發(fā)布時(shí)間：2017-07-18 08:18

  本文關(guān)鍵詞：船舶艉軸密封變形控制技術(shù)與試驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 船舶艉軸密封 熱力耦合 溫度分布 變形控制 有限元分析

【摘要】：船舶艉軸機(jī)械密封裝置是船舶艉軸推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,被廣泛應(yīng)用在螺旋槳開放式水潤(rùn)滑密封系統(tǒng)中。艉軸密封主要用來(lái)防止海水從艉軸處流入船艙之內(nèi),其穩(wěn)定運(yùn)行是船舶正常推進(jìn)乃至船員人身安全的重要保障。導(dǎo)致艉軸密封過(guò)早失效的原因有很多,其中端面溫度過(guò)高、接觸端面變形是導(dǎo)致密封提前失效的兩大主要原因,也是解決艉軸密封過(guò)早失效的關(guān)鍵問(wèn)題。本文主要針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行研究,主要工作與結(jié)論如下:1、基于ANSYS有限元分析軟件,對(duì)橡膠與硬質(zhì)合金材料配對(duì)的內(nèi)漏式艉軸密封進(jìn)行了力變形、熱變形以及耦合變形的計(jì)算與分析。研究得出:耦合變形不是力變形與熱變形的簡(jiǎn)單疊加;對(duì)于橡膠等彈性模量較小的材料與硬質(zhì)合金配對(duì)的艉軸密封而言,力變形為主要的變形形式。2、考慮初始介質(zhì)壓力產(chǎn)生的密封接觸端面變形,對(duì)密封環(huán)溫度分布進(jìn)行了計(jì)算與分析。結(jié)果表明:初始介質(zhì)壓力使得兩密封環(huán)接觸端面間產(chǎn)生非接觸的錐形間隙,減小了兩密封環(huán)的實(shí)際接觸寬度,增大了端面接觸壓力;考慮錐形間隙區(qū)域介質(zhì)對(duì)密封環(huán)端面的散熱作用,最高溫度產(chǎn)生在靠近端面變形后實(shí)際接觸的內(nèi)徑位置。3、對(duì)船舶艉軸密封在不同結(jié)構(gòu)、介質(zhì)壓力下的接觸端面變形進(jìn)行了計(jì)算分析。得出在結(jié)構(gòu)與介質(zhì)壓力綜合影響下艉軸密封達(dá)到最佳密封性能的工況條件;提出橡膠與硬質(zhì)合金配對(duì)艉軸密封適合小噸位任意轉(zhuǎn)速的船舶使用。4、改善了材料配對(duì)并優(yōu)化了密封環(huán)整體結(jié)構(gòu),并對(duì)新型密封端面變形進(jìn)行了有限元分析。分析表明:對(duì)于碳石墨與硬質(zhì)合金材料配對(duì)的艉軸密封,熱變形是主要變形形式。采用力變形與熱變形相結(jié)合的方式對(duì)密封環(huán)接觸端面變形進(jìn)行了協(xié)調(diào)分析;得到了彈簧壓力與介質(zhì)壓力關(guān)系方程,介質(zhì)壓力變化時(shí)根據(jù)方程調(diào)整彈簧壓力來(lái)控制密封端面變形;提出碳石墨與硬質(zhì)合金配對(duì)密封適合低轉(zhuǎn)速的船舶使用。5、研制了基于普通車床的船舶艉軸密封性能試驗(yàn)裝置,并對(duì)端面溫度、接觸端面磨損進(jìn)行了測(cè)試,通過(guò)接觸端面磨損量大小的徑向分布情況間接的分析出端面變形的情況。測(cè)試得到的數(shù)據(jù)與理論計(jì)算的結(jié)果基本一致,驗(yàn)證了理論分析的正確性。
【關(guān)鍵詞】：船舶艉軸密封 熱力耦合 溫度分布 變形控制 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U664.21
【目錄】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 緒論13-19
• 1.1 課題研究的選題背景及意義13-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 端面變形及控制研究14-16
• 1.2.2 端面溫度場(chǎng)研究16-17
• 1.2.3 機(jī)械密封試驗(yàn)研究17
• 1.3 論文研究的目的17-18
• 1.4 本論文研究的主要內(nèi)容和方法18-19
• 第2章 艉軸密封在力場(chǎng)、熱場(chǎng)及耦合場(chǎng)的變形研究19-43
• 2.1 有限元法和有限元分析軟件ANSYS簡(jiǎn)介19-21
• 2.1.1 有限元法19-20
• 2.1.2 有限元分析軟件ANSYS20-21
• 2.2 有限元模型的建立21-23
• 2.2.1 艉軸密封結(jié)構(gòu)21-22
• 2.2.2 密封計(jì)算幾何模型22-23
• 2.2.3 計(jì)算模型的工況及物性參數(shù)23
• 2.3 靜力學(xué)計(jì)算及變形分析23-29
• 2.3.1 艉軸密封彈性力學(xué)理論23-25
• 2.3.2 液膜力的計(jì)算25-27
• 2.3.3 建模及邊界條件的施加27-29
• 2.3.4 靜力變形計(jì)算結(jié)果分析29
• 2.4 艉軸密封溫度場(chǎng)有限元計(jì)算29-35
• 2.4.1 基本假設(shè)29
• 2.4.2 穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)微分方程29-31
• 2.4.3 溫度場(chǎng)計(jì)算模型31
• 2.4.4 邊界條件的計(jì)算31-34
• 2.4.5 溫度場(chǎng)計(jì)算及結(jié)果分析34-35
• 2.5 熱應(yīng)力計(jì)算及變形分析35-39
• 2.5.1 熱分析數(shù)學(xué)理論35-38
• 2.5.2 計(jì)算結(jié)果分析38-39
• 2.6 熱-力耦合應(yīng)力及變形分析39-41
• 2.6.1 熱-力耦合分析數(shù)學(xué)理論39-40
• 2.6.2 計(jì)算結(jié)果分析40-41
• 2.7 本章小結(jié)41-43
• 第3章 艉軸密封變形影響因素及控制技術(shù)研究43-53
• 3.1 靜環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)密封端面變形的影響43-44
• 3.2 介質(zhì)壓力對(duì)密封端面變形的影響44-45
• 3.3 靜環(huán)材料對(duì)密封端面變形的影響45-48
• 3.4 不同密封材料的船舶艉軸密封端面變形控制48-52
• 3.4.1 橡膠密封端面變形控制48-49
• 3.4.2 碳石墨密封端面變形控制49-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 第4章 艉軸密封變形試驗(yàn)研究及分析53-66
• 4.1 試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)53-57
• 4.2 艉軸密封性能的試驗(yàn)研究57-61
• 4.2.1 試驗(yàn)方案步驟58-59
• 4.2.2 試驗(yàn)靜、動(dòng)環(huán)接觸端面性能測(cè)量59-61
• 4.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析61-65
• 4.3.1 靜環(huán)端面溫度分析61-62
• 4.3.2 靜環(huán)端面磨損分析62-63
• 4.3.3 泄漏量分析63-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第5章 結(jié)論與展望66-68
• 5.1 主要工作與結(jié)論66-67
• 5.2 展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果及發(fā)表論文72-73
• 致謝73

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 洪先志,董宗玉,顧永泉;機(jī)械密封端面力變形的解析計(jì)算[J];化工設(shè)計(jì);2002年02期

2 熊佳;雷玉勇;楊志峰;袁其源;;基于ANSYS的高壓機(jī)械密封溫度場(chǎng)理論研究[J];潤(rùn)滑與密封;2007年04期

3 朱漢華;劉正林;嚴(yán)新平;范世東;;水深變化對(duì)船用機(jī)械密封端面變形的影響[J];潤(rùn)滑與密封;2008年04期

4 赫曉光;王雋;楊俊;田相玉;;船舶艉軸機(jī)械密封試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)及密封試驗(yàn)[J];潤(rùn)滑與密封;2010年02期

5 陳匯龍;彭正東;丁郁華;林清龍;黃建平;陳萍;;基于ANSYS的大型艉軸機(jī)械密封環(huán)溫度場(chǎng)理論研究[J];潤(rùn)滑與密封;2010年10期

6 寧清俊;郭文勇;韓江桂;姚剛;;基于ANSYS的機(jī)械密封副的溫度分析[J];液壓氣動(dòng)與密封;2014年03期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 周劍鋒;機(jī)械密封中的熱流體動(dòng)力效應(yīng)研究[D];南京工業(yè)大學(xué);2006年

2 嚴(yán)國(guó)平;船用艉軸機(jī)械密封熱—結(jié)構(gòu)特性數(shù)值分析[D];武漢理工大學(xué);2008年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 劉云;變速調(diào)節(jié)機(jī)械密封實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研制[D];浙江工業(yè)大學(xué);2010年

2 蔡曉君;變工況機(jī)械密封實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)及測(cè)試系統(tǒng)的建立[D];東北大學(xué);2005年

，

本文編號(hào)：556785