一种动力设备主被动混合隔振装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及船舶振动噪声控制领域，具体而言涉及一种动力设备主被动混合隔振装置及其控制方法。


背景技术：

2.船舶的动力设备振动系统通常包括三部分：振动源，振动传递路径及振动接受结构。振动源可以为船舶发动机、齿轮箱等。为了降低振动对船舶的舱室噪声、水下辐射噪声影响，一般需要进行振动隔离处理。
3.现有技术中，振动隔离指的是在振动的传递途径中加入适当的隔振元件，以减小传递到接收结构的振动强度。振动隔离的技术大致分为被动隔振、主动隔振和主/被动混合隔振三类。被动隔振是在振动传递途径中加入被动元件。单层隔振通常采用一层如弹簧、橡胶、空气弹簧等隔振元件；双层和浮筏隔振通常采用上层隔振元件、中间筏架和下层隔振元件，以减小传递到接收结构的振动强度。被动隔振结构相对简单、易于实现、工作可靠、不额外消耗外界能源，在工程中得到了广泛的应用。
4.主被动隔振是在被动隔振的基础上，并联或串联能产生满足一定要求的执行机构，或者用执行机构代替被动隔振装置的部分或全部元件，通过适当控制执行机构的运动，达到减振的目的。主动隔振对低频振动具有较好的控制效果，参数可调整，适应性强，其不足之处在于主动隔振结构较复杂，而且需要能量输入。
5.在工程实际中，使用主、被动相结合的隔振方法，可以起到互补的作用。特别是当执行机构发生失效，主被动混合隔振装置的被动隔振部分仍然可以正常工作，动力设备隔振装置仍具有一定的隔振效果。
6.随着船舶对隔振效果的要求越来越高，特别是对低频段振动控制效果的要求不断提高，以降低船舶的水下声辐射水平，提升船舶的生命力和隐身性。同时，船舶对动力设备隔振装置的减重、紧凑性要求也在不断提高，以提升整船的重量空间利用率。
7.因此，开展动力设备主被动混合隔振的优化设计是需要解决的技术问题。


技术实现要素：

8.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
9.为了至少部分解决前述的技术问题，本发明提供了一种动力设备主被动混合隔振装置，该隔振装置包括：
10.第一隔振器，所述第一隔振器具有安装动力设备的安装部；
11.中间筏架，所述中间筏架位于所述第一隔振器的下方，其中，所述中间筏架内设置有：
12.至少一个执行机构；
13.至少一个第一传感器，所述第一传感器靠近所述第一隔振器设置；
14.控制箱，所述控制箱分别与所述执行机构和第一传感器，所述控制箱将第一传感器传输的振动信号进行处理，输出特定的控制信号给功放箱；以及
15.第二隔振器，所述第二隔振器位于所述中间筏架的下方。
16.在实施例中，所述中间筏架内还设置有：
17.至少一个第二传感器，所述第二传感器靠近第二隔振器设置，所述第二传感器与所述控制箱连接，所述第二传感器用于将减振后的振动信号传输给控制箱。
18.在实施例中，所述功放箱分别与所述执行机构和所述控制箱连接，所述功放箱用于接收所述控制箱发出的控制信号并将其放大以驱动执行机构。
19.本发明还公开了一种用于如上任意一项所述的动力设备主被动混合隔振装置控制方法，包括步骤：通过第一传感器获取第一振动信号；
20.通过第二传感器获取第二振动信号；
21.控制箱根据所述第一振动信号和第二振动信号控制执行机构。
22.在实施例中，所述控制箱根据所述第一振动信号和第二振动信号控制执行机构的步骤包括：
23.所述控制箱根据第一振动信号和第二振动信号输出控制信号；
24.功放箱接收所述控制信号并将其放大后传输给执行机构；
25.所述执行机构根据放大后的所述控制信号工作。
26.所述控制箱根据第一和第二振动信号输出控制信号。所述执行机构根据放大后的所述控制信号工作并振动。执行机构产生的振动频率跟第一传感器传来的振动频率基本相同的振动，与第二传感器传来的振动幅值相近相位基本相反的振动，进而相抵消，从而实现振动消除，尤其是低频线谱振动的隔离。在节约重量与空间的前提下实现主被动混合隔振，解决了主动隔振装置的安装空间和重量问题，不会额外增加空间与重量。
27.参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
28.针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
29.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本发明的实施例提供的动力设备隔振装置的主视图；
32.图2为本发明的实施例提供的动力设备隔振装置的侧视图；
33.图3为本发明的实施例提供的动力设备隔振装置的中间筏架部分的结构视图；
34.图4为本发明的实施例提供的动力设备隔振装置的中间筏架部分的a方向的视图；
35.图5为本发明的实施例提供的用于所述的动力设备隔振装置的控制方法流程图。
具体实施方式
36.下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本技术所附权利要求所限定的范围内。
37.需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
38.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
39.为了至少部分地解决上述问题，根据本发明的第一方面，参照图1到图4所示，提供了动力设备主被动混合隔振装置10，动力设备主被动混合隔振装置10可以包括：第一隔振器101、第二隔振器102、中间筏架103、执行机构104、第一传感器105、控制箱106、第二传感器107、功放箱108等。动力设备主被动混合隔振装置10可以设置在船舶发动机等动力设备下方，进而对发动机等动力设备工作时产生的振动进行隔离和控制。
40.第一隔振器101可以与发动机的底部或底座通过螺栓固定连接，进而首先衰减发动机产生的振动。第一隔振器101可以包括弹簧、橡胶、空气弹簧等隔振元件。当然，第一隔振器101还可以包括其他吸振材料，本技术对此不做限制。
41.第一隔振器101的下方可以设置有中间筏架103，第一隔振器101的下部可以与中间筏架103的上部连接。中间筏架103可以为金属框架结构，两侧及内部可留有空腔。例如，中间筏架103可以由上面板、肋板、下面板等主要部件焊接或组装而成，具有足够的强度，且中间筏架103的结构也为现有技术，在此不再赘述。中间筏架103上表面与第一隔振器101的下部采用螺栓连接。中间筏架103的下表面与第二隔振器102的上部采用螺栓连接。中间筏架103与各隔振器的安装孔设计为螺纹孔，中间筏架103内部无螺栓及螺母，可方便执行机构104等在中间筏架103内部的安装。根据隔振原理，中间筏架103的重量越重，被动隔振装置的隔振效果越好。
42.现有技术中，中间筏架103主要用于被动隔振，被动隔振由于其设计完成后参数很难更改，理论上只能对设备激励频率√2倍以上的振动起到衰减作用，而且传统的被动隔振由于重量、稳定性和自适应性等方面的限制，因此不太适于对低频线谱振动的隔离。
43.基于此问题，参照图3以及图4所示，本发明的实施例中的中间筏架103内还设置有控制箱106、执行机构104以及第一传感器105。具体的，传感器可以靠近第一隔振器101设置，进而能准确地检测到第一隔振器101所传递的振动频率并以此生成振动信号。优选的，第一传感器105的数量可以为多个，分别布置于中间筏架103的各位置且与第一隔振器101对应设置，即第一传感器105的数量可以为1个或与第一隔振器101的数量一致且第一传感
器105可以分别设置在第一隔振器101的附近，主要用于提取需控制的振动频率。
44.控制箱106分别与执行机构104和各传感器连接，控制箱106用于根据第一传感器105和第二传感器107传输的振动信号控制执行机构104。具体的，控制箱106用于输入信号采集及控制算法的实现，并同步输出控制信号，可以由信号采集及调理、模数转换、数模转换、控制器及控制软件等组成。
45.控制箱106根据第一振动信号和第二振动信号输出控制信号。功放箱108接收控制信号并将其放大后传输给执行机构104。执行机构104根据放大后的控制信号工作并振动。执行机构104产生的振动频率跟第一隔振器101传来的振动频率基本相同的振动，进而相抵消，从而实现振动隔离，尤其是低频线谱振动的隔离。优选的，当执行机构104为多个时，控制箱106就可以根据分别设置在第二隔振器102附近的第二传感器107信号来分别控制各执行机构104。
46.可选的，为了评估中间筏架103主动隔振的效果及提高减振效果，中间筏架103内还设置有至少一个第二传感器107。第二传感器107靠近第二隔振器102设置。第二传感器107与控制箱106连接。第二传感器107用于将减振后的振动信号传输给控制箱106。优选的，第二传感器107的数量可以为多个，分别布置于中间筏架103的各位置且与第二隔振器102对应设置，例如，第二传感器107一般可以布置在第二隔振器102安装位置处，采集振动信号提供给控制箱106，经分析提取控制频率、相位、幅值，然后控制箱106根据第二振动信号调整控制信号进而调整控制箱106的工作，进而优化动力设备隔振装置内中间筏架103的减振效果以及对减振效果进行评价。
47.执行机构104、控制箱106、功放箱108可集成在中间筏架103内部以节约安装空间。控制箱106能根据第一传感器105及第二传感器107控制执行机构104，实现了较好的振动隔离的效果。当控制箱106不工作时，其功放箱108、控制箱106及执行机构104可作为中间筏架质量部分发挥被动减振作用。
48.本发明还提供了一种用于动力设备主被动混合隔振装置的控制方法，参照图5所示，该方法可以包括步骤：
49.s101:通过第一传感器105获取第一振动信号；
50.s102：控制箱106根据第一振动信号和第二振动信号输出控制信号；
51.s103：功放箱108接收控制信号并将其放大后传输给执行机构104；
52.s104：执行机构104根据放大后的控制信号工作；
53.s105：通过第二传感器107获取第二振动信号；控制箱106根据第二振动信号调整控制信号进而调整控制箱106的工作。
54.控制箱106可以根据第二振动信号评价当前的隔振效果，进而调整控制执行机构104的控制信号，进而优化振动效果。
55.本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。