[发明专利]一种全回转舵桨双层减振装置及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全回转舵桨双层减振装置及其设计方法，尤其涉及一种全回转舵桨装置的垂向、横向、纵向、扭转方向及其耦合振动的减振技术，属于船舶设备减振技术领域。

背景技术

全回转拖轮是指在原地可以360°自由旋转的拖轮，这种船舶的转向灵活，回旋半径小，能在原地打转，操作方便灵活,控制性能好，可在较短时间内把船停住，适宜在有限水域操纵。通常情况下，该类船舶是无舵双桨，在靠离码头、协助大船靠离泊等作业中，能通过调整两桨的角度和转速使拖轮作任意方向的运动。在缓流无船速的情况下可横移，对本船靠离泊十分有用。倒车时只要调节螺旋桨方向，比前进更灵活。其艉部形状较简单，所受流体阻力较小，并且在其推进器发生故障时可以将整机从机舱吊出而不需要进坞，使维修工作大大简化，增加了船舶柴油机的使用寿命。

全回转拖轮正朝着大功率、高性能方向发展。设计制造适应现代大型船舶要求的大功率、高性能全回转拖轮，是全回转拖轮的主要发展方向。由于全回转拖轮的工作使命及功能要求，对机舱动力装置的动力性能、可靠性、操纵性提出了很高的要求。全回转拖轮的动力设备种类及数量众多，功率大，在机舱内部布置紧凑，舱室振动噪声问题较为突出，在全负荷工况时主机舱内噪声达到110dB(A)左右。由于船型的特殊性，生活舱室距离主要振动噪声源机舱和舵机舱的距离较近，机舱和舵机舱的振动噪声很容易传递到全回转拖轮的各个主要生活舱室，其振动噪声往往超过国内外的标准许用值，严重影响船员的正常生活。

机舱内的主机、轴系和舵机舱的全回转舵桨装置，是全回转拖轮的主要振动源。全回转舵桨装置往往采用刚性安装的方式直接安装在舵机舱船体基座上。一方面，由于全回转舵桨装置内部安装的减速齿轮、换向装置、液压马达等部件在运动的过程中不可避免地产生振动激振力，然后通过安装基座传递到舵机舱及拖轮的各个舱室；另一方面，机舱主机、轴系及各种辅机的振动也会通过船体结构传递到全回转舵桨装置，影响舵桨装置的可靠运行。

申请号为CN201210154326.0，名称为“舵桨降噪减振安装结构”的发明专利，公开了一种舵桨降噪减振安装结构，舵桨与船体井座配合的安装面设有隔振器，隔振器支撑于船体井座上并与船体井座联接，舵桨与船体井座之间连接有密封垫。该安装结构能很好的减弱与吸收舵桨的振动和噪声，提高船舶航行时的舒适性，尤其适合对航行过程中振动和噪声有特定要求的船舶。虽然在全回转舵桨装置与舵机舱基座的安装面之间安装减振器，在理论上可以减少舵桨装置之间的振动传递。然而，即使对一个主机功率680kW，转速1000r/min的轴系，由于船舶航行时水流对螺旋桨产生100kN量级的推力(反作用力是螺旋桨产生的推力)，该推力作用在螺旋桨的轴心位置，低于全回转舵桨装置与舵机舱基座安装面1.5米量级的距离，形成的扭矩会引起减振器产生约10mm量级的变形；同时，在舵桨装置输入轴的扭矩和螺旋桨轴的扭矩作用下，会引起减振器产生更大的变形。这种变形会引起船舶传动轴系与舵桨装置的输入轴之间产生不对中，从而影响船舶主推进轴系的正常运行。在这种安装方式下，为了减少减振器的变形，不得不选用刚度很大的减振器，如为了使减振器的变形量控制在4mm以内，减振器的刚度将是常规选型时的5倍以上，导致舵桨装置垂向的固有频率在20Hz以上，根据隔振理论可知其仅对1.4倍以上频率的扰动力才具有减振效果，而舵桨装置隔振系统的横摇和纵摇的固有频率更是达到60Hz以上，隔振系统如此高的固有频率，严重影响着舵桨装置隔振系统的减振效果。

因此，减少舵桨装置隔振系统中隔振器的静变形量，并降低隔振系统的固有频率，成为舵桨装置隔振设计的难题。由于舵桨装置受到多个激励力的同时作用，采用传统的单层隔振系统的隔振方式(传统减振设计时将多个减振器安装在单一平面内)，难以同时控制舵桨装置减振器变形量和控制隔振系统固有频率。

发明内容

本发明目的在于克服难以同时控制舵桨装置减振器变形量和控制隔振系统固有频率的矛盾，为实现在控制减振器变形量的同时提高隔振系统的减振效果，所发明的一种全回转舵桨双层减振装置。