具体实施方式

本发明的主题为一种船和一种建造所述船的方法，其中，所述船具有用于减小源于壳体的震动的系统。

特别地，作为本发明的主题的船可以是游轮。

参照附图，附图标记1总体上表示本发明的船。

根据如图4所示的本发明的一般实施例，船1包括：

-船体2；

-设置在船体2内的多个甲板10；

-至少一个发动机壳体20，其界定自发动机房22向上沿竖直方向跨上述多个甲板10延伸至烟囱23的腔室21；及

-至少一个烟道30，供布置在上述发动机房22内的一个或多个内燃机24产生的烟气使用。

特别地，上述内燃机24可以是柴油发动机或柴油/燃气发动机。

上述烟道30安装在壳体20内，包括多个集中质量部件31、32、33、34和多个质量沿长度分布的部件35、36。

“集中质量部件”是指烟道30的具有相当大的质量(还与所讨论的系统有关)的部件，其质量由相对重量所搁置在其上的一个或多个接触点支撑，但是，该一个或多个支撑点在限制区域内。

特别地，质量/体积比等于或大于100kg/m³的部件可被归为集中质量部件。

特别地，所述烟道30的多个集中质量部件包括：

-至少一个SCR(Selective Catalytic Reduction选择性催化还原)系统31，其为用于控制NOx排放的催化系统；和/或

-至少一个用于产生蒸汽的废气锅炉32；和/或

-至少一个烟气洗涤塔33，其为用于控制SOx排放的系统；和/或

-至少一个消音器34。

如图5所示，上述烟道30优选包括：一个或多个SCR系统31；一个或多个用于产生蒸汽的废气锅炉32；一个或多个烟气洗涤塔33；及一个或多个消音器34。

作为近似值，SCR的平均质量/体积比可为约220kg/m³；废气锅炉的平均质量/体积比可为约650kg/m³；烟气洗涤塔的平均质量/体积比可为约130kg/m³；消音器的平均质量/体积比可在100-220kg/m³之间。

“质量沿长度分布的部件”是指烟道30的具有适中质量(还与所讨论的系统有关)的部件，其具有扩展的纵向延伸。

具体地，管道的管道段可被归为质量沿长度分布的部件。更具体而言，质量/体积比小于50kg/m³的部件可被归为质量沿长度分布的部件。

特别地，质量沿长度分布的部件为烟道30的管道35的管道段，其将烟道的各集中质量部件在流体上彼此连接，从而形成自发动机废气至烟囱的必要流体连续性。

具体地，由壳体20界定的腔室21可以是自发动机房22至烟囱23的单个腔室。可提供更复杂的实施例。例如，如图4、图5和图6所示，腔室21可以在底部分岔成两个起始段21a和21b(例如，以便用于两个单独的发动机房)，这两个起始段在上游于向上延伸至烟囱23的单个上段21c连接。

壳体20可包含两个或更多个不同的烟道，该些烟道可保持分离直至所述烟囱或者可在共同的末端段重新连接。

为便于表述，下面将参照一个烟道进行描述，但是，并不由此希望限制为单个烟道的情况。

船1可有利地包括一个或多个供工作流体通过的管线，例如，通风管线(ventilation lines)、排气管线(air vent lines)、供蒸汽通过的管线、及液压管线。

所述一个或多个供工作流体通过的管线的管道36的某些管道段可有利地安装在壳体20内。管道36的这些管道段可被认为是附加的相对于烟道20的分布式质量部件35的质量沿长度分布的部件。

特别如图5、图6和图12所示，船1还包括多个适于支撑位于所述壳体20内的多个所述集中质量部件31、32、33、34和多个所述质量沿长度分布的部件35、36的结构51、52和53。

根据本发明，上述支撑结构包括多个主平台51，每个主平台限定位于腔室21内的主支撑底座，并通过主弹性悬架61的介入连接至船甲板10处的壳体20的壁。

每个主平台51优选由梁的框架构成，该些梁在结构上彼此互连以形成网格状结构，具体如图8、图9、图10和图11所示。

根据本发明，上述支撑结构还包括多个辅助平台52，每个辅助平台52直接或间接地由所述主平台51中的一个支撑，并限定相对于由相应的主平台51限定的主支撑底座位于不同高度的辅助支撑底座。

具体如图7、图8、图9、图10和图11所示，每个辅助平台52优选由梁的框架构成，该些梁在结构上彼此互连以形成网格状结构。

主平台51和辅助平台52可具有与壳体截面相同的周边形状，例如，矩形。还可提供其它实施例，在该些实施例中，平台51和52具有与壳体截面不同的形状。该些平台的周边形状基于对烟道各部件的位置的需求来进行选择，并且，使得该些平台的几何结构不会与壳体的壁发生干扰。

根据本发明，烟道30的所述集中质量部件31、32、33、34中的至少一个定位在每个主平台51上。

两个或更多个所述集中质量部件可定位在主平台51上。

由以下部件构成的组件构成结构独立模块50a、50b、50c、50d、50e：

-主平台51；

-相应的至少一个集中质量部件31、32、33、34；

-由所述主平台支撑的一个或多个可能的辅助平台52；及

-一个或多个质量沿长度分布的部件35、36，其连接至所述主平台51和/或所述一个或多个可能的辅助平台52。

有利地，烟道30由此被分割成两个或更多个结构独立模块50，该些模块沿着壳体20的竖直延伸依次布置。

根据附图中所示的实施例，壳体20内安装有三个独立的烟道30。从发动机房开始，每个烟道30依次包括SCR系统31、废气锅炉32、烟气洗涤塔33和消音器34，它们通过管道35的管道段联结在一起。在附图中所示的示例中，三个烟道30共用同一个烟气洗涤塔33。所述三个烟道30的上述部件被分成五个结构彼此独立的模块50a、50b、50c、50d、50e。第一模块50a包含洗涤塔33和三个消音器34；第二模块50b包含废气锅炉32；第三模块50c包含SCR系统31和两个废气锅炉32；第四模块50d和第五模块50e(布置在壳体的两个分离部分上)均包含SCR系统31。

优选地，在壳体20的顶部，靠近烟囱23，每个烟道30包括至少一个风扇(附图中未示出)。

更具体而言，该些风扇可包含在第一模块50a中，由一个或多个辅助顶部平台支撑，其中，所述辅助顶部平台借由互连结构将其重量支撑在所述第一模块50a的主平台上。或者，如附图中所示，该些风扇可布置在另一结构独立模块50f中(末端或顶部模块)，该模块用于在顶部封闭壳体，并设置有其自身的主平台51(其借由其自身的主弹性悬架61连接至壳体20)和一个或多个辅助平台52。在这种情况下，所述风扇被视为辅助或次集中质量部件。

特别地，模块50a、50b、50c、50d、50e可沿竖直方向延伸至等于两个或更多个船甲板之间的间距的程度。模块50a、50b、50c、50d、50e可具有不同的竖直延伸。一个模块的竖直延伸基本上由布置在所述模块内的一个或多个集中质量部件的尺寸及布置在其内的管道的各管道段的纵向延伸确定。

一模块可包含单个烟道的部件(如附图中模块50e的情况)或者可包含两个或更多个通过相同壳体段20的不同烟道的部件(如附图中模块50a或50d的情况)。

根据本发明，每个主平台51的上述主弹性悬架61的尺寸被设计成削减由所述发动机产生并在壳体20内由所述烟道30传递的低频率振动自相应模块50a、50b、50c、50d、50e至壳体20的传递。上述主弹性悬架61通过利用相应模块50a、50b、50c、50d、50e的较高总质量来削减上述低频率振动。

有利地，削减振动减小了由它们产生的恼人的结构噪音。“结构噪音”是指通过船的结构传递的由使所述结构振动的源产生的噪音。

具体地，特别是如图6所示，每个模块50a、50b、50c、50d、50e对应于各自的主平台51支撑在多个突部25上，该些突部25突出至壳体内并在结构上与船甲板集成在一起和/或集成在壳体20内。所有这些突部25的尺寸被设计成将整个模块50a、50b、50c、50d、50e的全部重量卸载至所述突起自其延伸的壳体上和/或船的甲板上。在每个突部25上，设置所述主弹性悬架61中的一个，所述主弹性悬架61由此位于模块50a、50b、50c、50d、50e与各突部25之间。

与现有技术中的技术方案相比，由于本发明，可获得如下两种结果，这两种结果协同配合以减少/削减低频和超低频振动自烟道至壳体的传递：

-减少了支撑结构与壳体的连接点：烟道不再是连接在船的每个甲板上，而是只连接在船的设置在主平台高度上的甲板上；及

-烟道的较高质量、和分布于若干模块50a、50b、50c、50d、50e上的支撑结构51、52、53的质量集合在一起以限定更高的质量(具有更大的惯性)，以被利用来增加低频率和超低频率振动的削减；这也尤其使得使用具有高效率和低频率的弹性悬架作为主弹性悬架成为可能。

换言之，将烟道和相对支撑结构设计成若干结构独立模块50a-e使得可利用为了减小作为单个结构独立模块50a、50b、50c、50d、50e的系统的自然频率f₀所涉及的较高质量，以便确保由发动机运行所导致的特征频率、基本频率和点火频率落入最大可能阻尼区，从而最大限度地减少传递至船结构的振动。

优选地，考虑到所涉及到的质量，为了能够悬挂多个这种在质量上很显著的系统(即，每个均包括设备、管线、主平台和辅助平台的结构独立模块50a、50b、50c、50d、50e)，使用的高效、低频主弹性悬架是为作为主发动机的大型设备开发的那些。这些悬架事实上具有所需的特征，并且，不像现有技术中使用的用于悬挂集中质量部件的那些，它们经过优化以确保非常低的刚度k，这会导致弹性部件的非常低的自然频率(高达4/5Hz)，其与模块的质量m结合，使得可使系统的自然频率f₀非常低并且与激励频率(主频率和点火频率)解耦，由此激励频率将被有效减小。

具体地，由发动机产生、并通过烟道30在壳体20内传递的低频振动包括：

-发动机基本旋转频率下的振动，基本旋转频率是与传动轴的旋转相关的频率；及

-发动机点火频率下的振动，点火频率是发动机汽缸点火的频率。

优选地，发动机的基本旋转频率在7-30Hz之间，而发动机的点火频率优选在40-150Hz之间。

优选地，每个模块50a、50b、50c、50d、50e的主弹性悬架61都具有低于7Hz的自然频率。

更具体地，每个模块50a-e可被视为具有一个自由度的系统，其将具有取决于主弹性悬架61的刚度k和振荡器(悬挂的模块)的质量m的自然谐振频率，方程如下：

其中，m为悬挂的质量，k为弹性悬架的刚度。

为了阐明该概念，考虑传递率T是有用的，传递率T表示传递至基础(船的结构/壳体20)的力F与力F0(即激振力)之间的比值。

本发明考虑的具体情况主要涉及借由SCR、废气锅炉、消音器和洗涤塔(它们通过与废气流相互作用从其获得能量并将其排放)自发动机通过悬挂点至船的结构的传递。

根据本发明，质量m由整个模块(集中质量部件和分布式质量部件、主平台和辅助平台)构成。

还已知传递率可根据以下方程表示：

其中，X＝f/f₀，f为激振频率，C为阻尼因子。

因此，具有一个自由度的系统的振幅取决于质量m、刚度k和阻尼因子。

从上面给出的T方程可以看出：

-当X趋近于0时，传递率T趋近于1；由此，该比值由刚度k控制；

-当X趋近于大于1的值时，传递率T趋近于零；该比值由质量m控制。

图14示出了随阻尼比ζ的值变化的频率比f/f₀相对于传递率T的趋势，其中，阻尼比ζ对应于C/Cc比值，Cc为临界阻尼系数。当ζ<0时，系统的瞬态响应是循环的；当ζ>＝1时，系统的响应不再是循环的。当ζ＝0时，系统没有阻尼。有关ζ＝0的情况源自于具有一个自由度的振荡器的运动的方程my”+Cy’+ky＝F(t)，由该方程获得具有一个自由度的系统的自然无阻尼频率f0,F(t)＝C＝0。橡胶的典型ζ值为0.05-0.1，而钢的典型ζ值为0.005-0.01。

现在参照图14，从中可以看出对于低于共振(f/f0＝1)的值，不仅没有隔离也没有放大；在共振(f/f0＝1)附近，有放大，而在1.4X以上，分离元件的存在显著增加了隔离。因此，当系统的频率f0至少低于激振频率的1.4倍时，弹性的存在是有效的。

为此，考虑到上述所涉及到的频率(其最小值为7Hz左右)，优选具有具有非常低的自然频率(约为5Hz，k低)的主弹性悬架，以使隔离效果最大化。此外，如传递率方程T所表示的，除了共振外，响应还受质量控制；因此，增大质量使得可减小f0，由此增大f/f0比值，这有利于隔离系统，从而减少振动传递至船的结构。

由于本发明，因此可显著削减低频和超低频振动自烟道传递至壳体和船的邻近所述壳体的结构，而不会干扰壳体和与壳体邻近的这些结构。

特别地，不再需要在壳体周围布置缓冲空间。这样以来，壳体周围的体积就空出来了(在现有技术中的方案中，由于源自于壳体的振动的强度，壳体周围的体积不能用作有价值的地点)。

此外，本发明的技术方案可以与传统方案基本类似的成本来生产。具体地，不需要对船的结构进行干预，而只需要对壳体内的结构进行重新配置。如在下文中所强调的，将这些结构分成结构独立模块50a-e使得可以应用减少组装和安装成本的预制方法。

如前所述，船1可包括一个或多个供工作流体通过的管线。用于供工作流体通过的所述一个或多个管线的管道36的某些管道段可安装在壳体20内。管道36的这些管道段相对于烟道20的分布式质量部件被视为附加的质量沿长度分布的部件。供工作流体通过的所述一个或多个管线的管道36的某些管道段可安装在壳体20内。

有利地，安装在壳体20内供工作流体通过的所述一个或多个管线的管道36的某些管道段可作为附加的质量沿长度分布的部件连接至上述支撑结构51、52、53。在这种情况下，每个结构独立模块50a、50b、50c、50d、50e可包括所述管道36的一个或多个管道段。

优选地，属于通风管线、排气管线、蒸汽通道管线和液压管线的管道36的管线段连接至支撑结构51、52、53，而出于安全原因，防火管线的管道直接附接至壳体20的壁。

优选地，布置在第一模块中的用于供废气通过的管道35的管道段和用于供工作流体通过的一个或多个管线的管道36的管道段(如果提供了的话)借由柔性连接件37流体连接至设置在邻近该第一模块的第二模块中的相应管线的管道的管道段。以这种方式，可以确保各管线的流体连续性，而无需在结构上将不同模块50a-e彼此紧固。

优选地，如附图所示，特别是如图12所示，上述支撑结构包括多个位于模块的主平台51与相同模块50a、50b、50c、50d、50e的每个辅助平台52之间的结构互连件53。

特别地，这些结构互连件53(其优选为竖直的)可直接将辅助平台52连接至主平台51(如模块50b所示)或者可通过至少一个中间辅助平台(例如，如模块50a和50c所示)间接地将辅助平台52连接至主平台51。

有利地，如图8-图11所示，每个模块50a、50b、50c、50d、50e中的支撑结构51、52、53形成结构上集成的支撑框架，特别是笼状支撑框架，属于所述模块的集中质量部件和质量沿长度分布的部件布置在该支撑框架内。

一个模块的辅助平台52可设置在相应主平台51的上方和/或下方。

优选地，一模块的所述辅助平台52可设置在主平台51上方，如模块50a、50b和50c中提供的。在这种情况下，结构互连件53主要在压缩作用下工作。然而，可以提供一个或多个辅助平台52可设置在主平台51下方的实施例，如模块50d和50e中提供的。在这种情况下，一些结构互连件53也可在牵引作用下工作。

优选地，一个模块的每个辅助平台52由比构成相应主平台51的结构细且轻的结构组成。

更具体地，一模块的主平台51的结构尺寸被设计成支撑相应整个模块50a、50b、50c、50d、50e的整个重量。而辅助平台52则执行辅助结构功能，因此基本上适于：

-确保对管线(更轻；质量沿长度分布的部件)的支撑；及

-确保为了维护目的可接近设备，可沿着壳体的整个竖直延伸行进。

由于这些原因，与现有技术中的技术方案相比，形成辅助平台52的结构可减小成更细且更轻的结构，而现有技术中的技术方案正相反，其在壳体内每个船甲板处提供结构类似于船甲板的平台。

这种优选配置提供了关于壳体内支撑结构的很大的重量减轻余地。例如，在具有20个甲板的船中，假设烟道被分成4个模块，这就意味着能够减轻约16个甲板的重量。一般来说，减小对壳体内结构总重量的影响估计为至少40％的量级。

优选地，在一模块50a、50b、50c、50d、50e中的相应主平台51和至少一个集中质量部件31、32、33、34(或两个或更多个集中质量部件(如果存在的话))的质量的总和构成整个模块的质量的50％以上，甚至更优选地构成整个模块的质量的75％～90％。

优选地，每个模块50a、50b、50c、50d、50e被配置成使得其重心位于相应主平台51的附近。换言之，每个模块被配置成使得该重心被设置成尽可能靠近穿过主弹性悬架61的平面。这进一步促进了所述模块50a、50b、50c、50d、50e在壳体内的稳定性。以这种方式，因此可增加一模块的竖直延伸，而不必使用为了阻尼由船的运动在所述模块上引起的任何振动而相对于主平台在不同高度将该模块连接至壳体的稳定元件。

有利地，如附图中所示，在模块50c的情况下，主平台51可在若干个平面上延伸，以便将若干个集中质量部件定位在所述模块内的不同高度处。换言之，主平台51可包括彼此不共面的部分。

优选地，每个模块50a、50b、50c、50d和50e在结构上独立于其它模块，并且仅通过上述主弹性悬架61机械连接至壳体20。

优选地，每个主平台51的主弹性悬架61相对于相应模块的重心对称地分布。

根据一优选实施例，上述集中质量部件31、32、33、34中的一个或多个和/或上述质量沿长度分布的部件35、36中的一个或多个可借由一个或多个辅助弹性悬架62连接至支撑结构51、52、53。优选地，特别是如图5和图6所示，集中质量部件31、32、33、34借由一个或多个所述辅助弹性悬架62连接至支撑结构51、52、53，而质量沿长度分布的部件35、36直接连接至支撑结构51、52和53。

在操作上，上述辅助弹性悬架62的作用与主弹性悬架的作用相加以进一步削减振动和噪音自烟道30至壳体及邻接所述壳体的船的结构的传递。因此形成了一种双悬架系统，其可被视为类似于两级隔离器(two-stage insulator)，如图15中示意性地所示。

优选地，当单个悬架的效率不合适时或者当不仅需要衰减非常低的频率还需要衰减另一频率时，使用双悬架。柴油发动机正是这种情况，对于柴油发动机，主频率和点火频率都考虑在内。

更具体而言，如图15示意性地所示，具有两个自由度的双悬架事实上具有两个自然频率，涉及两个质块m1和m2，其中，m1为在本发明中由主平台的质量加上辅助平台和与其刚性地连接的全部管道(分布式质块)的质量的总和组成的中间质块。该质量m1相较于各个悬挂的集中质量部件的质量m2必须尽可能地大；必要时，可达到其的70％。

在这种特定情况下，因此将有两个与系统有关的频率，较低的f1和较高的fb，其是谐振频率f1和f0的组合，其中：

f1＝质块m1的谐振频率，其中质块m2被认为是固定的；

f0＝具有质块m2的一个自由度的系统的谐振频率，不将质块m1考虑在内。

将这两个频率组合来描述系统使得可以计算：

f1，其将始终<f1或f0；

fb，其将始终>f1或f0，

在相对于较高频率fb的双倍频率。

优选地，上述主弹性悬架61和(如果存在的话)上述辅助弹性悬架62由被动弹性悬架构成。具体地，这些被动弹性悬架包括去耦部件(decoupling components)，其优选由由弹性材料制成的本体制成，该弹性材料特别是橡胶或硅酮、金属弹簧、包括金属基体的弹性部件、和/或空气弹簧。图16示意性地示出了基于所使用的类型的去耦装置的某些类型的被动悬架的工作范围。

根据特定实施例，主弹性悬架61和辅助弹性悬架62(如果存在的话)可由以下构成：

-半主动弹性悬架，其由质量阻尼器(mass damper)构成；或者

-主动弹性悬架。

具体地，“主动弹性悬架”是指一种用于隔离振动的主动系统(AVC)，其与悬架一起包含由传感器(例如，压电加速度计或地震检波器(geophone))、控制器和执行器构成的反馈回路。由极其敏感的振动传感器获取的信号通过电子电路进行分析，电子电路驱动电动执行器，电动执行器即刻产生补偿振动的反作用力。该主动抗振系统没有任何频率下的振动的共振和放大。

有利地，可提供在相同模块中可使用被动、半主动和主动弹性悬架的组合的实施例。

根据本发明的一个相当优选的实施例，每个模块50a、50b、50c、50d、50e为自支撑结构，优选是离船预制的。在操作上，每个模块50a、50b、50c、50d、50e都完全在船下形成，以然后将其从上方安装在壳体内。

下面将对本发明的建造所述船1的方法进行描述。

为了描述简单，将不再对船1的整个说明进行重复，但将参照前述说明。

本发明的用于建造所述船1的方法至少包括以下操作步骤：

-a)建造具有多个甲板10和至少一个壳体20的船体2，其中，所述多个甲板10布置在所述船体内，所述至少一个壳体20界定自至少一个发动机房22向上沿竖直方向跨所述多个甲板10延伸至烟囱23的腔室21；

-b)在所述壳体20内安装至少一个用于由设置在所述至少一个发动机房22内的一个或多个内燃机24产生的烟气的烟道30，其中，所述烟道30包括多个集中质量部件31、32、33、34和多个质量沿长度分布的部件35、36，所述集中质量部件和质量沿长度分布的部件借由多个结构51、52、53支撑在所述壳体内。

根据本发明，上述支撑结构51、52、53包括：

-多个主平台51，每个主平台限定位于所述腔室21内的主支撑底座并通过主弹性悬架61的介入在船甲板10连接至壳体20的壁；及

-多个辅助平台52，每个辅助平台仅由所述主平台51中的一个直接或间接地支撑，并限定辅助支撑底座，其相对于由相应的主平台51限定的主支撑底座布置在不同的高度上。

在上述安装步骤中，步骤b)，支撑结构51、52、53和烟道31、32、33、34和35及36的各部件被聚集在一起以形成结构独立模块50a、50b、50c、50d、50e。

每个结构独立模块包括主平台51、定位在所述主平台上的至少一个集中质量部件31、32、33、34、由所述主平台支撑的一个或多个可能的辅助平台52、及一个或多个与所述主平台51和/或所述一个或多个可能的辅助平台52相连的质量沿长度分布的部件35、36。

每个主平台51的主弹性悬架61的尺寸被设计成利用相应模块50a、50b、50c、50d、50e的总质量减少由所述发动机产生并在所述壳体20内通过所述烟道30传递的低频率振动自所述相应模块50a、50b、50c、50d、50e至壳体20的传递。

根据本发明的一个相当优选的实施例，每个模块50a、50b、50c、50d、50e都是自支撑结构，优选是离船预制的。在操作上，每个模块50a、50b、50c、50d、50e完全在船外形成，以然后从上方安装在壳体内。

本发明可获得在整个说明书中所呈现的诸多优点。

由于本发明，还可以显著减少低频率和超低频率振动自烟道至壳体及邻近所述壳体的船的结构的传递，而不会干扰壳体和邻近该壳体的结构。

特别地，不再需要在壳体周围布置缓冲空间。这样一来，壳体周围的体积就会被释放出来，而在现有技术的方案中，这些体积会由于源于壳体的振动的强度和由此产生的结构噪音而不能用作有价值的地点(例如，公共区域、餐厅等)。

此外，本发明的技术方案可以与传统技术方案基本类似的成本来实施。具体而言，不需要对船的结构进行干预，而只需对壳体内的结构进行重新配置。

有利地，由于本发明，特别是由于将支撑结构和壳体内的烟道分成了若干模块，由于不太受船甲板的约束，烟道的设计因此可具有更大的自由度。

根据优选实施例，将壳体内的结构配置成结构独立模块使得可减小船上重量，并降低重心高度，这有利于船的稳定性。

将壳体内的结构分成结构独立模块使得可应用减少组装和安装成本的预制方法。

因此，以这种方式设想的本发明实现了设定目的。

当然，当在实践中实施时，所述发明还可呈现与上述实施例和配置不同的实施例和配置，由此不脱离本发明的范围。

此外，所有细节都可由技术上等同的元件替代，并且，根据需求，可使用任何尺寸、形状和材料。