[发明专利]一种用于船舶推进轴系振动的双向主动电磁控制系统

说明书

本发明公开了一种用于船舶推进轴系振动的双向主动电磁控制系统，控制系统安装在船舶推进轴系上，船舶推进轴系包括弹性联轴器、船舶动力装置、轴承基座、径向轴承、螺旋桨和推力轴承，上述部件沿着推力轴系轴向分布，推力轴承位于轴承基座上，用于将船舶动力装置中的动力传输到螺旋桨上；控制系统包括双向主动电磁控制组件，双向主动电磁控制组件安装在推力轴承的基座上，用于根据轴向振动进行双向施加轴向力，减少轴系运转过程中带来的轴向振动。本发明通过安装在推力轴承基座上的双向主动电磁控制器来施加作用力，双向主动电磁控制器的独特性能可以满足螺旋桨的独特要求，并在控制轴系激励方面有效，在操作期间没有磨损，维护保养成本低。

技术领域

本发明属于船舶与海洋工程技术领域，具体涉及一种用于船舶推进轴系振动的双向主动电磁控制系统。

背景技术

对于直接传动形式的船舶而言，主推进轴系是其动力装置必不可少的组成部分，包括从主机输出端推力轴承到推进器之间的传动轴以及轴上的附件。主推进轴系作为扭矩推力的转换装置，其主要功能是将船舶主机发出的功率传递给螺旋桨，使螺旋桨产生转动，同时又将螺旋桨旋转时产生的推力传递给船体进而推动船舶航行。

船舶推进轴系是一个连续弹性体，螺旋桨在不均匀的尾流场中旋转产生的不均匀推力以及主机装置产生的不均匀轴向力，使推力轴系产生不均的轴向位移，这种现象便是船舶上常见的推力轴系轴向振动。船舶推进轴系轴向振动会导致主机、传动装置和轴系的故障，如采油机曲轴弯曲疲劳损坏、推力轴承松动以及传动齿轮的磨损等，严重的还会导致机架振动，并且引起船舶上层建筑的振动。很多民用实船测试表明，推进轴系的轴向振动是引起上层建筑纵向振动的主要原因之一。

减小振动的方法一般分为主动控制和被动控制。振动被动控制技术由于不需要外界提供能量，装置结构简单，易于实现，经济型和可靠性好，且在许多工程场合下对较宽频率范围内的振动均有较好的控制效果。但是随着舰船和潜艇的隐身性能要求的逐步提高，振动被动控制的局限性逐渐暴漏出来。例如隔振器的阻尼对提高隔振效果不利，同时过低的系统频率需要较低的刚度配合，会导致静变形过大和失稳问题。但是振动主动控制可以自动跟踪外扰频率变化，可以有效控制低频振动，具有效果好、适应性强等潜在优势。

振动主动控制是在现代理论控制基础上发展起来的，其发展大致分为三个阶段：初级阶段(上世纪80年代)主要是主动控制理论算法研究，分析结构主动控制的方法和效果；第二阶段(上世纪90年代)是结构振动主动控制试验研究阶段，研究各种作动器和制动器；第三阶段(上世纪90年代后至今)是工程应用阶段。

舰船动力装置的低频振动线谱能量较大，是振动主动控制技术在船舶工程领域内的主要应用对象。上世纪80年代，神户大学就研制出船用柴油机双层主动隔振装置，已应用于实船并取得良好的隔振效果；川崎重工采用电磁式主动执行机构代替液压伺服机构，研制针对柴油发电机组的主动隔振技术；瑞典和澳大利亚的学者对舰船的主、辅机主动消振技术进行相关研究，通过拾取振源的转速和相位，驱动电机带动二个反向旋转的偏置质量产生频率、大小及相位可自动调节的主动控制力对主、辅机的振动进行主动控制，研制的电磁式和电动式主动控制作动器已用于控制舰船舰部甲板、动力装置和浮筏的低频振动。国内哈尔滨工程大学动力装置工程技术研究所对舰船主辅机动力装置主动隔振和主动吸振技术、海水泵主动隔振技术、管路主动吸振技术和甲板类结构主动消振技术等进行过相关理论与试验研究，并研制出多种主动控制作动器。

就目前而言，船舶推进轴系振动的主动控制主要存在以下问题：不能满足螺旋桨的独特要求，也不能有效地控制轴系激励，存在较大的磨损，维护保养成本高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于船舶推进轴系振动的双向主动电磁控制系统，该系统通过安装在推力轴承基座上的双向主动电磁控制器来施加作用力，双向主动电磁控制器的独特性能可以满足螺旋桨的独特要求，并在控制轴系激励方面有效，在操作期间没有磨损，维护保养成本低。

为此，本发明采用了以下技术方案：