本发明涉及船舶推进系统设备，具体涉及一种基于空气弹簧的主动式减振推力轴承。
背景技术：
1、推进系统纵向振动是船舶艉部低频振动噪声的重要来源之一，欲改善船舶舒适性和声隐身性，须对推进系统纵向振动及其与船体艉部结构的耦合振动进行控制。船舶轴系推进力传递通道也是螺旋桨脉动激励力传递通道，因此轴系纵向减振一般在其推力传递通道上设置减振器，利用减振器的刚度和阻尼效应衰减轴系纵向振动。
2、推力轴承是船舶推进系统的设备，它向螺旋桨传递轴系正反两方向扭矩，并将螺旋桨产生的推力和拉力传递给船体，推动潜器航行。在推力轴承内部设置减振结构，用于轴系纵向减振，是工程上行之有效的控制措施。
3、目前，现有技术的减振推力轴承设计存在一定设计弊端：为保证桨轴系统纵向减振效果，设计中减振元件必须具备较低的止推动刚度，但是由于减振元件设置在承力部件之间，在隔离振动的同时需承受巨大的静态载荷力。大载荷、低刚度使得减振元件在承载性能、使用可靠性等方面带来巨大困难，也使得桨轴系统在推力载荷下的轴向窜动量也大幅增加，对密封装置、联轴器、齿轮箱等相关设备的安全使用极为不利。
4、根据单自由度系统振动控制理论，轴系纵向减振效果的提升基于减振元件的刚度降低，进而实现轴系一阶固有频率的降低，达到控制目标频道振动响应降低的目的。但现有技术的减振技术在上述低动刚度、高承载能力及低纵向窜动位移之间的矛盾成为轴系减振技术的瓶颈，限制了桨轴系统低频减振控制范围和使用效果。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是：提出一种基于空气弹簧的主动式减振推力轴承，能够实现桨轴系统纵向振动超低频控制，扩展了桨轴系统低频减振控制的范围，且可避免轴系运行窜动位移过大，保证桨轴系统运行安全。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
3、一种基于空气弹簧的主动式减振推力轴承，包括推力轴1和壳体3，所述推力轴1沿壳体3中心线穿设且两端位于壳体3外部，所述推力轴1上固定有推力环18，所述推力环18位于壳体3内部且靠近所述壳体3左端面，所述推力环18右端面设有尺寸相适配的支撑套环5，且所述支撑套环5与推力环18之间沿周向均匀设有多个推力块4，所述支撑套环5中心孔内安装有支撑轴瓦7，所述支撑轴瓦7活动套设于所述推力轴1上；
4、所述支撑套环5内部沿周向设有多个空气弹簧减振组件6，且所述多个空气弹簧减振组件6与所述多个推力块4位置相对应；所述空气弹簧减振组件6左端面与对应的推力块4相抵，且空气弹簧减振组件6右端面与支撑套环5内壁之间设有调整垫板16以进行轴向压紧和限位；所述推力块4左侧瓦面与所述推力环18右端面相接触，且推力块4右端面设有球形压头17与对应的空气弹簧减振组件6相抵；
5、所述壳体3左端面和右端面均安装有端面油封2，所述空气弹簧减振组件6均通过供气管路8与高压空气系统连接，且所述供气管路8上安装有空气压力控制模块10，所述推力轴1端面安装有位移监测传感器9，所述位移监测传感器9和空气压力控制模块10均与推力监测控制模块11电性连接。
6、进一步的，所述空气弹簧减振组件6包括弹簧缸体12、空气隔膜13和支撑块14，所述空气隔膜13外圆面通过紧固件15固定于弹簧缸体12左端面，所述弹簧缸体12内腔与所述供气管路8相连通形成气室，所述空气隔膜13外侧中部连接有支撑块14。
7、进一步的，所述空气隔膜13外侧中部连接有凸台形金属结构，所述支撑块14固定安装于所述凸台形金属结构顶端，且所述支撑块14与对应的推力块4相抵。
8、进一步的，推力轴承工作时，通过所述供气管路8向所述气室内充气，使所述空气隔膜13膨胀并带动其上的凸台形金属结构和支撑块14抵紧对应的推力块4，以实现承载功能。
9、进一步的，所述位移监测传感器9用于实时监测推力轴1的纵向位移，当所述推力轴1的纵向位移接近极限许用位移时，推力监测控制模块11发送加压指令给所述空气压力控制模块10，并由所述空气压力控制模块10控制供气管路8向所述空气弹簧减振组件6内充压。
10、进一步的，当所述推力轴1的纵向位移恢复到安全使用范围时，推力监测控制模块11发送停止指令给所述空气压力控制模块10，以停止向所述空气弹簧减振组件6内充压。
11、进一步的，所述空气弹簧减振组件6的充气压力p满足下式：
12、
13、式中，f静为轴系穿舱部位静水力，f动为轴系推进器产生的推力，s为空气隔膜的效截面积，n为空气弹簧减振组件的数量。
14、进一步的，所述凸台形金属结构向左穿出所述支撑套环5后与所述支撑块14固定连接，所述支撑块14左端面与所述推力块4右端面设置的球形压头17相抵。
15、进一步的，所述支撑块14右端面与支撑套环5之间留有预设间隙，当轴系纵向蹿动位移大于所述预设间隙时，所述支撑块14右端面与支撑套环5刚性接触。
16、本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
17、1、本发明提出的一种基于空气弹簧的主动式减振推力轴承，通过气囊隔振元件的低刚度设计，能够实现桨轴系统纵向振动超低频控制，使得桨轴系统的纵向振动控制向5hz以内超低频范围扩展，且可有效隔离轴系纵向振动传递；
18、2、本发明通过位移监测和主动推力控制的方式，实现了轴系推力的有效传递，且可避免隔振元件低刚度设计带来的轴系运行窜动位移过大问题，保证桨轴系统运行安全；
19、3、本发明的主动式减振推力轴承，减振效果好，适用于多种船舶桨轴系统，尤其适合于特种深水潜器，且对于同等受轴向静水载荷状态下的旋转机械或系统的轴向减振均具有一定的参考价值。
1.一种基于空气弹簧的主动式减振推力轴承，其特征在于，包括推力轴(1)和壳体(3)，所述推力轴(1)沿壳体(3)中心线穿设且两端位于壳体(3)外部，所述推力轴(1)上固定有推力环(18)，所述推力环(18)位于壳体(3)内部且靠近所述壳体(3)左端面，所述推力环(18)右端面设有尺寸相适配的支撑套环(5)，且所述支撑套环(5)与推力环(18)之间沿周向均匀设有多个推力块(4)，所述支撑套环(5)中心孔内安装有支撑轴瓦(7)，所述支撑轴瓦(7)活动套设于所述推力轴(1)上；
2.根据权利要求1所述的一种基于空气弹簧的主动式减振推力轴承，其特征在于，所述空气弹簧减振组件(6)包括弹簧缸体(12)、空气隔膜(13)和支撑块(14)，所述空气隔膜(13)外圆面通过紧固件(15)固定于弹簧缸体(12)左端面，所述弹簧缸体(12)内腔与所述供气管路(8)相连通形成气室，所述空气隔膜(13)外侧中部连接有支撑块(14)。
3.根据权利要求2所述的一种基于空气弹簧的主动式减振推力轴承，其特征在于，所述空气隔膜(13)外侧中部连接有凸台形金属结构，所述支撑块(14)固定安装于所述凸台形金属结构顶端，且所述支撑块(14)与对应的推力块(4)相抵。
4.根据权利要求3所述的一种基于空气弹簧的主动式减振推力轴承，其特征在于，推力轴承工作时，通过所述供气管路(8)向所述气室内充气，使所述空气隔膜(13)膨胀并带动其上的凸台形金属结构和支撑块(14)抵紧对应的推力块(4)，以实现承载功能。
5.根据权利要求1所述的一种基于空气弹簧的主动式减振推力轴承，其特征在于，所述位移监测传感器(9)用于实时监测推力轴(1)的纵向位移，当所述推力轴(1)的纵向位移接近极限许用位移时，推力监测控制模块(11)发送加压指令给所述空气压力控制模块(10)，并由所述空气压力控制模块(10)控制供气管路(8)向所述空气弹簧减振组件(6)内充压。
6.根据权利要求5所述的一种基于空气弹簧的主动式减振推力轴承，其特征在于，当所述推力轴(1)的纵向位移恢复到安全使用范围时，推力监测控制模块(11)发送停止指令给所述空气压力控制模块(10)，以停止向所述空气弹簧减振组件(6)内充压。
7.根据权利要求4所述的一种基于空气弹簧的主动式减振推力轴承，其特征在于，所述空气弹簧减振组件(6)的充气压力p满足下式：
8.根据权利要求3所述的一种基于空气弹簧的主动式减振推力轴承，其特征在于，所述凸台形金属结构向左穿出所述支撑套环(5)后与所述支撑块(14)固定连接，所述支撑块(14)左端面与所述推力块(4)右端面设置的球形压头(17)相抵。
9.根据权利要求8所述的一种基于空气弹簧的主动式减振推力轴承，其特征在于，所述支撑块(14)右端面与支撑套环(5)之间留有预设间隙，当轴系纵向蹿动位移大于所述预设间隙时，所述支撑块(14)右端面与支撑套环(5)刚性接触。
