1.本发明涉及一种舰船冷水机组减振降噪技术领域，具体一种舰船冷水机组减振公共底座。
背景技术：2.冷水机组是一种制冷工程中的重要机械设备，其主要功能是将冷库中的制冷剂通过压缩机转化为液态输送至冷凝器管程，吸收冷凝器壳程中冷却水的热量，最后以气化形式返回冷库。冷水机组一般采用集成式结构，将冷凝器、控制箱、冷媒水泵等集中安装在一个公共底座上，压缩机安装在冷凝器上方。在某些对减振降噪有特殊要求的场所如船舶舱室，公共底座承担着降低冷水机组向船体安装基座传递振动的使命，往往在底部配有若干只隔振器，构成减振公共底座。减振公共底座在很多舰船机电设备中都有应用，在冷水机组中主要用于衰减制冷剂压缩机运转时产生的振动，该振动从压缩机机脚、进出口管路等传出，经由冷凝器外壳和机脚传递至减振公共底座，最终传递至船体安装基座。这种减振公共底座属于振动工程中振动隔离的技术范畴，其振动控制的有效频率范围与整个装置所构成隔振系统的固有频率有关，例如，垂向一阶固有频率为30hz的带减振公共底座的冷水机组，理论上开始产生隔振效果的频率至少在45hz以上，称为“工作区”；45hz以下的频率范围内甚至存在共振、放大振动等风险，称为“共振区”。冷水机组的振动问题中，压缩机占主导，而压缩机的振动特征中，低频线谱和中高频大范围振动占主导。中高频大范围振动通过现有的减振公共底座已经可以很好的解决，但由压缩机转速主导的低频线谱却并不容易解决，原因就是压缩机转速一般处在25hz～100hz的低频段，常常处在冷水机组隔振系统的共振区或工作区前部，几乎无法得到有效抑制。现有的冷水机组低频线谱控制有几种策略：
3.1)选用极低频隔振器，如空气弹簧等。这种做法可拉开系统固有频率和压缩机转频的间距，提高隔振效果。这种方式虽一定程度上改善了隔振问题，但往往带来新的问题，如整机振动烈度提高、摇摆稳定性变差、冲击安全性变差等，在船舶航行环境中有安全隐患。
4.2)搭配使用动力吸振器。动力吸振器是一种对低频线谱振动非常有效的手段，一般采用一阶弹簧振子的结构形式，安装于压缩机机脚或减振公共底座机脚。这种手段虽针对性强，但要求弹簧振子有比较大的重量，在实际设计中很难获得充裕的重量指标，导致应用效果受到制约。
5.3)搭配使用振动主动控制装置。振动主动控制装置是一种通过外部能源驱动的控制装置，其本质是引入新的动力源与原有振动源相抗衡，在频率、相位等参数调节合适的条件下起到抑制指定频率振动的作用。这种技术由于引入了外部能源，缺点也很明显，总体重量增加非常大(含功率放大器、直流电源等部件)，可靠性下降明显，且其供能环节本身就引入了新的振动。
技术实现要素：6.为克服现有线谱控制手段重量大、能耗高或稳定性差等技术问题，本发明提供一种舰船冷水机组减振公共底座，可以在不显著增加系统重量、不引入外部能源、不降低系统稳定安全性的前提下，有效抑制冷水机组压缩机低频线谱振动的传递。
7.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种舰船冷水机组减振公共底座，由铁架、反共振梁、阻尼填料、冷凝器机脚安装板、隔振器组成，所述铁架是减振公共底座的主体结构，用于承载和安装所有部件，所述铁架在冷凝器正下方留出围井形式的空间，用于反共振梁的安装；所述反共振梁是一组可拆卸或半可拆卸的组件梁，其长度方向与冷凝器轴向一致，两端固定在铁架的围井两端围壁上；所述反共振梁通过与铁架连接形成具有合适的质量分布和抗弯、抗扭能力的局部相对集中的模态结构，该模态结构的振型为一阶弯曲，固有频率调谐至与压缩机转频接近。
8.进一步，所述阻尼填料填充在压缩机机脚和铁架之间，用于提高中高频衰减的能力，同时对整个机架的低频线谱振动控制效果起到强化作用。
9.进一步，所述阻尼填料为具有弹性和阻尼的非金属材料。
10.进一步，所述冷凝器机脚安装板悬浮硫化于阻尼填料中，与铁架的任何部分均不接触，通过自带凸台的螺纹内孔冷凝器机脚连接固定。
11.进一步，所述隔振器安装在减振公共底座下方，对整个底座和冷水机组起弹性支承作用。
12.进一步，所述反共振梁采用上下两层弹簧钢板梁加持一块中间质量块的形式，下层弹簧钢板梁与铁架底板焊接或直接在铁架底板下料时切割留出板梁形状，上层弹簧钢板梁通过螺栓连接在铁架的悬台平面上，所述上层弹簧钢板梁和下层弹簧钢板梁的中部用贯穿螺栓夹持安装质量块构成一个一阶弯曲局部模态。
13.进一步，所述质量块上增减配重片，用于微调一阶弯曲局部模态的固有频率。
14.进一步，所述反共振梁采用箱式梁结构，与铁架焊接为一体，所用钢板的厚度、质量密度、内部隔板的布置密度均由两端向中央逐渐增大，构成一个一阶弯曲局部模态。
15.进一步，所述反共振梁的箱梁壁板上增减配重片来微调一阶弯曲局部模态的固有频率。
16.本发明具有如下有益效果：
17.(1)几乎没有为减振公共底座引入过多的结构质量，因为对低频线谱控制起到关键作用的反共振梁本身就是保证结构强度的必要组成部分；
18.(2)完全采用被动(无源)的方式解决了问题，不需要外加能源或复杂的传感控制系统，可靠性高；
19.(3)不需要为了低频线谱振动而刻意降低隔振器的支撑频率，提高了冷水机组在船舶航行和作战等环境中的稳定性、安全性；
20.(4)阻尼填料和反共振梁的组合使用，具有强化低频线谱控制效果的作用。
附图说明
21.图1为本发明的冷水机组减振公共底座结构轴测示意图；
22.图2为本发明的冷水机组减振公共底座结构截面示意图；
23.图3为本发明的低频线谱特性控制效果示意图；
24.其中：(a)幅值-频率，(b)相位-频率。
具体实施方式
25.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
26.如图1，2所示，本发明的一种舰船冷水机组减振公共底座，由铁架1、反共振梁2、阻尼填料3、冷凝器机脚安装板4、隔振器5等部件组成。铁架1是减振公共底座的主体结构，起到承载和安装所有部件的功能，铁架1在冷凝器正下方留出围井形式的空间，用于反共振梁2的安装。反共振梁2是一组可拆卸或半可拆卸的组件梁，其长度方向与冷凝器轴向一致，两端固定在铁架1的围井两端围壁上。该组件梁既是减振公共底座强度的重要保证构件，也是低频线谱振动控制的关键部分。组件梁应具有合适的质量分布和抗弯、抗扭能力，加强铁架1纵向强度的同时，提供垂向、横向及扭转等方向的刚度，从而构造成一种局部相对集中的模态，该模态的振型通常为一阶弯曲，固有频率一般调谐至与压缩机转频接近。阻尼填料3用于在压缩机机脚和铁架1之间填充一层具有弹性和阻尼的非金属材料，即提高了中高频衰减的能力，同时对整个机架的低频线谱振动控制效果起到强化作用。冷凝器机脚安装板4悬浮硫化于阻尼填料3中，与铁架1的任何部分均不接触，通过自带凸台的螺纹内孔冷凝器机脚连接固定。隔振器5在减振公共底座下方，对整个底座和冷水机组起弹性支承作用。
27.冷水机组工作时，压缩机振动通过机脚传递至冷凝器筒体，再通过冷凝器机脚传递至冷凝器机脚安装板4，经过阻尼填料3衰减掉大部分中高频振动后传递至铁架1，当铁架1中的反共振梁2的垂向局部模态固有频率接近压缩机转频时，会产生反共振现象，即压缩机转频振动通过铁架1时仿佛落入“深井”，产生较大的衰减，再经隔振器5的进一步衰减，传递至船体安装基座的线谱振动就非常小了。
28.实例1：
29.如图1，2所示，反共振梁2采用上下两层弹簧钢板梁加持一块中间质量块的形式，下板梁2a与铁架1底板焊接或直接在铁架1底板下料时切割留出板梁形状，上板梁2b通过螺栓连接在铁架1的悬台平面上，悬台平面下方至少焊接3个肘形筋板，悬台面与上板梁2b之间保证接触良好，用不少于3副螺栓连接紧固。下板梁2a和上板梁2b的中部用贯穿螺栓夹持安装质量块2c，质量块2c的上下安装面应经过机加工保证平面度，且应在保证夹持稳定性的前提下尽可能减小其与下板梁2a和上板梁2b的接触面积。
30.上述反共振梁2的结构，是通过2a下板梁和2b上板梁的总弯曲刚度与2c质量块的集中质量构成了一个一阶弯曲局部模态，该模态的固有频率调谐至与压缩机转频基本一致后，开启冷水机组进行在线调试，通过在质量块2c上增减配重片2d来微调上述模态的固有频率，直至质量块2c上的线谱振动达到最大，与此同时铁架1机脚的线谱振动达到最小，实现控制目的。
31.该实例中的反共振梁2结构形式除了具备能用于线谱控制的模态外，还带来许多其他较为集中的局部模态振型，如2c质量块翻转、横向等振型，这些振型对应的固有频率经过精确设计，与垂向固有频率有充分的差距(至少错开20％或5hz以上)。见图3中的(a)，(b)。
32.实例1的实现形式适合频率较低、重量指标较充裕的情形。
33.实例2：
34.反共振梁2采用箱式梁结构，与铁架1焊接为一体，钢板的厚度、质量密度、内部隔板的布置密度均由两端向中央逐渐增大，构成了一个一阶弯曲局部模态，该模态的固有频率调谐至与压缩机转频基本一致后，开启冷水机组进行在线调试，通过在箱梁壁板增减配重片来微调上述模态的固有频率，直至反共振梁2中央的线谱振动达到最大，与此同时铁架1机脚的线谱振动达到最小，实现控制目的。
35.该实例中的反共振梁2结构形式除了具备能用于线谱控制的模态外，还带来许多其他较为集中的局部模态振型，如横向、对角扭转等振型，这些振型对应的固有频率经过精确设计，与垂向固有频率有充分的差距(至少错开20％或5hz以上)。见图3中的(a)，(b)。
36.实例2的实现形式适合频率较高、重量指标较紧张的情形。
技术特征：1.一种舰船冷水机组减振公共底座，其特征在于：由铁架、反共振梁、阻尼填料、冷凝器机脚安装板、隔振器组成，所述铁架是减振公共底座的主体结构，用于承载和安装所有部件，所述铁架在冷凝器正下方留出围井形式的空间，用于反共振梁的安装；所述反共振梁是一组可拆卸或半可拆卸的组件梁，其长度方向与冷凝器轴向一致，两端固定在铁架的围井两端围壁上；所述反共振梁通过与铁架连接形成具有合适的质量分布和抗弯、抗扭能力的局部相对集中的模态结构，该模态结构的振型为一阶弯曲，固有频率调谐至与压缩机转频接近。2.根据权利要求1所述的舰船冷水机组减振公共底座，其特征在于：所述阻尼填料填充在压缩机机脚和铁架之间，用于提高中高频衰减的能力，同时对整个机架的低频线谱振动控制效果起到强化作用。3.根据权利要求2所述的舰船冷水机组减振公共底座，其特征在于：所述阻尼填料为具有弹性和阻尼的非金属材料。4.根据权利要求1所述的舰船冷水机组减振公共底座，其特征在于：所述冷凝器机脚安装板悬浮硫化于阻尼填料中，与铁架的任何部分均不接触，通过自带凸台的螺纹内孔冷凝器机脚连接固定。5.根据权利要求1所述的舰船冷水机组减振公共底座，其特征在于：所述隔振器安装在减振公共底座下方，对整个底座和冷水机组起弹性支承作用。6.根据权利要求1所述的舰船冷水机组减振公共底座，其特征在于：所述反共振梁采用上下两层弹簧钢板梁加持一块中间质量块的形式，下层弹簧钢板梁与铁架底板焊接或直接在铁架底板下料时切割留出板梁形状，上层弹簧钢板梁通过螺栓连接在铁架的悬台平面上，所述上层弹簧钢板梁和下层弹簧钢板梁的中部用贯穿螺栓夹持安装质量块构成一个一阶弯曲局部模态。7.根据权利要求6所述的舰船冷水机组减振公共底座，其特征在于：所述质量块上增减配重片，用于微调一阶弯曲局部模态的固有频率。8.根据权利要求1所述的舰船冷水机组减振公共底座，其特征在于：所述反共振梁采用箱式梁结构，与铁架焊接为一体，所用钢板的厚度、质量密度、内部隔板的布置密度均由两端向中央逐渐增大，构成一个一阶弯曲局部模态。9.根据权利要求8所述的舰船冷水机组减振公共底座，其特征在于：所述反共振梁的箱梁壁板上增减配重片来微调一阶弯曲局部模态的固有频率。
技术总结本发明涉及一种舰船冷水机组减振公共底座，由铁架、反共振梁、阻尼填料、冷凝器机脚安装板、隔振器组成，所述铁架是减振公共底座的主体结构，用于承载和安装所有部件，所述铁架在冷凝器正下方留出围井形式的空间，用于反共振梁的安装；所述反共振梁是一组可拆卸或半可拆卸的组件梁，其长度方向与冷凝器轴向一致，两端固定在铁架的围井两端围壁上；所述反共振梁通过与铁架连接形成具有合适的质量分布和抗弯、抗扭能力的局部相对集中的模态结构，该模态结构的振型为一阶弯曲，固有频率调谐至与压缩机转频接近。本发明可以在不显著增加系统重量、不引入外部能源、不降低系统稳定安全性的前提下，有效抑制冷水机组压缩机低频线谱振动的传递。动的传递。动的传递。
技术研发人员：张博 朱钰 丁炜 卢凯田 王强
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0四研究所
技术研发日：2022.03.21
技术公布日：2022/7/5
