[发明专利]船舶推进装置与船体的耦合动力学试验台

说明书

技术领域：

本发明涉及一种船舶推进装置与船体的耦合动力学试验台。

背景技术：

海洋蕴含着丰富的资源，海洋资源是人类赖以生存的源泉。开发海洋资源成为世界各国未来发展的重大战略方向，为了更好地进行海洋资源开发，发展船舶技术是重要的技术基础和条件。近年来，美国、德国、日本、英国、印度等大国为了缓解国内资源短缺问题，纷纷进军海洋资源开发，高度重视海洋资源开发战略，积极发展高新海洋技术，打造大型及超大型新型海洋船舶和工作平台，竞相争夺海洋资源。

在我国，为了促进船舶经济和航运事业的发展，保障我国东南海域领土和海洋资源安全，迫切需要加强船舶理论和技术的创新。近年来，随着船舶的发展，大型和超大型油轮、海洋资源开采储运船舶、科考船舶、航空母舰及大型舰船等大型化船舶的技术参数变得越来越大，其持续航行功率达到60000多马力，船舶长度超过300m，吨位超过3×10⁵t和推进轴系直径在500mm以上。伴随着船舶推进装置的功率、尺寸等技术参数的大型化方向发展，船舶推进装置的工作可靠性、机舱综合噪声舒适度等新要求倍受船舶设计、建造、船检、港监和航运等部门以及船员的高度重视和关注，对推进装置的运动动力学特性与其轴系校中、轴承支承、船体变形、船体振动、密封装置、主机工况、底座安装等多因素之间的耦合关系提出了新的技术问题，需要运用更完善、更精确的新理论进行船舶推进装置的性能论证和设计优化。若大型和超大型船舶的推进装置出现了故障，就有可能造成巨大的损失，甚至成为灾难，因此，加强超大船舶推进装置与船体之间的耦合动力学理论研究，既有重要的理论意义，又有船舶运输、国防装备和海洋资源开发战略等工程的迫切需要，其研究成果将会对国家的发展发挥重要作用。

由于船舶大型化，近年来不少船舶在航行中屡屡产生尾管异常声响、尾管轴承烧熔、主机曲轴断裂、船体与机舱噪声大等故障，仅CCS上海船级社近三年内检验的大型油船、液化气体船、集装箱船和散货船等大型船舶出现此类故障高达数十起，严重影响推进装置的安全使用，从现有的船舶规范和理论去查找故障原因，无法查明故障具体产生的机理，这说明大型化船舶的故障对现有的船舶规范和理论提出了需要进一步完善和发展的要求。

船舶推进装置是一个多支承易变形的大尺度、大质量惯性动力学系统。在这个系统中，主机和推进器的质量惯性集中，位于推进轴系的两端，传动轴由多道轴承支承，位于系统中间，整个推进动力系统安装在船体上，船体的变形、各底座的变位不协调以及船舶的装载与运动状态等因素均对推进装置的工作状态、可靠性和运行性能产生不可忽视的影响。在船舶推进装置与船体这个复杂的动力学系统中，各参数之间的耦合作用和影响对小型船舶的影响不是很明显，而对于大型和超大型油轮、大型舰船、航母等大型船舶则成了不可忽视的新理论问题。

大型船舶的出现，推进装置中的主机和推进方式有了新的发展，船舶主机除了低速内燃机外，新型大功率燃气轮机、电力推进装置、混合动力和多机并车等在船上尤其是民用船舶上得到积极应用，这种新型大功率主机及其推进装置-船体的耦合关系成了船舶大型化进程中必须面对的新问题，船舶轴系校中、振动和机舱综合舒适度如何评定成了一个技术难题。

同时，大型船舶推进装置-船体动力学系统(如图1所示)具有自身的动力学特殊性，一是船舶推进动力装置-船体结构具有强耦合性，是一个由往复运动和回转运动复合而成的复杂大惯性、大尺寸动力学系统，运动的脉动性和冲击性大，一般常规的转子——轴承动力学理论还不能解决船舶推进装置中的动力学问题；二是船舶推进装置——船体系统工作在具有流动性的水上或水下，船体结构变形、装载和船体运动通过底座对船舶推进装置的轴系对中、振动发生耦合作用，影响船舶推进装置运行的可靠性和稳定性。所以船舶推进装置与船体间的耦合动力学系统的行为更复杂，耦合影响因素更多，存在需要深入研究的科学问题。

总之，大型船舶推进装置与船体耦合系统动力学研究，对于船舶性能和航运技术发展具有重要的理论研究和工程应用意义。

发明内容：

本发明的目的是提供一种船舶推进装置与船体的耦合动力学试验台。模拟船机轴在实际工作过程中因船舱壁变形对其产生的影响，为船机轴的结构及其安装方式的优化设计提供依据，该试验台主要针对船机轴试验专门开发设计的，可设置多个激振点，每个激振点分两个方向，能真实的模拟船机轴的实际工作状况。

本发明是通过以下的技术方案实现：