4;

7)找出主机顶撑8的位置,将箱体整体焊接到主船体结构上;

8)将垫板9安装到纵向结构板1和2上,校核主机顶撑8数据,看其中心位置是否和横向隔板6及水平隔板7中心在同一位置上,然后将主机顶撑8和垫板9焊接在一起。

本实例在实际设计过程中从节约原材料和施工方便的角度考虑,没有单独设计上顶板4,直接用船体平台板作为上顶板4。

本实例在实际设计过程中,为节省材料,后侧的纵向构件纵向结构板2合理利用了原有结构,用机舱的纵向壁板替代了后侧的纵向构件纵向结构板2。

本发明的设计原理为:针对船舶舱室局部振动能量的扩散控制开展研究,在舱室设计初期,重点考虑机舱机械控制处所类舱室的结构设计。比较有效的消除结构共振的办法是通过结构修改将固有频率错开共振,如果涉及到结构修改,首先用结构数值模型来检验和模拟已经存在的激励振动特性。

对不同压载状态下的激励振动频率初始数值模型模拟的计算结果进行分析得出:船舶舱室结构低阶模态显示出良好的整体性,在较高频段内以局部模态为主,结构表面声辐射的强度与结构振动模态有关,以调整优势模态或采用阻尼的办法抑制优势模态,从而达到降低噪声的目的。然后参考该模型数值计算,对后续的改进方案可行性进行设计和评估。

未实施该减振装置前,压载工况下,通过有限元建模分析可以看出上建区域整体振动超标,图片中显示深黄色,红色和紫色部分为超标部分(根据规范,一些区域虽然显示为超标,但是其不在规范考虑范围之内,本部分不作详细说明,具体以规范为准),其中上建部分最高的振动方向为横向方向。根据规范iso6954_2000要求,上建生活区域振动速度应小于6.0mm/s。针对以上存在的问题,在实施上述结构式减震装置后,上建振动得到了改善,振动值从原来的不满足要求下降到了规范允许范围内,即图4中深黄色部分变成了浅黄色,因为图片颜色限制,就是深色部分变成浅色部分。有效的控制了振动对上建区域造成的不利影响。

通过有限元分析模型(图3)及结果分析对比(图4)可以看出,船体主机区域的振动得到了明显的改善,上建楼层振动值从之前的不满足要求下降到了可控制范围。

通过比较,可以看出本发明的减振方法效果显著,本发明的减振装置对上建居住处所减振起到了很好的作用,对降低船舶主机的振动产生积极的效果。

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