一種用于消除低頻噪聲的裝置及帶有該裝置的船舶的制作方法

本發明涉及減震領域，具體涉及一種用于消除低頻噪聲的裝置及帶有該裝置的船舶。

背景技術：

蒸汽動力設備由于具有單機功率高、體積大小合適的優點，因此成為大型船舶的主要動力源。

蒸汽動力設備的蒸汽輪機及其輔助機械設備在運行過程中會發生振動，該振動不僅會通過船體傳遞，影響船體的環境，當船體中存在精細手術、精密實驗或者其他環境要求比較嚴酷的場合時，會造成嚴重的損害；同時，蒸汽動力設備的振動會產生噪音，使得船員處于噪音環境中，容易影響船員的身心健康，且長期生活在高噪聲環境中會增加職業損傷的風險。

目前，為了降低蒸汽動力設備的振動對船舶環境的影響，通常采用隔振器、大型隔振裝置、機械設備集成、低噪聲設計等技術手段，能夠有效控制頻率較高的振動和其帶來的噪聲，但是，該手段用于設備運行的軸頻、葉頻或者倍周期分岔頻率等頻率較低的特征線譜振動時，效果較差。

為了控制低頻噪聲，現階段采用主動振動控制方法或動力吸振器，主動振動控制方法適應的頻率較寬，并且能夠自適應調整控制的頻率，但是該方法的技術應用尚不穩定，執行器的功率較低、體積較大，不僅占用大量的空間，而且難以有效降低大型船舶的低頻噪聲。

動力吸振器針對單個特征頻率具有良好的效果，但是其屬于窄頻控制，一旦激勵頻率發生偏移，動力吸振器的效果會急劇下降甚至起反作用，不適用于頻率較寬的環境使用。

同時，主動振動控制方法所使用的設備和動力吸振器均是額外增加船舶的設備配置，不僅需要占用船體有限空間及有效載荷，而且會增加維修保養的難度。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種用于消除低頻噪聲的裝置及帶有該裝置的船舶，能夠在不增加船舶設備配置的情況下，有效控制低頻振動。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是：

一種用于消除低頻噪聲的裝置，包括：

支撐機構，其用于支撐動力設備，且動力設備與支撐機構之間設置有隔振器；

固定底座，其位于支撐機構下方，且通過緩沖機構與支撐機構相連接；

質量可調減震機構，其通過彈性機構固定在支撐機構的底部，所述質量可調減震機構能夠根據動力設備的振動頻率改變質量大小；

檢測控制機構，其用于檢測動力設備的振動頻率，并根據當前振動頻率改變質量可調減震機構的質量。

在上述技術方案的基礎上，所述支撐機構的質量為m₁、剛度為k₁、振動位移為x₁，所述質量可調減震機構的質量為m_L、剛度為k₂、振動位移為x₂；

當動力設備簡諧振動為F＝F₀sin(ωt)時，F₀為振幅，ω為動力設備的角頻率，t為時間，所述支撐機構在動力設備的簡諧激勵下的的振動位移為公式一：

為抵消動力設備的振動，質量可調減震機構的頻率與動力設備的振動一致，支撐機構的振動位移x₁為0，根據公式二計算m_L：

在上述技術方案的基礎上，當動力設備的角頻率ω發生改變時，根據公式二計算出角頻率ω改變后相對應的m_Lˊ，并根據△m＝(m_Lˊ-m_L)計算質量可調減震機構理論上需要改變的質量，當△m為正數時，增加質量可調減震機構的質量；當△m為負數時，減小質量可調減震機構的質量。

一種帶有用于消除低頻噪聲的裝置的船舶，所述船舶上安裝有用于消除低頻噪聲的裝置，所述質量可調減震機構為質量可調液箱，所述檢測控制機構包括數據采集器、油量控制器和若干振動傳感器，所述振動傳感器與數據采集器相連并將當前振動數據傳輸至數據采集器，所述數據采集器通過油量控制器控制質量可調液箱內液體的質量。

在上述技術方案的基礎上，所述油量控制器包括進油泵、出油泵和備用液箱；

所述檢測控制機構與進油泵、出油泵相連接，用于控制進油泵、出油泵的運行；所述備用液箱通過進油泵、出油泵與質量可調液箱發生油液交互。

在上述技術方案的基礎上，所述質量可調液箱中設置有液位傳感器，且所述液位傳感器與數據采集器相連接。

在上述技術方案的基礎上，所述質量可調液箱和備用液箱均為船舶上的備用油箱。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

(1)本發明的一種用于消除低頻噪聲的裝置，在固定底座的底部設置質量可調減震機構，根據固定底座的實時振動頻率，調整質量可調減震機構的質量，達到較好的調頻效果，實現較寬的頻率上控制激振頻率的作用，對動力設備產生的激振頻率振動進行抑制。本發明不僅具有低頻控制的能力，而且能夠在一定范圍內進行調頻，并且不增加船舶上新的機械設施，具有簡單并且易實現的優點。

(2)本發明中用于消除低頻噪聲的裝置及帶有該裝置的船舶，根據動力設備的實時振動頻率，調整液體的質量，形成可自適應調頻的結構，以抑制激勵頻率的振動，改變了動力吸振結構固有的抑振頻率窄并且不可調的缺點，同時采用船舶上的固有設備，不增加船舶的載荷，也不占用額外的空間，能夠在不增加船舶設備配置的情況下，有效控制低頻振動，具有較好的實用性、可行性和良好的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明實施例中用于消除低頻噪聲的裝置的結構示意圖；

圖2為本發明中未安裝消除低頻噪聲的裝置的船舶的結構示意圖；

圖3為本發明實施例中帶有用于消除低頻噪聲的裝置的結構示意圖；

圖4為圖3的剖視圖。

圖中：1-支撐機構，2-動力設備，3-隔振器，4-固定底座，5-緩沖機構，6-質量可調減震機構，7-彈性機構，8-檢測控制機構，9-質量可調液箱，10-數據采集器，11-油量控制器，12-振動傳感器，13-進油泵，14-出油泵，15-備用液箱。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。

參見圖1所示，本發明實施例提供一種用于消除低頻噪聲的裝置，包括一支撐機構1，其用于支撐動力設備2，且動力設備2與支撐機構1之間設置有隔振器3，隔振器3可以為一個或者多個，具體數量根據動力設備2的實際需要進行設置。

一固定底座4，其位于支撐機構1的下方，且通過緩沖機構5與支撐機構1相連接，在實際情況中，固定底座4可以為基座或者其他質量較大且穩定性較高的機構。

一質量可調減震機構6，其通過彈性機構7固定在支撐機構1的底部，質量可調減震機構6能夠根據動力設備2的振動頻率調整自身質量大小。

一檢測控制機構8，其用于實時監測動力設備2的振動頻率，并根據當前振動頻率控制質量可調減震機構6調整其質量，本實施例中，質量可調減震機構6內的介質為液體，檢測控制機構8包括設置在動力設備2上的若干振動傳感器12和至少兩個調節泵，調節泵用于將質量可調減震機構6中的介質泵入或泵出，以調整質量可調減震機構6的質量。

在實際使用中，當支撐機構1的質量為m₁、剛度為k₁、振動位移為x₁，質量可調減震機構6的質量為m_L、剛度為k₂、振動位移為x₂。

在動力設備2按照簡諧振動為F＝F₀sin(ωt)振動時，其中，F₀為振幅，ω為動力設備2的角頻率，t為時間，支撐機構1在動力設備2的簡諧激勵下的的振動位移為公式一：

為抵消動力設備2的振動，質量可調減震機構6的頻率必須與動力設備2的振動一致，才能達到減震效果，支撐機構1的振動位移x₁為0，根據公式二計算m_L：

此時的m_L為質量可調減震機構6的初始質量。

當動力設備2在運行過程中，其角頻率ω發生改變時，根據公式二計算出角頻率ω改變后相對應的m_Lˊ，并根據△m＝(m_Lˊ-m_L)計算質量可調減震機構6理論上需要改變的質量，當△m為正數時，增加質量可調減震機構6的質量；當△m為負數時，減小質量可調減震機構6的質量。

本發明中用于消除低頻噪聲的裝置可以用于船舶、工廠等需要消除低頻噪聲的場所，其中，質量可調減震機構6可以使用船舶和工廠中的備用油箱、儲水罐等已有的設備，并配合水泵或者油泵進行質量的調整。

參見圖2、圖3和圖4所示，本發明還提供一種帶有用于消除低頻噪聲的裝置的船舶，船舶上安裝有用于消除低頻噪聲的裝置，固定底座4為筏架，質量可調減震機構6為質量可調液箱9，檢測控制機構8包括數據采集器10、油量控制器11和若干振動傳感器12，振動傳感器12安裝在固定底座4上，用于采集固定底座4的振動數據，振動傳感器12與數據采集器10相連并將當前振動數據傳輸至數據采集器10，數據采集器10通過油量控制器11控制質量可調液箱9內液體的質量，本實施例中的質量可調液箱9和備用液箱15均為船舶上的備用油箱。

本發明根據動力設備2的實時振動頻率，調整液體的質量，形成可自適應調頻的結構，以抑制激勵頻率的振動，改變了動力吸振結構固有的抑振頻率窄并且不可調的缺點，同時采用船舶上的固有設備，不增加船舶的載荷，也不占用額外的空間，能夠在不增加船舶設備配置的情況下，有效控制低頻振動，具有較好的實用性、可行性和良好的應用前景。

油量控制器11包括進油泵13、出油泵14和備用液箱15，檢測控制機構8與進油泵13、出油泵14相連接，用于控制進油泵13、出油泵14的運行；備用液箱15通過進油泵13、出油泵14與質量可調液箱9發生油液交互，且本實施例的質量可調液箱9中設置有液位傳感器，且液位傳感器與數據采集器10相連接。

在實際使用時，振動傳感器12采集固定底座4的實時振動數據并發送至數據采集器10，數據采集器10分析振動數據，并計算其振幅相對于初始狀態是否發生變化，當發生變化時計算△m，并控制進油泵13/出油泵14開啟，泵入/泵出質量可調液箱9中的油液，增加/減小質量可調液箱9的質量，以使得質量可調減震機構6的頻率與動力設備2的振動一致，達到減震效果。

本實施例中，彈性機構7均選用氣囊隔振器或者彈簧隔振器，用于連接、支撐質量可調減震機構6的重量，并與質量可調減震機構6組成彈簧——質量吸振系統。當選用氣囊隔振器時，還可以通過調節充氣壓力，改變其剛度，更為方便調頻。

帶液位傳感器的可調液箱9可以設置多個，根據需要控制的特征頻率而定，液位傳感器可以反饋水位高度，進而能夠間接測量可調液箱9的總重量，通過控制進油泵13/出油泵14隨時調整水位高度，以便與彈性機構7形成的動力吸振結構達到最佳的抑振效果。

當固定底座4的運行改變也就是特征頻率變化時，可調液箱9的質量改變以自適應改變吸振頻率。

數據采集器10具體包括加速度傳感器、數據處理模塊、控制輸出模塊，加速度傳感器測量的信號傳給數據處理模塊，確定激勵特征線譜，并與液位傳感器傳回的信號及特征量進行比較，輸出控制信號控制進油泵13/出油泵14的運轉方向，進行水位調節——重量控制，使總體控制系統具有最佳的抑振效果。

本發明不局限于上述實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。