船舶輔機隔振實驗平臺開發

夏兆旺，張 帆，魏守貝，方媛媛

（1.江蘇科技大學 能源與動力工程學院，鎮江 212003；2.中國運載火箭技術研究院 研究發展中心，北京 10076）

從國防建設的角度，安靜性潛艇技術以及水面艦船的隱身技術越來越受到國家重視［1－3］。從民品開發的角度［4－6］，各種高性能船舶對航行的舒適性提出了很高的要求，某些特殊的船舶如海洋調查船、水文測量船以及漁船等，均要求在低噪聲的環境中長期工作［7－9］。隨著新技術與新材料的大量采用，以往的船舶設備的減振降噪技術已不能適應迅速發展的造船業的需要，對船舶主輔機設備隔振的研究越來越受到廣泛的關注［10－11］，國內外高校也開展了相關基礎實驗教學工作［12－13］。

“船舶輔機隔振實驗平臺”的研制，將作為B＆K振動噪聲測試分析系統的實驗對象，可以滿足面向輪機工程、熱能與動力工程等專業本科生開設的“船舶振動噪聲控制”、“機械振動基礎”、“振動噪聲控制”、“狀態監測與故障診斷基礎”等課程的實驗教學，可以滿足面向輪機工程研究生開設的“信號分析技術”和“噪聲振動控制”等課程開設的實驗教學需求。

1 實驗平臺設計原理

為滿足輪機工程專業本科教學和科研的需要，振動與噪聲實驗室將設計、加工“機艙輔機設備浮筏隔振臺架”系統（長2.5m，寬1m）。經過前期的調研和分析，“機艙輔機設備浮筏隔振臺架”系統包含空氣壓縮機共振系統、空氣壓縮機動力吸振系統、電機浮筏隔振系統、柴油機單和雙層減振系統。該臺架的設計將有助于學生深入認識典型船用機械設備的共振特性，同時臺架結構包含了目前船舶輔機設備常見的減振降噪措施：單層隔振、浮筏隔振和動力吸振等方法。

1.1 空氣壓縮機動力共振系統

選用一臺空氣壓縮機，系統將實現空氣壓縮機2種工作狀態：（1）空氣壓縮機直接安裝于基座上，將柴油機通過螺栓剛性連接在基座上，研究系統的振動特性；（2）空氣壓縮機單層隔振系統，如圖1所示，根據空氣壓縮機質量，設計空氣壓縮機支撐系統的剛度，使系統的共振頻率等于空氣壓縮機的轉動頻率，從而使得空氣壓縮機達到共振狀態，研究共振系統的振動特征。該系統主要向學生介紹：減振系統設計得不合理，不但起不到減振降噪的效果，反而會加劇原系統的振動量。

圖1 空氣壓縮機共振系統

1.2 空氣壓縮機動力吸振系統

在空氣壓縮機隔振系統的基礎上，設計可以方便懸掛的動力吸振系統。針對空氣壓縮機共振系統的共振頻率，設計動力吸振器質量塊質量、剛度和阻尼，選擇合適的減振器，如圖2所示。該系統主要介紹動力吸振器的設計原理、方法等知識點。

圖2 空氣壓縮機動力吸振系統

1.3 柴油機單、雙層減振系統

選用型號為R175的常州柴油機公司的柴油機。該系統主要用于研究柴油機單層、雙層隔振系統的減振效果。為便于比較，系統可實現柴油機3種工作狀態：（1）柴油機直接安裝狀態，將柴油機通過螺栓剛性連接在基座上；（2）柴油機單層隔振系統，圖3所示，通過測量、分析柴油機直接安裝時的振動特性，設計單層隔振系統的支撐剛度及阻尼，合理選擇減振器，實現減振的目的；（3）為進一步降低柴油機系統的振動量，設計雙層減振系統（見圖4），主要包括：根據柴油機的質量和轉速設計中間質量塊的質量及形狀、質量塊的支撐剛度和阻尼、柴油機的支撐剛度和阻尼、選擇合適型號的減振器。

圖3 柴油機單層隔振系統

圖4 柴油機雙層隔振系統

1.4 電機浮筏隔振系統

選用風機、電機兩種輔機設備，根據振動電機質量和轉速設計浮筏隔振系統：筏架質量和結構、筏架的支撐剛度和阻尼、電機的支撐剛度和阻尼、選擇減振器。電機浮筏隔振系統如圖5所示。這部分將主要介紹減振效果更好的浮筏隔振系統的設計方法及理論。

圖5 電機浮筏隔振系統

2 橡膠隔振器的選取

單層隔振系統：空氣壓縮機為JD－2025B型，其質量為26kg，轉速為2 850r/min；2個 BE－40型隔振器，2個BE－160型隔振器。

雙層隔振系統：柴油機為常柴R175型，其質量為60kg，轉速為2 800r/min；4個BE－25型隔振器。

浮筏隔振系統：三相異步電機為YS135－2型，其質量為44.6kg，轉速為2 900r/min；風機為 YY801－4型，其質量為30kg，轉速為1 400r/min；4個 BE－25型隔振器和2個BE－15型橡膠隔振器。

3 輔機隔振實驗平臺

按照上述設計思路和輔機型號等參數設計加工的船舶輔機隔振實驗平臺見圖6。

圖6 船舶輔機隔振實驗平臺

4 輔機隔振實驗平臺隔振測試分析

4.1 動力吸振實驗

空氣壓縮機處于2 850r/min轉速時，吸振系統的隔振效果如圖7所示。

圖7 空氣壓縮機系統的隔振效果

從圖8可以看出，空氣壓縮機吸振系統取得了理想的吸振效果，振動傳遞率為83%，達到了設計要求。

4.2 雙層隔振實驗

柴油機處于2 280r/min轉速時，雙層隔振系統的隔振效果如圖8所示。

從圖9可以看出，柴油雙層隔振系統取得了理想的隔振效果，振動傳遞率為87%，達到了設計要求。

圖8 柴油機雙層隔振效果

5 結論

本文構建了船舶輔機隔振系統實驗平臺，并對其性能進行了測試，結果表明，船舶輔機吸振系統、雙層隔振系統和浮筏隔振系統均達到了設計目標，能很好地滿足學生實驗需要。

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