本發(fā)明涉及減震領(lǐng)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(shù)：

蒸汽動(dòng)力設(shè)備由于具有單機(jī)功率高、體積大小合適的優(yōu)點(diǎn)，因此成為大型船舶的主要?jiǎng)恿υ础?/p>

蒸汽動(dòng)力設(shè)備的蒸汽輪機(jī)及其輔助機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)發(fā)生振動(dòng)，該振動(dòng)不僅會(huì)通過船體傳遞，影響船體的環(huán)境，當(dāng)船體中存在精細(xì)手術(shù)、精密實(shí)驗(yàn)或者其他環(huán)境要求比較嚴(yán)酷的場合時(shí)，會(huì)造成嚴(yán)重的損害；同時(shí)，蒸汽動(dòng)力設(shè)備的振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生噪音，使得船員處于噪音環(huán)境中，容易影響船員的身心健康，且長期生活在高噪聲環(huán)境中會(huì)增加職業(yè)損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

目前，為了降低蒸汽動(dòng)力設(shè)備的振動(dòng)對(duì)船舶環(huán)境的影響，通常采用隔振器、大型隔振裝置、機(jī)械設(shè)備集成、低噪聲設(shè)計(jì)等技術(shù)手段，能夠有效控制頻率較高的振動(dòng)和其帶來的噪聲，但是，該手段用于設(shè)備運(yùn)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(dòng)時(shí)，效果較差。

為了控制低頻噪聲，現(xiàn)階段采用主動(dòng)振動(dòng)控制方法或動(dòng)力吸振器，主動(dòng)振動(dòng)控制方法適應(yīng)的頻率較寬，并且能夠自適應(yīng)調(diào)整控制的頻率，但是該方法的技術(shù)應(yīng)用尚不穩(wěn)定，執(zhí)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(dòng)力吸振器針對(duì)單個(gè)特征頻率具有良好的效果，但是其屬于窄頻控制，一旦激勵(lì)頻率發(fā)生偏移，動(dòng)力吸振器的效果會(huì)急劇下降甚至起反作用，不適用于頻率較寬的環(huán)境使用。

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

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)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(shè)備配置的情況下，有效控制低頻振動(dòng)。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種用于消除低頻噪聲的裝置，包括：

支撐機(jī)構(gòu)，其用于支撐動(dòng)力設(shè)備，且動(dòng)力設(shè)備與支撐機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有隔振器；

固定底座，其位于支撐機(jī)構(gòu)下方，且通過緩沖機(jī)構(gòu)與支撐機(jī)構(gòu)相連接；

質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)，其通過彈性機(jī)構(gòu)固定在支撐機(jī)構(gòu)的底部，所述質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)動(dòng)力設(shè)備的振動(dòng)頻率改變質(zhì)量大小；

檢測控制機(jī)構(gòu)，其用于檢測動(dòng)力設(shè)備的振動(dòng)頻率，并根據(jù)當(dāng)前振動(dòng)頻率改變質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)的質(zhì)量。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述支撐機(jī)構(gòu)的質(zhì)量為m₁、剛度為k₁、振動(dòng)位移為x₁，所述質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)的質(zhì)量為m_L、剛度為k₂、振動(dòng)位移為x₂；

當(dāng)動(dòng)力設(shè)備簡諧振動(dòng)為F＝F₀sin(ωt)時(shí)，F(xiàn)₀為振幅，ω為動(dòng)力設(shè)備的角頻率，t為時(shí)間，所述支撐機(jī)構(gòu)在動(dòng)力設(shè)備的簡諧激勵(lì)下的的振動(dòng)位移為公式一：

為抵消動(dòng)力設(shè)備的振動(dòng)，質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)的頻率與動(dòng)力設(shè)備的振動(dòng)一致，支撐機(jī)構(gòu)的振動(dòng)位移x₁為0，根據(jù)公式二計(jì)算m_L：

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，當(dāng)動(dòng)力設(shè)備的角頻率ω發(fā)生改變時(shí)，根據(jù)公式二計(jì)算出角頻率ω改變后相對(duì)應(yīng)的m_Lˊ，并根據(jù)△m＝(m_Lˊ-m_L)計(jì)算質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)理論上需要改變的質(zhì)量，當(dāng)△m為正數(shù)時(shí)，增加質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)的質(zhì)量；當(dāng)△m為負(fù)數(shù)時(shí)，減小質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)的質(zhì)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(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)為質(zhì)量可調(diào)液箱，所述檢測控制機(jī)構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集器、油量控制器和若干振動(dòng)傳感器，所述振動(dòng)傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連并將當(dāng)前振動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器通過油量控制器控制質(zhì)量可調(diào)液箱內(nèi)液體的質(zhì)量。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述油量控制器包括進(jìn)油泵、出油泵和備用液箱；

所述檢測控制機(jī)構(gòu)與進(jìn)油泵、出油泵相連接，用于控制進(jìn)油泵、出油泵的運(yùn)行；所述備用液箱通過進(jìn)油泵、出油泵與質(zhì)量可調(diào)液箱發(fā)生油液交互。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述質(zhì)量可調(diào)液箱中設(shè)置有液位傳感器，且所述液位傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連接。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述質(zhì)量可調(diào)液箱和備用液箱均為船舶上的備用油箱。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明的一種用于消除低頻噪聲的裝置，在固定底座的底部設(shè)置質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)，根據(jù)固定底座的實(shí)時(shí)振動(dòng)頻率，調(diào)整質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，達(dá)到較好的調(diào)頻效果，實(shí)現(xiàn)較寬的頻率上控制激振頻率的作用，對(duì)動(dòng)力設(shè)備產(chǎn)生的激振頻率振動(dòng)進(jìn)行抑制。本發(fā)明不僅具有低頻控制的能力，而且能夠在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)頻，并且不增加船舶上新的機(jī)械設(shè)施，具有簡單并且易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。

(2)本發(fā)明中用于消除低頻噪聲的裝置及帶有該裝置的船舶，根據(jù)動(dòng)力設(shè)備的實(shí)時(shí)振動(dòng)頻率，調(diào)整液體的質(zhì)量，形成可自適應(yīng)調(diào)頻的結(jié)構(gòu)，以抑制激勵(lì)頻率的振動(dòng)，改變了動(dòng)力吸振結(jié)構(gòu)固有的抑振頻率窄并且不可調(diào)的缺點(diǎn)，同時(shí)采用船舶上的固有設(shè)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(shè)備配置的情況下，有效控制低頻振動(dòng)，具有較好的實(shí)用性、可行性和良好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中用于消除低頻噪聲的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中未安裝消除低頻噪聲的裝置的船舶的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中帶有用于消除低頻噪聲的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3的剖視圖。

圖中：1-支撐機(jī)構(gòu)，2-動(dòng)力設(shè)備，3-隔振器，4-固定底座，5-緩沖機(jī)構(gòu)，6-質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)，7-彈性機(jī)構(gòu)，8-檢測控制機(jī)構(gòu)，9-質(zhì)量可調(diào)液箱，10-數(shù)據(jù)采集器，11-油量控制器，12-振動(dòng)傳感器，13-進(jìn)油泵，14-出油泵，15-備用液箱。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參見圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于消除低頻噪聲的裝置，包括一支撐機(jī)構(gòu)1，其用于支撐動(dòng)力設(shè)備2，且動(dòng)力設(shè)備2與支撐機(jī)構(gòu)1之間設(shè)置有隔振器3，隔振器3可以為一個(gè)或者多個(gè)，具體數(shù)量根據(jù)動(dòng)力設(shè)備2的實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置。

一固定底座4，其位于支撐機(jī)構(gòu)1的下方，且通過緩沖機(jī)構(gòu)5與支撐機(jī)構(gòu)1相連接，在實(shí)際情況中，固定底座4可以為基座或者其他質(zhì)量較大且穩(wěn)定性較高的機(jī)構(gòu)。

一質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6，其通過彈性機(jī)構(gòu)7固定在支撐機(jī)構(gòu)1的底部，質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6能夠根據(jù)動(dòng)力設(shè)備2的振動(dòng)頻率調(diào)整自身質(zhì)量大小。

一檢測控制機(jī)構(gòu)8，其用于實(shí)時(shí)監(jiān)測動(dòng)力設(shè)備2的振動(dòng)頻率，并根據(jù)當(dāng)前振動(dòng)頻率控制質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6調(diào)整其質(zhì)量，本實(shí)施例中，質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6內(nèi)的介質(zhì)為液體，檢測控制機(jī)構(gòu)8包括設(shè)置在動(dòng)力設(shè)備2上的若干振動(dòng)傳感器12和至少兩個(gè)調(diào)節(jié)泵，調(diào)節(jié)泵用于將質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6中的介質(zhì)泵入或泵出，以調(diào)整質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6的質(zhì)量。

在實(shí)際使用中，當(dāng)支撐機(jī)構(gòu)1的質(zhì)量為m₁、剛度為k₁、振動(dòng)位移為x₁，質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6的質(zhì)量為m_L、剛度為k₂、振動(dòng)位移為x₂。

在動(dòng)力設(shè)備2按照簡諧振動(dòng)為F＝F₀sin(ωt)振動(dòng)時(shí)，其中，F(xiàn)₀為振幅，ω為動(dòng)力設(shè)備2的角頻率，t為時(shí)間，支撐機(jī)構(gòu)1在動(dòng)力設(shè)備2的簡諧激勵(lì)下的的振動(dòng)位移為公式一：

為抵消動(dòng)力設(shè)備2的振動(dòng)，質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6的頻率必須與動(dòng)力設(shè)備2的振動(dòng)一致，才能達(dá)到減震效果，支撐機(jī)構(gòu)1的振動(dòng)位移x₁為0，根據(jù)公式二計(jì)算m_L：

此時(shí)的m_L為質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6的初始質(zhì)量。

當(dāng)動(dòng)力設(shè)備2在運(yùn)行過程中，其角頻率ω發(fā)生改變時(shí)，根據(jù)公式二計(jì)算出角頻率ω改變后相對(duì)應(yīng)的m_Lˊ，并根據(jù)△m＝(m_Lˊ-m_L)計(jì)算質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6理論上需要改變的質(zhì)量，當(dāng)△m為正數(shù)時(shí)，增加質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6的質(zhì)量；當(dāng)△m為負(fù)數(shù)時(shí)，減小質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6的質(zhì)量。

本發(fā)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(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6可以使用船舶和工廠中的備用油箱、儲(chǔ)水罐等已有的設(shè)備，并配合水泵或者油泵進(jìn)行質(zhì)量的調(diào)整。

參見圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)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(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6為質(zhì)量可調(diào)液箱9，檢測控制機(jī)構(gòu)8包括數(shù)據(jù)采集器10、油量控制器11和若干振動(dòng)傳感器12，振動(dòng)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(dòng)數(shù)據(jù)，振動(dòng)傳感器12與數(shù)據(jù)采集器10相連并將當(dāng)前振動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集器10，數(shù)據(jù)采集器10通過油量控制器11控制質(zhì)量可調(diào)液箱9內(nèi)液體的質(zhì)量，本實(shí)施例中的質(zhì)量可調(diào)液箱9和備用液箱15均為船舶上的備用油箱。

本發(fā)明根據(jù)動(dòng)力設(shè)備2的實(shí)時(shí)振動(dòng)頻率，調(diào)整液體的質(zhì)量，形成可自適應(yīng)調(diào)頻的結(jié)構(gòu)，以抑制激勵(lì)頻率的振動(dòng)，改變了動(dòng)力吸振結(jié)構(gòu)固有的抑振頻率窄并且不可調(diào)的缺點(diǎn)，同時(shí)采用船舶上的固有設(shè)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(shè)備配置的情況下，有效控制低頻振動(dòng)，具有較好的實(shí)用性、可行性和良好的應(yīng)用前景。

油量控制器11包括進(jìn)油泵13、出油泵14和備用液箱15，檢測控制機(jī)構(gòu)8與進(jìn)油泵13、出油泵14相連接，用于控制進(jìn)油泵13、出油泵14的運(yùn)行；備用液箱15通過進(jìn)油泵13、出油泵14與質(zhì)量可調(diào)液箱9發(fā)生油液交互，且本實(shí)施例的質(zhì)量可調(diào)液箱9中設(shè)置有液位傳感器，且液位傳感器與數(shù)據(jù)采集器10相連接。

在實(shí)際使用時(shí)，振動(dòng)傳感器12采集固定底座4的實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)并發(fā)送至數(shù)據(jù)采集器10，數(shù)據(jù)采集器10分析振動(dòng)數(shù)據(jù)，并計(jì)算其振幅相對(duì)于初始狀態(tài)是否發(fā)生變化，當(dāng)發(fā)生變化時(shí)計(jì)算△m，并控制進(jìn)油泵13/出油泵14開啟，泵入/泵出質(zhì)量可調(diào)液箱9中的油液，增加/減小質(zhì)量可調(diào)液箱9的質(zhì)量，以使得質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6的頻率與動(dòng)力設(shè)備2的振動(dòng)一致，達(dá)到減震效果。

本實(shí)施例中，彈性機(jī)構(gòu)7均選用氣囊隔振器或者彈簧隔振器，用于連接、支撐質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6的重量，并與質(zhì)量可調(diào)減震機(jī)構(gòu)6組成彈簧——質(zhì)量吸振系統(tǒng)。當(dāng)選用氣囊隔振器時(shí)，還可以通過調(diào)節(jié)充氣壓力，改變其剛度，更為方便調(diào)頻。

帶液位傳感器的可調(diào)液箱9可以設(shè)置多個(gè)，根據(jù)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(jìn)而能夠間接測量可調(diào)液箱9的總重量，通過控制進(jìn)油泵13/出油泵14隨時(shí)調(diào)整水位高度，以便與彈性機(jī)構(gòu)7形成的動(dòng)力吸振結(jié)構(gòu)達(dá)到最佳的抑振效果。

當(dāng)固定底座4的運(yùn)行改變也就是特征頻率變化時(shí)，可調(diào)液箱9的質(zhì)量改變以自適應(yīng)改變吸振頻率。

數(shù)據(jù)采集器10具體包括加速度傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊、控制輸出模塊，加速度傳感器測量的信號(hào)傳給數(shù)據(jù)處理模塊，確定激勵(lì)特征線譜，并與液位傳感器傳回的信號(hào)及特征量進(jìn)行比較，輸出控制信號(hào)控制進(jìn)油泵13/出油泵14的運(yùn)轉(zhuǎn)方向，進(jìn)行水位調(diào)節(jié)——重量控制，使總體控制系統(tǒng)具有最佳的抑振效果。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。