[发明专利]电磁式船舶轴系纵向振动主动控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的装置，具体是一种电磁式船舶轴系纵向振动主动控制装置。

背景技术

船舶螺旋桨在艉部不均匀伴流场中运动时会产生窄带周期和宽频随机激振力，这些激振力一方面通过流体传递到船体表面，激起船体产生振动，另一方面通过轴系传递到轴承基座并引起船体振动。特必是后者，在船舶低速航行时常常导致船体振动超标，会严重降低人员舒适性，甚至引起船体结构发生破坏。因此，如何有效控制和减缓螺旋桨激振力引起的轴系和船体振动是船舶设计者十分关注的问题。

从振动控制基本原理出发，通常可采用三种方式对螺旋桨激振力引起的轴系和船体振动进行控制：减小螺旋桨激振力的输入、控制振动的传递路径以及降低船体的振动响应。受限于船舶动力性能的要求，目前采用的大斜侧桨在减少螺旋桨激振力输入方面已几乎达到极限，很难有进一步提高；而以降低振动响应为目的对船体进行改动通常会牵涉到除船舶结构动态性能外的多个面，实施的难度大且工期长；因而在振动传递路径上进行控制是目前最具工程实用意义的技术途径。

经过对现有技术的检索发现，目前在船舶轴系振动传递路径的控制方面主要采用包括阻尼器(基座)、动力吸振器及轴系纵振隔振器等被动控制方法。其中阻尼器仅对共振峰的作用比较明显，总体效果则比较有限；例如曹贻鹏，张文平，使用动力吸振器降低轴系纵振引起的水下结构辐射噪声研究，哈尔滨工程大学学报，2008，v28，p747-754，以及刘耀宗，王宁等，基于动力吸振器的潜艇推进轴系轴向减振研究，振动与冲击，2009，V28，p184-188中分别分析的轴系动力吸振器主要对单频或双频激励有效，但对多频激励或当转速变化时则无法适应；进一步检索发现，A.J.H.Goodwin，“The deign of a resonance changer to overcome excessive axial vibration of propeller shafting”，Institute of Marine Engineers-Transactions 1960，V72，p37-63【A.J.H.Goodwin，海洋工程研究所学报，抑制螺旋桨轴超标轴向振动的共振变换器设计，1960，V72，p37-63】以及]S.Merz，R.Kinns and N.Kessissoglou，Eeffect of a submarine shaft resonance changer in the presence of fluid forces，7th Europe conference on the structural dynamics，2008，Southampton，UK【S.Merz等，考虑流体力时潜艇轴系共振变换器的效果分析，第7届欧洲结构动力学年会，2008，英国，南安普敦】中记载了轴系纵振变换器的应用，但出于对隔振系统动态特性的基本要求，需选择刚度不太大的隔振装置，一般都会降低传动轴系的刚性，从而降低整个推进装置的可靠性，对轴系及推力轴承的对中性能也有更高要求，实际应用起来非常困难。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种电磁式船舶轴系纵向振动主动控制装置，通过连接在中间轴上的惯性式电磁作动器施加反向控制力在轴系上，以推力轴承基座上的振动加速度作为反馈控制信号，来抑制从螺旋桨传递到轴系上的激振力，有效降低轴系纵向振动从而最终降低船体结构振动响应。该装置作用在传动轴系的中间轴上，直接控制传动轴系的振动，避免了一般对轴承基座进行控制时导致的螺旋桨振幅放大的缺点；采用作动器与轴系并联的布置形式，不会改变动力传动系统本身的刚度特性；采用惯性作动元件，不产生任何附加的作动力在基座或船体上；运用适当的控制算法时，不仅对低频线谱有效，同时对宽带随机激励也有较好的控制效果。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：加速度传感器、转速计、信号分析及控制模块、功率放大器和电磁作动器，其中：加速度传感器和转速计分别布置于推力轴承基座和中间轴上并将测量得到的基座振动加速度电信号和轴系的光电信号输出至信号分析控制模块，信号分析及控制模块接收振动加速度电信号及光电信号并进行频谱分析和特征信号提取，并根据相应的控制算法生成动作控制信号输出至功率放大器进行放大，电磁作动器设置于中间轴上并接收放大后的控制信号以产生相应的纵向作动力作用在中间轴，实现轴系的纵向振动的控制。