船舶辅机隔振实验平台开发

夏兆旺，张 帆，魏守贝，方媛媛

（1.江苏科技大学 能源与动力工程学院，镇江 212003；2.中国运载火箭技术研究院 研究发展中心，北京 10076）

从国防建设的角度，安静性潜艇技术以及水面舰船的隐身技术越来越受到国家重视［1－3］。从民品开发的角度［4－6］，各种高性能船舶对航行的舒适性提出了很高的要求，某些特殊的船舶如海洋调查船、水文测量船以及渔船等，均要求在低噪声的环境中长期工作［7－9］。随着新技术与新材料的大量采用，以往的船舶设备的减振降噪技术已不能适应迅速发展的造船业的需要，对船舶主辅机设备隔振的研究越来越受到广泛的关注［10－11］，国内外高校也开展了相关基础实验教学工作［12－13］。

“船舶辅机隔振实验平台”的研制，将作为B＆K振动噪声测试分析系统的实验对象，可以满足面向轮机工程、热能与动力工程等专业本科生开设的“船舶振动噪声控制”、“机械振动基础”、“振动噪声控制”、“状态监测与故障诊断基础”等课程的实验教学，可以满足面向轮机工程研究生开设的“信号分析技术”和“噪声振动控制”等课程开设的实验教学需求。

1 实验平台设计原理

为满足轮机工程专业本科教学和科研的需要，振动与噪声实验室将设计、加工“机舱辅机设备浮筏隔振台架”系统（长2.5m，宽1m）。经过前期的调研和分析，“机舱辅机设备浮筏隔振台架”系统包含空气压缩机共振系统、空气压缩机动力吸振系统、电机浮筏隔振系统、柴油机单和双层减振系统。该台架的设计将有助于学生深入认识典型船用机械设备的共振特性，同时台架结构包含了目前船舶辅机设备常见的减振降噪措施：单层隔振、浮筏隔振和动力吸振等方法。

1.1 空气压缩机动力共振系统

选用一台空气压缩机，系统将实现空气压缩机2种工作状态：（1）空气压缩机直接安装于基座上，将柴油机通过螺栓刚性连接在基座上，研究系统的振动特性；（2）空气压缩机单层隔振系统，如图1所示，根据空气压缩机质量，设计空气压缩机支撑系统的刚度，使系统的共振频率等于空气压缩机的转动频率，从而使得空气压缩机达到共振状态，研究共振系统的振动特征。该系统主要向学生介绍：减振系统设计得不合理，不但起不到减振降噪的效果，反而会加剧原系统的振动量。

图1 空气压缩机共振系统

1.2 空气压缩机动力吸振系统

在空气压缩机隔振系统的基础上，设计可以方便悬挂的动力吸振系统。针对空气压缩机共振系统的共振频率，设计动力吸振器质量块质量、刚度和阻尼，选择合适的减振器，如图2所示。该系统主要介绍动力吸振器的设计原理、方法等知识点。

图2 空气压缩机动力吸振系统

1.3 柴油机单、双层减振系统

选用型号为R175的常州柴油机公司的柴油机。该系统主要用于研究柴油机单层、双层隔振系统的减振效果。为便于比较，系统可实现柴油机3种工作状态：（1）柴油机直接安装状态，将柴油机通过螺栓刚性连接在基座上；（2）柴油机单层隔振系统，图3所示，通过测量、分析柴油机直接安装时的振动特性，设计单层隔振系统的支撑刚度及阻尼，合理选择减振器，实现减振的目的；（3）为进一步降低柴油机系统的振动量，设计双层减振系统（见图4），主要包括：根据柴油机的质量和转速设计中间质量块的质量及形状、质量块的支撑刚度和阻尼、柴油机的支撑刚度和阻尼、选择合适型号的减振器。

图3 柴油机单层隔振系统

图4 柴油机双层隔振系统

1.4 电机浮筏隔振系统

选用风机、电机两种辅机设备，根据振动电机质量和转速设计浮筏隔振系统：筏架质量和结构、筏架的支撑刚度和阻尼、电机的支撑刚度和阻尼、选择减振器。电机浮筏隔振系统如图5所示。这部分将主要介绍减振效果更好的浮筏隔振系统的设计方法及理论。

图5 电机浮筏隔振系统

2 橡胶隔振器的选取

单层隔振系统：空气压缩机为JD－2025B型，其质量为26kg，转速为2 850r/min；2个 BE－40型隔振器，2个BE－160型隔振器。

双层隔振系统：柴油机为常柴R175型，其质量为60kg，转速为2 800r/min；4个BE－25型隔振器。

浮筏隔振系统：三相异步电机为YS135－2型，其质量为44.6kg，转速为2 900r/min；风机为 YY801－4型，其质量为30kg，转速为1 400r/min；4个 BE－25型隔振器和2个BE－15型橡胶隔振器。

3 辅机隔振实验平台

按照上述设计思路和辅机型号等参数设计加工的船舶辅机隔振实验平台见图6。

图6 船舶辅机隔振实验平台

4 辅机隔振实验平台隔振测试分析

4.1 动力吸振实验

空气压缩机处于2 850r/min转速时，吸振系统的隔振效果如图7所示。

图7 空气压缩机系统的隔振效果

从图8可以看出，空气压缩机吸振系统取得了理想的吸振效果，振动传递率为83%，达到了设计要求。

4.2 双层隔振实验

柴油机处于2 280r/min转速时，双层隔振系统的隔振效果如图8所示。

从图9可以看出，柴油双层隔振系统取得了理想的隔振效果，振动传递率为87%，达到了设计要求。

图8 柴油机双层隔振效果

5 结论

本文构建了船舶辅机隔振系统实验平台，并对其性能进行了测试，结果表明，船舶辅机吸振系统、双层隔振系统和浮筏隔振系统均达到了设计目标，能很好地满足学生实验需要。

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