阻尼发动机支架 |
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| 申请号 | CN201380029617.X | 申请日 | 2013-05-17 | 公开(公告)号 | CN104364153B | 公开(公告)日 | 2017-03-15 |
| 申请人 | 卡特彼勒发动机有限及两合公司; | 发明人 | K·埃福纳; | ||||
| 摘要 | 一种 发动机 支架 系统(10)可包括支架结构的顶端部(18)，以及 配重 部(19)。每个外安装部(20)可具有上表面(24)和下表面(26)。配重的 质量 可以由支架结构(12)的质量和发 电机 (60)的质量形成。配重可以具有的质量是内燃发动机单元(40)的至少80％的质量。发动机支架(10)还可包括多个上弹性安装件(14)和多个下弹性安装件(16)。上弹性安装件可以布置在外安装部(20)的上表面(24)，并且可以支承内燃发动机单元(40)。下弹性安装件(16)可布置在外安装部(20)的下表面(26)，并且可以支承支架结构(12)。(12)，该支架结构(12)可具有带有外安装部(20) | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于支承内燃发动机单元(40)的发动机支架系统(10)，其中，所述发动机支架系统(10)包括： |
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| 说明书全文 | 阻尼发动机支架技术领域[0001] 本公开大体涉及一种发动机支架，更具体地说，涉及一种用于内燃发动机单元的双弹性安装件。 背景技术[0002] 在内燃发动机、特别是在海洋应用和动力装置中使用的大型内燃发动机运行期间，会产生强烈的机械振动和很大的噪音。因为可以通过将内燃发动机单元安装在大质量的底座上相对容易地阻尼机械振动，所以对噪声进行阻尼更具挑战性。 [0003] 噪声可由大型内燃发动机和支承大型内燃发动机的底座发出。详细地说，内燃发动机可将结构传递的噪声传输到底座，并且内燃发动机以及底座可以发出空气传递的噪声。另外，在船舶中的底座支承大型内燃发动机的情况下，船舶底座可以将空气传递的噪声发向海洋。 [0005] 在另一个方面，空气传递噪声可能会导致敏感测量设备的测量受到干扰。例如，可能会影响发现海洋生物、或寻找渔场和油田的研究和探索测量。 [0006] 因此，发动机、船舶和动力装置制造商的一个目的是阻尼由大型内燃发动机产生的低频机械振动和结构传递噪声。人们已经开发出发动机安装的各种方法。 [0007] 一种公知的方法可以是双弹性安装，这可以特别有效地阻尼结构传递噪声。这些双弹性安装件可以包括将内燃发动机支承在对抗物上的上弹性安装件和将对抗物支承在底座上的下弹性安装件。 [0008] 例如，EP1847456A2涉及一种设备平台，该设备平台用于支承船舶内的振动产生设备，例如泵，发电机等。该设备平台可具有用于容纳该振动产生设备的上表面，并且可以借助第一弹性元件由基架进行固定，该第一弹性元件可以安装在设备平台和基架之间。第二弹性元件可以安装在船舶内的基架和安装表面之间。但是，基架可以仅是一个环，并且不提供配重部。因此，未提供造成大型内燃发动机单元所需要的阻尼行为所需求的质量。 [0009] 例如，DE3930514A1公开了一种船舶发动机安装件，船舶发动机可借助该安装件通过上弹性元件支承在载体上。该载体可以通过布置在船舶底部附近的下弹性元件支承在船舶底座上。与本公开相比，上弹性元件和下弹性元件之间的距离可以相对较大(至少为1m至1.20m)。因此，下弹性元件可以定位成大大远离船舶发动机和载体的组合重心。这可能会产生较长的杠杆臂，较长的杠杆臂可能会导致内燃发动机进行大动态运动。 [0010] 本公开至少部分地针对涉及改进或改善现有系统的一个或多个方面。发明内容 [0011] 根据本公开的一个方面，用于支承内燃发动机单元的发动机支架系统可以包括可具有配重部和顶端部的支架结构。顶端部可设有外安装部，每个外安装部具有上表面和下表面。发动机支架系统还可以包括：可布置在外安装部的上表面上用于支承内燃发动机单元的多个上弹性安装件，以及可布置在外安装部的下表面用于支承支架结构的多个下弹性安装件。 [0012] 根据本公开的另一方面，一种发动机装置可以包括发动机支架系统、底座和内燃发动机单元。内燃发动机单元可以通过发动机支架系统弹性地支承在底座上，并且例如，与底座的突起部相互作用。发动机支架系统可以包括可具有配重部以及带有外安装部的顶端部的支架结构，其中每个外安装部具有上表面和下表面。发动机支架系统还可以包括：可布置在外安装部的上表面上用于支承内燃发动机单元的多个上弹性安装件，以及可布置在外安装部的下表面上用于将支架结构支承在底座上的多个下弹性安装件。 [0013] 在根据本公开的一些示例性实施方案中，外安装部可以成形为板状和/或可以具有在20mm至100mm的范围内(例如30mm、40mm、55mm或65mm)的厚度。例如，该外安装部可相对于发动机支架系统的纵向轴线彼此相对。 [0014] 在根据本公开的一些示例性实施方案中，顶端部可在支架结构的上部25％内大致向上延伸。 [0015] 在根据本公开的一些示例性实施方案中，支架结构可具有一个高度，并且顶端部可在支架结构的高度的上部25％内垂直延伸。 附图说明[0017] 图1示出在正视图中的发动机支架系统上支承的内燃发动机单元的示意图；和[0018] 图2示出在侧视图中的发动机支架系统上支承的内燃发动机单元的示意图。 具体实施方式[0019] 下面是本公开的示例性实施方案的详细描述。其中所描述的和附图中所示的示例性实施方案意在教导本公开的原理，从而使本领域普通技术人员能够在许多不同的环境和许多不同的应用中实现和使用本公开。因此，该示例性实施方案并不意在，并且不应该被认为是对专利保护范围的限定性说明。相反，专利保护的范围由所附的权利要求来限定。 [0020] 本公开可部分基于以下认识：由双弹性安装件支承的振动的大型内燃发动机的操作可能导致支承的发动机和对抗物(例如，配重)的大动态运动。这些大的动态运动可以由具有低弹簧常数的软弹性安装件引起，低弹簧常数的软弹性安装件通常用在双弹性安装系统中。 [0021] 这些大的动态运动可能会增加材料的应力，这可能会导致弹性安装件和相应接合构件的材料磨损增加。此外，增加的材料应力和磨损会影响例如在内燃发动机单元和发电机之间的弹性联轴器，以及连接至振动的内燃发动机单元的供给管和排放管的弹性联轴器。这对所有受影响的部件而言可能导致寿命缩短和/或可能需要缩短维修时间间隔。由此，内燃发动机的双弹性安装系统可能不仅在安装时而且在使用期限中具有非常高的成本。 [0022] 因此，建议以这样的方式支承内燃发动机单元，即使得可以通过双弹性安装件阻尼机械振动和结构传递的噪声，该双弹性安装件可以保持被支承的内燃发动机单元和对抗物(配重)具有小的动态运动。 [0023] 下面，参照图1和图2对包括支架结构以及上弹性安装件和下弹性安装件的发动机支架系统的一个示例性实施方案进行说明。 [0024] 内燃发动机单元40可通过发动机支架10支承在底座50上。内燃发动机单元40可以包括具有一个或多个气缸的燃烧单元。该燃烧单元可以是，例如，柴油、重油、原油，和/或气体驱动的燃烧单元。气缸可布置成，例如，直列、V型、W型，或任何其它已知的构造。通常，被支承的内燃发动机单元可以是用于海洋船舶、动力装置，或用于海上应用如钻井平台的大型的柴油、重油、原油，或双燃料内燃发动机。 [0025] 发动机支架系统10可包括支架结构12、多个上弹性安装件14，以及多个下弹性安装件16。 [0026] 支架结构12可以具有顶端部18和配重部19。顶端部18可以包括板状的相对的外安装部20。板状的相对的外安装部20可例如，在安装状态下处于水平的方向上向外突出。顶端部和/或配重部还可包括凹槽22。凹槽22可以是一个凹部，并且可以布置在板状的相对的外安装部20之间。例如，内燃发动机单元40的油盘42可突出到凹槽22内。 [0027] 每一个板状的相对的外安装部20可具有上表面24和下表面26。上弹性安装件14可布置在板状的相对的外安装部20的上表面24上。下弹性安装件16可布置在板状的相对的外安装部20的下表面26上。 [0028] 由于本公开的性质，相当重要的是板状的相对的外安装部20向顶端部18外突出。顶端部18可以布置在配重部19上方。例如，在一些实施方案中，顶端部18垂直地延伸不超过支架结构12的高度的上部25％。 [0029] 在一些实施方案中，至少一个下弹性安装件16可布置成比上弹性安装件14中的一个更靠近板状的相对的外安装部20的外边缘28，或与弹性安装件14中的一个一样靠近外边缘28。 [0030] 在一些实施方案中，板状的相对的外安装部20可以进一步包括多个接合构件30。这些接合构件30可以接合相应的下弹性安装件16。 [0031] 在几个实施方案中，多个加强肋片32可以沿配重部19和顶端部18延伸，以用于加强支架结构12的刚性。例如，加强肋片32可以垂直地或水平地沿支架结构12延伸。 [0032] 在一些实施方案中，支架结构12还可以配置作为布置在配重部19中用于向内燃发动机单元40提供润滑剂(例如油)的油箱。 [0033] 在一些实施方案中，内燃发动机单元40还可以包括多个接合构件44。这些接合构件42可布置在内燃发动机单元40的相对面，并可接合相应的上弹性安装件14。 [0034] 支架结构12可悬置在相对的下弹性安装件16之间。相对的下弹性安装件16可以指的是布置在前述的板状的相对的外安装部20的下表面26上的下弹性安装件16。 [0036] 在一些实施方案中，下弹性安装件16可布置在底座50上。例如，下弹性安装件可以布置在底座50的突起部52上，使得支架结构12可以在底座50的中央凹槽54中悬置在相对的下弹性安装件16之间。底座50可以是，例如，船舶或动力装置的底座。 [0037] 上弹性安装件14和下弹性安装件16可以包括例如一个橡胶元件作为减振元件15A、15B。因为这些橡胶元件15A、15B可以组合成纵向、横向和垂直挡块以限制发动机的运动，因此它们可以提供动态发动机力和结构传递噪声的主动隔离。例如，上弹性安装件14和下弹性安装件16的橡胶元件15A、15B可具有圆锥形状。 [0038] 上弹性安装件14和下弹性安装件16可进一步包括动态平衡的高挠性联轴器，以便与相应的接合构件接合，该接合构件是例如内燃发动机单元40的接合构件44和板状的相对的外安装部的接合构件30。 [0039] 除了阻尼并隔离机械振动和结构传递噪声外，上弹性安装件14和下弹性安装件16可以橡胶元件的压缩和剪切组合来承载垂直负载。也就是说，上弹性安装件14可承载内燃发动机单元40，而下弹性安装件16可承载支架结构12和在其上支承的内燃发动机单元40。 [0040] 在一些实施方案中，发电机60还可以在板状的外安装部20的上表面24上布置在内燃发动机单元40的旁边。例如，发电机60可以通过安装单元62固定地安装在上表面24上。发电机60可通过挠性联轴器64驱动地耦合到内燃发动机单元40。 [0041] 工业适用性 [0042] 在下文中，将参照图1和图2描述发动机支架系统10的上述示例性实施方案的基本操作。 [0043] 在内燃发动机单元40的正常操作中，燃料可以在气缸的燃烧室中燃烧，这会导致活塞和相关的活塞杆的运动。一系列的活塞和活塞杆可使内燃发动机单元40的曲轴旋转。这些示例性的可移动部件和其他部件的运动，以及燃烧本身会产生内燃发动机单元40内的振动。这些振动可以转变成机械振动和结构传递噪声。 [0044] 机械振动和结构传递噪声可被支承内燃发动机单元40的上弹性安装件14阻尼，并进一步传输到支架结构12上。 [0045] 由于配重的质量惯性，机械振动和结构传递噪声可被进一步阻尼。配重可由其中包含油的支架结构12的质量形成，使得所需要的双弹性安装系统表征为：配重的质量、内燃发动机单元40的质量、内燃发动机单元40和外安装部20之间的上弹性安装件14的弹簧常数，以及外安装部20和底座50之间的下弹性安装件16的弹簧常数。 [0046] 配重的质量越大，越能通过质量惯性得到更有效的阻尼。在一些实施方案中，配重还可以包括发电机60的质量，该发电机60固定地安装在板状的相对的外安装部20的上表面24上。配重的质量可以至少是通过上弹性安装件14在其上支承的内燃发动机单元40的质量的80％。例如，该配重的质量可以是内燃发动机单元40的质量的90％、100％或110％。 [0047] 通常，术语“内燃发动机单元40的质量”可以指处于操作状态下的内燃发动机单元40的质量，并且可以包括，例如，在油盘42中的润滑剂(例如油)、燃料、成套设备(如泵或充电器)，以及内燃发动机单元40本身的质量。 [0048] 为了使得能够通过配重的质量惯性进行阻尼，支架结构12可以悬置在下弹性安装件16之间，如前概述。 [0050] 被阻尼的机械振动和结构传递噪声可进一步由板状的相对的外安装部20传输至下弹性安装件16。下弹性安装件16可以在机械振动和结构传递噪声传输至底座50之前进一步阻尼机械振动和结构传递噪声。 [0051] 上弹性安装件14和下弹性安装件16可彼此紧密地布置在板状的相对的外安装部20的相应的上表面24和下表面26上。上弹性安装件14和下弹性安装件16的距离可以在水平以及在垂直方向上保持为较小。因此，上弹性安装件14和下弹性安装件16之间的杠杆臂可以保持为较小，这可导致振动的内燃发动机单元40和耦合的支架结构12沿六个自由度只有小的动态运动。沿六个自由度的运动是横向的运动、纵向的运动、垂直的运动、滚动、俯仰运动和偏转运动。 [0052] 例如，在一些实施方案中，由于板状的相对的外安装部20具有较小的厚度，所以上弹性安装件14和下弹性安装件16之间的垂直位移可以保持为较小。可以根据所支承的内燃发动机单元40选择板状的相对的外安装部20的厚度，例如，在20mm至100mm的范围内。例如，对于具有300kW至1000kW之间的功率输出的较小的内燃发动机单元而言，板状的相对的外安装部20的厚度可在20mm至30mm的范围内。与此相反，对于具有12000kW或以上的功率输出的较大的内燃发动机单元而言，板状的相对的外安装部20的厚度可以是例如在55mm至65mm的范围内。 [0053] 除了上弹性安装件14和下弹性安装件16之间的紧密布置外，弹性安装件14、16，内燃发动机单元40和支架结构12之间也可以有紧密的布置。因此，上弹性安装件14和下弹性安装件16可布置成靠近内燃发动机单元40和配重的组合重心C。组合重心C组合了内燃发动机单元40的重心A和配重重心B。下弹性安装件16可在安装状态中具有与重心C的垂直位置相同的垂直位置或靠近重心C的垂直位置的垂直位置。例如，至少一个下弹性安装件16可以包括减振元件15B，并且在内燃发动机单元40的高度方向H上限定的介于至少一个减振元件15B和组合重心C之间的垂直距离H1至多是配重重心B和组合重心C之间的垂直距离H2的 50％。这样的布置可以进一步导致振动的内燃发动机单元40和支架结构12沿上述六个自由度只有小的动态运动。 [0054] 因为上弹性安装件14仅支承内燃发动机单元40，而下弹性安装件16支承内燃发动机单元40和配重，所以下弹性安装件16的数量和/或偏转和/或负荷容量可以高于上弹性安装件14的数量和/或偏转和/或负荷容量。 [0055] 在一些实施方案中，上弹性安装件14和下弹性安装件16的数量可以是不同的。在一般情况下，较大数量的弹性安装件造成振荡系统具有较高的固有频率，而较小数量的弹性安装件造成振荡系统具有较低的固有频率。 [0056] 在一些实施方案中，上弹性安装件14中的至少一个可具有与下弹性安装件16中的一个相同或不同的弹簧常数。一般来说，较高的弹簧常数造成振荡系统具有较高的固有频率，而较小的弹簧常数造成振荡系统具有较低的固有频率。 [0057] 因为上弹性安装件14直接固定到振动的内燃发动机单元40上，所以这些上弹性安装件14还可以具有，例如，比下弹性安装件16更高的冲击负载抗性。 [0058] 通常，由于发动机支架系统10可基于双弹性安装件，所以整个振荡系统可具有12个固有频率。可以以这样的方式配置配重，即使得这些12个固有频率都不与振动的内燃发动机单元40的激励频率匹配。例如，可选择支架结构12的质量、以及上弹性安装件14和下弹性安装件16的弹簧常数和数量以确保这些12个固有频率都不与振动的内燃发动机单元40的激励频率匹配。在一些实施方案中，配重还可包括发电机60的质量。 [0059] 此外，所有12个固有频率可低于振动的内燃发动机单元40的激励频率，使得当开始操作内燃发动机单元40时，振荡系统的这12个固有频率必定迅速经历过去。由于具有如前文所述的低固有频率，这种极严格的安装可具有良好的阻尼特性。 [0060] 更进一步地，固有频率和激励频率之间的差距越大，越可以更好地阻尼机械振动和结构传递噪声。配重可以配置为确保相当大的差距，例如，配重的质量、上弹性安装件14和下弹性安装件16的弹簧常数和数量可以相应地适配。 [0061] 因此，低固有频率可以是合乎需要的，并且可以通过例如高质量的配重、弹性安装件14、16的低弹簧常数及少的数量得以实现。 [0062] 一般来说，应当注意的是，在描述振荡系统的上下文中使用的术语“固有频率”、“谐振频率”，以及“调谐频率”可以同义地使用。 |
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