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船舶艉轴机械密封振动与热—热应力研究
| 论文题名： | 船舶艉轴机械密封振动与热—热应力研究 |
| 关键词： | 艉轴机械密封;船舶推进轴系;热-热应力;耦合计算;模态分析;激振力;温度场 |
| 摘要： | 艉轴机械密封是船舶推进轴系中的重要部件,主要作用是防止船体外的海水泄漏进舱内,以及舱内的润滑油泄漏出船体而环境污染,其性能的优劣直接影响着船舶的安全运行。随着船舶向高速、大型化和高运行可靠性发展,对艉轴机械密封的要求越来越高。而端面摩擦、温度和热应力,以及不均匀的轴向伴流场激振力产生的轴向振动等己成为影响艉轴机械密封性能和使用寿命的关键问题。目前对这些问题虽然已开展了许多研究工作,但仍不够系统深入,特别是对在不同材料配对下,温度场和热应力分布以及轴向激振力对机械密封影响的研究还很少。故本文主要针对这几个问题展开研究,主要工作和结论如下: 1)基于有限元分析软件ANSYS,采用硬质合金、氧化铝陶瓷、斯太利特、铜合金和细粒碳石墨五种材料进行配对并运用直接耦合法进行了热-热应力耦合计算和分析。研究表明:温度沿径向呈降低趋势,不同的材料配对对于温度和热应力有着显著的影响,动环和静环应力比较集中在台阶处:硬质合金和细粒碳石墨的配对比较合理。 2)对于动环采用硬质合金、静环采用细粒碳石墨的密封副,计算得到不同转速、不同介质压力下的端面平均温度和最大热应力值变化规律,并进行了艉轴机械密封的温度测试和验证。研究得到端面平均温度、最大热应力值随转速、介质压力的增加而增加;热应力集中的位置受介质压力和转速的影响较小。 3)基于有限元分析软件ANSYS,对艉轴机械密封进行三维造型和模态计算:检验预应力对模态计算的影响以及有实际约束的模态计算和自由模态计算。通过提取前六阶固有频率和振型的计算结果,分析得到:预应力对模态分析不产生影响,且约束的施加使其固有频率明显增大,可以有效地避免共振。 4)螺旋桨在不均匀伴流场中工作将产生不均匀的轴向激振力,导致艉轴机械密封产生轴向振动。通过艉轴机械密封的谐响应分析和瞬态温度场分析,得到激振力对艉轴机械密封温度场的影响关系。通过ANSYS计算分析得到轴向振幅随频率的增大而先增大后减小,在频率为7000Hz时达到最大值;在静环与弹簧接触端面,轴向振幅沿径向逐渐增大。轴向谐振力为7700sin(120t)N情况下的瞬态温度场分析表明,端面节点处的温度呈现近似的正弦变化规律,且其周期为12s左右,内径处的温度高于外径处。 |
| 作者： | 林清龙 |
| 专业： | 流体机械及工程 |
| 导师： | 陈汇龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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