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船舶艉轴密封变形控制技术与试验研究
| 论文题名： | 船舶艉轴密封变形控制技术与试验研究 |
| 关键词： | 船舶艉轴密封;热力耦合;温度分布;变形控制;有限元分析 |
| 摘要： | 船舶艉轴机械密封装置是船舶艉轴推进系统的关键组成部分，被广泛应用在螺旋桨开放式水润滑密封系统中。艉轴密封主要用来防止海水从艉轴处流入船舱之内，其稳定运行是船舶正常推进乃至船员人身安全的重要保障。导致艉轴密封过早失效的原因有很多，其中端面温度过高、接触端面变形是导致密封提前失效的两大主要原因，也是解决艉轴密封过早失效的关键问题。本文主要针对这两个问题进行研究，主要工作与结论如下: 1、基于ANSYS有限元分析软件，对橡胶与硬质合金材料配对的内漏式艉轴密封进行了力变形、热变形以及耦合变形的计算与分析。研究得出:耦合变形不是力变形与热变形的简单叠加;对于橡胶等弹性模量较小的材料与硬质合金配对的艉轴密封而言，力变形为主要的变形形式。 2、考虑初始介质压力产生的密封接触端面变形，对密封环温度分布进行了计算与分析。结果表明:初始介质压力使得两密封环接触端面间产生非接触的锥形间隙，减小了两密封环的实际接触宽度，增大了端面接触压力;考虑锥形间隙区域介质对密封环端面的散热作用，最高温度产生在靠近端面变形后实际接触的内径位置。 3、对船舶艉轴密封在不同结构、介质压力下的接触端面变形进行了计算分析。得出在结构与介质压力综合影响下艉轴密封达到最佳密封性能的工况条件;提出橡胶与硬质合金配对艉轴密封适合小吨位任意转速的船舶使用。 4、改善了材料配对并优化了密封环整体结构，并对新型密封端面变形进行了有限元分析。分析表明:对于碳石墨与硬质合金材料配对的艉轴密封，热变形是主要变形形式。采用力变形与热变形相结合的方式对密封环接触端面变形进行了协调分析;得到了弹簧压力与介质压力关系方程，介质压力变化时根据方程调整弹簧压力来控制密封端面变形;提出碳石墨与硬质合金配对密封适合低转速的船舶使用。 5、研制了基于普通车床的船舶艉轴密封性能试验装置，并对端面温度、接触端面磨损进行了测试，通过接触端面磨损量大小的径向分布情况间接的分析出端面变形的情况。测试得到的数据与理论计算的结果基本一致，验证了理论分析的正确性。 |
| 作者： | 许杨 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王玉玲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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