2022, Volume 24, Issue 6
Strategic Study of CAE >> 2022, Volume 24, Issue 6 doi: 10.15302/J-SSCAE-2022.06.018
Development of Vibration Control Technologies for Marine Power and Gearing Systems
1. School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China;
2. State Key Laboratory of Mechanical Systems and Vibration, Shanghai 200240, China;
3. No.703 Research Institute, China State Shipbuilding Corporation Limited, Harbin 150078, China
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Abstract
The vibration waves induced by marine power and gearing systems travel to the hull structure through various supporting bases, which is one of the important factors that cause ship vibration and underwater sound radiation and also directly affects the acoustic performance of ships and ocean acoustic environment. First, a comprehensive review on the theoretical research and engineering application of the vibration control technologies for marine power and gearing systems is presented, and the state of the art of the vibration control technologies is introduced from the perspectives of dynamic optimal design, vibration source control, passive and active control. Next, the technologies that need to be developed, such as the low-frequency active/passive vibration isolation for power flow control, adaptive system and broadband vibration control, metamaterial/metastructure-based vibration and noise control, and intelligent vibration sensing and control for sound radiation, are proposed. The challenges of vibration control technologies for marine power and gearing systems are analyzed subsequently, and countermeasures are further proposed. To promote the vibration control technologies for marine power and gearing systems in China, research on the vibration control theories need to be strengthened and the research and application of key technologies needs to be accelerated. Furthermore, the development of various active vibration control devices and the related technical standards system should be encouraged and established. National research platforms and talent training bases should be consolidated and the integration of industry, research institutes, universities and customers should be promoted.
Keywords
power and gearing systems ; vibration and sound radiation ; low-noise propulsion ; vibration control
Figures
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图2
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References
[ 1 ] "中国工程科技2035发展战略研究"海洋领域课题组. 中国海洋工程科技2035发展战略研究 [J ]. 中国工程科学, 2017 , 19 1:108‒117.
[ 2 ] 吴有生 , 曾晓光 , 徐晓丽 , 等 . 海洋运载装备技术与产业发展研究 [J]. 中国工程科学 , 2020 , 22 6 : 10 ‒ 18 .
[ 3 ] "中国海洋工程与科技发展战略研究"海洋运载课题组 . 海洋运载工程发展战略研究 [J]. 中国工程科学 , 2016 , 18 2 : 10 ‒ 18 .
[ 4 ] 宋宪仓 , 杜君峰 , 王树青 , 等 . 海洋科学装备研究进展与发展建议 [J]. 中国工程科学 , 2020 , 22 6 : 76 ‒ 83 .
[ 5 ] 华宏星 , 俞强 . 船舶艉部激励耦合振动噪声机理研究进展与展望 [J]. 中国舰船研究 , 2017 , 12 4 : 6 ‒ 16 .
[ 6 ] 谢溪凌 . 推进系统多通道耦合振动传递主动控制研究 [D]. 上海 : 上海交通大学博士学位论文 , 2020 .
[ 7 ] 闻雪友 , 任兰学 , 祁龙 , 等 . 舰船燃气轮机发展现状、方向及关键技术 [J]. 推进技术 , 2020 , 41 11 : 2401 ‒ 2407 .
[ 8 ] 景国辉 , 沈建平 . 船用柴油机振动噪声控制技术研究现状及发展趋势 [J]. 柴油机 , 2015 , 37 4 : 1 ‒ 5 .
[ 9 ] 袁光前 , 李金库 , 胡云波 . 我国陆用燃气轮机齿轮箱发展及关键技术研究现状 [J]. 机械传动 , 2020 , 44 7 : 163 ‒ 170 .
[10] 陈兵 , 孙建伟 . 齿轮箱振动噪声的研究综述 [J]. 机电工程技术 , 2020 , 49 12 : 61 ‒ 65 .
[11] 常山 . 船舶大功率齿轮传动装置的技术发展现状与展望 [J]. 舰船科学技术 , 2010 , 32 7 : 17 ‒ 22 .
[12] 闫大海 , 张晗 . 船用燃气轮机发展趋势分析 [J]. 舰船科学技术 , 2021 , 43 19 : 84 ‒ 88 .
[13] 伍赛特 . 舰船联合动力装置技术特点研究及未来趋势展望 [J]. 传动技术 , 2021 , 35 2 : 40 ‒ 48 .
[14] 伍赛特 . 舰艇主推进装置技术特点及应用前景 [J]. 机电技术 , 2021 2 : 112 ‒ 117 .
[15] 王晋鹏 , 常山 , 刘更 , 等 . 船舶齿轮传动装置箱体振动噪声分析与控制研究进展 [J]. 船舶力学 , 2019 , 23 8 : 1007 ‒ 1019 .
[16] VULKAN Kupplungs-und Getriebebau Bernhard Hackforth GmbH & Co. KG. Vibration & noise attenuation concepts [EB/OL]. (2014-09-30)[2022-04-23]. https:// www.vulkan.com. link1
[17] 孙远伟 . 某燃气轮机低压压气机结构设计方案研究 [J]. 燃气轮机技术 , 2021 , 34 4 : 25 ‒ 29 .
[18] 韩东江 , 郝龙 , 毕春晓 , 等 . 燃气轮机转子系统典型振动特性试验研究 [J]. 振动与冲击 , 2021 , 40 4 : 87 ‒ 93 .
[19] 杨欣茹 . 船用齿轮箱振动特性分析及减振效果研究 [D]. 重庆 : 重庆大学硕士学位论文 , 2016 .
[20] 李辉 . 大功率舰船用齿轮箱箱体结构的减振降噪方法研究 [D]. 哈尔滨 : 哈尔滨工业大学硕士学位论文 , 2020 .
[21] 柴凯 , 楼京俊 , 朱石坚 , 等 . 船舶典型管路系统低噪声设计研究 [J]. 噪声与振动控制 , 2021 , 41 2 : 156 ‒ 162 .
[22] 陈鹏 , 任兰学 , 王琦 , 等 . 船用燃气轮机低压压气机气动布局规律研究 [J]. 热能动力工程 , 2021 , 36 9 : 10 ‒ 17 .
[23] 侯亚欣 , 徐宁 , 朱青芳 , 等 . 展弦比对压气机跨音级性能的影响 [J]. 工程热物理学报 , 2022 , 43 3 : 638 ‒ 646 .
[24] 戴日辉 , 宋子刚 , 董辉 , 等 . 船用燃气轮机输出轴对中状态监测装置 [J]. 热能动力工程 , 2021 , 36 3 : 13 ‒ 18 .
[25] 莫文超 . 船用汽轮机 ‒ 行星齿轮减速器轴系动力学特性研究 [D]. 哈尔滨 : 哈尔滨工业大学博士学位论文 , 2020 .
[26] 毛杨军 . LM航改型燃机发电机组联轴器的选型与安装 [J]. 华电技术 , 2019 , 41 8 : 15 ‒ 19 .
[27] Schweitzer G, Maslen E H. Magnetic bearings: Theory, design, and application to rotating machinery [R]. Berlin: Springer, 2009, 1‒535.
[28] Li Y, Xu D. Vibration attenuation of high dimensional quasi-zero stiffness floating raft system [J]. International Journal of Mechanical Sciences, 2017, 126: 186‒195.
[29] 李典来 , 姚垒 , 余磊 , 等 . 挤压油膜阻尼器及其在船用汽轮机上的应用展望 [J]. 机电设备 , 2019 , 36 3 : 1 ‒ 5 .
[30] 叶林昌 , 肖望强 , 沈建平 , 等 . 基于粒子阻尼的动力装置基座减振优化设计研究 [J]. 振动与冲击 , 2021 , 40 3 : 40 ‒ 47 .
[31] 沈建平 , 孙少龙 . 基于高速机的船舶低振动推进机组设计及试验 [J]. 噪声与振动控制 , 2021 , 41 1 : 140 ‒ 144 .
[32] 黎昭文 , 刘佳 , 蔡龙奇 , 等 . 泵类设备减隔振及特征线谱控制技术研究 [J]. 科学技术创新 , 2021 5 : 10 ‒ 12 .
[33] 秦浩星 . 任意泊松比超材料及其船体减振设计理论与方法 [D]. 上海 : 上海交通大学博士学位论文 , 2019 .
[34] 方媛媛 , 夏兆旺 , Waters T P , 等 . 船舶辅机浮筏半主动非线性隔振系统振动特性分析 [J]. 船舶力学 , 2019 , 23 5 : 583 ‒ 590 .
[35] Tom B, Arthur B, Ruud V. Active vibration control for underwater signature reduction of a navy ship [C]. Cairo: The 17th International Congress on Sound & Vibration (ICSV17), 2010.
[36] 杨铁军 , 李新辉 , 朱明刚 , 等 . 船用柴油发电机组主动减振试验研究 [J]. 振动工程学报 , 2013 , 26 2 : 160 ‒ 168 .
[37] Mitsuhashi K, Biwa T, Mizuhara S. Application of active vibration isolating system to diesel engine mounting [C]. Tianjin: International Congress on Combustion Engines (CIMAC), 1989.
[38] Berkman E F, Bender E K. Perspectives on active noise and vibration control [J]. Sound and Vibration, 1997, 31(1): 80‒94.
[39] 王迎春 , 马石 , 李彦 , 等 . 主动控制技术在船舶振动噪声控制中的应用 [J]. 海军工程大学学报 , 2021 , 33 4 : 56 ‒ 64 .
[40] Yang T, Wu L, Li X, al et. Combining active control and synchrophasing for vibration isolation of a floating raft system: An experimental demonstration [J]. Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control, 2021, 40(2): 1105‒1114.
[41] 吴磊 . 船用柴油发电机组主被动复合隔振技术应用研究 [D]. 哈尔滨 : 哈尔滨工程大学博士学位论文 , 2021 .
[42] 任明可 , 谢溪凌 , 黄志伟 , 等 . 新型橡胶 ‒ 电磁复合主被动隔振器研究 [J]. 振动与冲击 , 2021 , 40 23 : 32 ‒ 37 .
[43] 任明可 . 基于多轴控制的动力设备主被动隔振方法研究 [D]. 上海 : 上海交通大学博士学位论文 , 2022 .
[44] 易凯军 , 陈洋洋 , 朱睿 , 等 . 力电耦合主动超材料及其弹性波调控 [J]. 科学通报 , 2022 , 67 12 : 1290 ‒ 1304 .
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