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船用螺旋桨静平衡检测方法及静压支承静态特性的研究
| 论文题名： | 船用螺旋桨静平衡检测方法及静压支承静态特性的研究 |
| 关键词： | 船舶螺旋桨;静平衡检测;静压支承;静态特性;优化设计 |
| 摘要： | 船用螺旋桨作为船舶的动力装置，其静不平衡量的存在会引起振动，加速轴系的磨损，减少使用寿命，并影响整个船舶的稳定性。因此，螺旋桨出厂前必须进行静平衡检测与修正。 传统的卧式静平衡法以结构简单、观察直观等优势，在许多场合仍继续采用。但其缺点也很明显，检测精度、可测螺旋桨质量和检测效率都不高。随着螺旋桨的大型化发展趋势，急需对螺旋桨静平衡检测的方法及检测装置进行研究与开发，以满足高精度、大载荷、自动化的静平衡检测要求。本文以此为中心，进行了下述工作： 首先，基于转子静平衡的力学原理，介绍了卧式静平衡检测法的基本组成和工作原理，并且研究了轴承摩擦力矩对于检测的影响。分析可知，当摩擦力矩为M时，可检测的最小静不平衡量为2M/R。为了提高检测精度同时增大可测螺旋桨质量，提出了基于静压悬浮理论的立式静平衡检测法。基于此方法，提出一套静不平衡量的检测算法，推导出了静不平衡量大小和方位的数学表达式。 其次，本文以立式静平衡检测法的关键部件——静压支承作为研究对象，推导出静压支承的承载能力、油膜压力场、泄漏量等特性的数学模型。利用MATLAB进行数值分析，获得了各静态特性的变化规律。研究发现，密封带夹角θ0、θ1和静压支承球面半径R对承载能力的影响很大，当θ1小于85°时，θ1每增大10°，承载能力平均能提高16.7%。同时，油膜厚度h、油液动力粘度μ、毛细管节流器结构参数及供油压力pr对静压支承的静态特性也起着重要的影响。 接着，基于CFD原理，利用FLUENT软件对静压支承的稳态流场进行了仿真模拟，进一步研究了静压支承压力场、速度场的分布规律。为避免静压支承球头与球窝轴线偏移，设计了两种带平衡槽的静压支承——矩形平衡槽和三角形平衡槽，并对带槽型静压支承的稳态流场进行了仿真模拟。结果表明，相比无槽型静压支承，三角形槽静压支承的承载能力更大，且泄漏量更小。 另，以静压支承的承载能力、油膜刚度、泄漏量为优化目标，利用遗传算法对静压支承的结构参数进行了优化设计。优化后的静压支承泄漏量系数降低了72.71%，承载能力系数提高了7.54%，油膜刚度系数提高了3.38%。 最后，根据相似性原理，设计并搭建了立式静平衡检测系统的实验样机。利用实验样机，提出静压支承摩擦力矩、实验样机灵敏度和静平衡检测精度的测量方法。测量结果表明，静压支承摩擦力矩的量级很小，且随供油压力增大而增大，实验样机的静平衡检测精度达到±0.4kg。 |
| 作者： | 潘湘强 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王存堂 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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