粗糙度和轴向运动对艉轴承混合润滑性能的影响

针对大型船舶航行过程中出现船体变形时艉轴承的磨损状态异常这一问题,本文探究磨损表面粗糙度变化和轴向运动对于艉轴承混合润滑性能的影响,建立了耦合轴向运动和表面粗糙度的混合润滑模型,通过数值模拟得到轴承润滑特征的分布,分析轴向运动和粗糙度对轴承混合润滑特性的影响,并对该润滑模型进行验证。计算结果表明:在轴向运动和轴颈倾斜耦合作用下,油膜厚度沿轴向方向非线性减小,油膜压力和接触压力在局部出现峰值,轴瓦在局部出现较大变形;轴向速度增加会加强动压润滑效应,轴向运动对润滑特性的影响程度随着倾角的增大而增加;粗糙度越大承载能力越强,同时接触情况越严重,会加速轴承的局部磨损。

某大型集装箱船中间轴承故障分析与处理

某大型集装箱船为系列船,其中有2条船发生了同样的中间轴承轴瓦烧毁故障,因此开展该型船故障原因分析尤为重要。通过对推进系统的设计、安装调试和运营记录等多方面进行问题排查,并进行失效分析,还原故障的发生过程,分析故障的发生机理,从而提出了改进措施。通过故障案例分析,可为推进系统类似故障分析及处理提供经验和参考。

基于电涡流传感器的水润滑轴承磨损监测系统

为了实时监测轴承磨损状态,保证舰船航行安全,设计一种基于电涡流传感器的水润滑轴承磨损监测系统。将电涡流传感器固定安装在导流罩上,静态获取尾轴停止时的下沉位移测量磨损量,动态测量尾轴转动时输出的正弦信号,通过软件法求解瞬时转速。对系统主要硬件进行设计和选型,确保其满足磨损监测的需要,同时对软件的工作流程和主要功能模块进行设计,完成监测系统的研发。经过试验测试验证,该系统各项功能符合预期目标,能够有效监测水润滑轴承磨损状态。研究成果对水润滑轴承的使用和维修具有指导意义和应用价值。

船舶螺旋桨推力的在线高精度辨识方法

[目的]螺旋桨推力在轴系上产生的微弱形变信号易被干扰噪声所淹没,导致难以准确测量其推力,故提出一种在低信噪比下仍具有很高精度的螺旋桨推力测量方法。[方法]综合考虑测量数据误差的影响以及数据中潜藏的力学机制,基于Kalman滤波结合推力–位移状态方程建立轴系推力辨识模型,并以恒定转速、变转速及低频波动转速3种工况为例开展轴系推力测量研究,分析不同信噪比下该方法的推力辨识精度与鲁棒性。[结果]研究结果表明,当信噪比仅为20 dB时,推力辨识的最大相对误差仅为3.56%,验证了其在低信噪比下的高精度辨识能力与鲁棒性。[结论]研究成果可为实船环境下螺旋桨推力及轴系状态的在线实时高精度监测提供参考。

基于FEM/CFD方法的桨-轴系统双向流固耦合特性数值模拟研究

船舶航行时螺旋桨产生的激励力会引起推进轴系振动,而轴系振动也会对螺旋桨产生反馈,引起复杂空间运动,桨-轴系统中存在着双向流固耦合问题。为了研究这种复杂动力学特性,本文基于有限元(FEM)和计算流体力学(CFD)方法,建立能够模拟轴系多自由度振动与螺旋桨粘性流场耦合的数值模型,在流场求解器中进行二次开发实现双向耦合的迭代求解,并进行多个算例的模拟来研究流体激励与振动响应的变化规律。结果表明:本文提出的方法具有实用价值,采用该方法进行双向流固耦合分析时收敛性与精度满足工程要求,求解速度较快且无需附加的计算资源;双向耦合效应与质量不平衡对轴频处的幅值有较大影响,而非均匀来流对叶频处的幅值有较大影响。

计入水污染和空穴的船舶艉轴承润滑特性数值分析

为探究少量海水侵入对船舶艉轴承润滑特性的影响,通过实验测量并计算含水率在10%内滑油参数的变化,结合数值分析的方法统筹考虑工质含水率、黏温特性及空穴等因素对液膜润滑特性的影响。结果表明,通过多项式能够较好地拟合流体的黏温特性,且计算过程中液膜的空化和工质的黏温特性不可忽略;在选定工况下,含水率的增加会提高工质的运动黏度,进一步提高液膜压力、承载力、摩擦系数;水的加入明显提高乳液密度和比热容,增强工质携带热量的能力,降低了液膜的总体温度;较高的含水率更易生成空穴,空穴增强了液膜的动压特性,提高了液膜承载力,也降低了液膜的摩擦系数和液膜外侧的最高温度。

冰载荷激励下内河船推进轴系扭转振动研究

以一艘内河实船推进轴系为例,利用场矩阵法与霍尔兹表法研究系统自由扭振固有频率,根据1阶及2阶固有频率下的共振转速通过放大系数法及场矩阵法对比研究柴油机稳态激励下系统强制扭振,分析两种方法的频域结果.利用Newmark积分及编程计算求解冰载荷下轴系扭转应力的时域响应,对比分析冰载荷下轴系瞬时扭转应力与柴油机激励下的稳态扭转应力.结果表明:冰块撞击后轴系扭转应力超过许用应力值并远大于无冰块撞击时的扭转应力.

船用膜片联轴器的膜片组件简化建模方法及模态试验

针对船用膜片联轴器的膜片组件螺栓连接的复杂性问题,基于薄层单元法对膜片组件的有限元模型进行简化,提出一种新型简化建模方法——结构分割法。对模型静刚度进行计算,确定结构分割法中结合面单元的弹性模量和泊松比。该方法相较于传统的薄层单元法计算效率更高。将结构分割法模型的模态仿真结果与试验结果进行对比,结果表明,结构分割法模态分析得到的振型与试验测得的前三阶振型吻合较好,固有频率误差均在10%之内,验证简化模型仿真的正确性,可为船用膜片组件结合部动力学快速有效建模提供思路。

悬挂链在磨损条件下的极限强度评估

运用ANSYS有限元分析软件,针对悬挂链在海洋环境下由于磨损造成的极限强度变化,进行了数值模拟研究。首先,建立有限元模型,确定承受拉伸载荷的悬挂链易发生破断的重点区域;然后,根据Archard磨损理论,在5级磨损(1/2/3/4/5mm)条件下累积磨损量,得到悬挂链在不同磨损等级下的磨损速度;最后,计算悬挂链在失效准则下的破断力,并根据磨损速度-磨损量-破断力的映射关系,得到悬挂链许用破断力与累计使用时间随磨损量的变化情况。结果表明:采用3级锚链钢的悬挂链环连续工作约2.7×10^(4)h磨损量近5mm,许用破断力下降4.2t。基于以上数值模拟方法,可实现典型工况下悬挂链的极限强度评估和在线寿命预测,为预防悬挂链失效提供了一定理论依据。

艉轴大跨距轴系校中计算

中、小型船舶吃水较浅,其螺旋桨转速快、直径小、重量轻,一旦艉管前后轴承跨距较大,艉管后轴承支点位置就将超出标准给定的范围。本文基于有限元法,将轴系简化为Timoshenko梁单元建立有限元模型,考虑船舶轴系实际安装间隙和基于赫兹接触理论计算的载荷-刚度曲线,使用不同支撑位置和多种支撑模型对艉轴大跨距轴系进行校中计算对比。研究发现,对于艉轴大跨距的轴系,CB/Z 338-2005中对艉管后轴承支点位置的取值已不适合。如果轴承支点选取准确,则单点刚性支承、单点弹性支承、多点非线性弹性支承的轴承负荷计算结果相近。

弹性支撑轴系的位移特性

针对新型弹性支撑轴系安全性中存在的位移特性问题,提出一种基于稳健加权的最小二乘等效面法,用以综合衡量轴系弹性形变和位移。建立轴系有限元法模型,通过顶举法验证其有效性。通过耦合静力分析得到轴系及支撑结构的弹性形变规律、不同转速轴系的挠曲分布状态和弹性支撑轴系的轴承变位规律,采用阈值灵敏度分析方法得到空气弹簧承载特性关于静力输入载荷的灵敏度。结果表明:等效线面法可用于评价系统和轴承的位移特性;艉轴承位移变化中垂向位移特性的变化最大,推力轴承次之;推力会引起较大的弹性支撑结构纵垂耦合形变。研究结果可为船用大型弹性支撑结构的安全性改进设计提供参考。

极限载况下的船舶艉轴变形安全状态评估

针对船舶设计建造阶段轴系校中计算不能完全覆盖实际运营极限工况的问题,以某半潜船极限载况实船航行为例,利用直接计算法得到波浪中航行时的船体变形,提出一种实船航行艉轴变形安全评估方法。该方法基于设计波法确定船体波浪载荷,利用全船有限元计算船体艉轴变形,依据规范采用轴系校中的方法评估艉轴安全,并通过船舶装载手册验证数据的可靠性,是一种有效完整的艉轴变形安全模拟评估方法。

极地冰区船舶推进轴系共振方法的应用

船舶在冰区航行时,推进轴系产生共振现象比在非冰区航行产生共振现象的几率大很多,这是因为冰块对螺旋桨的瞬时载荷非常大,如果轴系设计不当,很容易产生轴系共振现象。轴系振动一般情况分为扭转振动、回旋振动、纵向振动和相互耦合振动。采用有限元仿真计算得到的几种评估冰区船舶推进轴系振动是否共振的方法:通过计算轴系的扭转振动频率、扭矩、扭转应力和放大系数,查看轴系扭转振动是否达到共振现象;通过计算轴系回旋振动频率,查看轴系回旋振动是否达到共振现象;通过计算轴系纵向振动的频率和振幅,查看轴系纵向振动是否达到共振现象。在轴系设计过程中,可以对其进行振动的仿真计算,能有效地、预见性地避免轴系共振。

北极航道对船舶轮机设计的机遇和挑战

考虑到目前我国商用运输船舶在北极航道上的运用较少,本文通过分析极地航道在极端冰况和低温环境对船舶设计带来的挑战,特别是船舶推进动力系统和轮机设计方面的挑战影响,并探索可能的技术解决方案,以适应北极航道的特殊环境,希望对未来极地航道的商用船舶轮机设计提供一份参考。

船舶艉轴油膜测试装备开发探讨

介绍了船舶艉轴油膜形成的机理,对船舶艉轴维护的重要性进行说明,针对艉轴日常维修故障特性,认为艉轴油膜的形成是影响艉轴使用安全的重要环节。由于艉轴油膜形成缺乏应用测试技术的支持,从企业应用角度,探讨一种船舶艉轴油膜测试装备开发,通过对行业内测试装备的分析,提出了一种解决艉轴油膜测试的路线,为以后深度研究此类问题提供基础参考。

一种基于迁移卷积神经网络的滚动轴承故障诊断方法概述

针对传统基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的轴承故障诊断方法的特征提取能力有限,在数据样本较少且鲁棒性较差的情况下无法获得准确的诊断结果的问题,提出采用一种将CNN与迁移学习(Transfer Learning,TL)相结合的方法,即基于迁移卷积神经网络(Transfer Convolutional Neural Network,TCNN)的滚动轴承故障诊断方法。该方法选用在ImageNet数据集上预训练的基准CNN模型AlexNet网络作为基础架构的CNN模型,结合TL将已有预测模型中的底层参数冻结,仅对上层参数进行训练更新,当训练次数达到一定数量时,能有效提升故障诊断准确率。试验结果表明,该方法能提升故障诊断模型在数据样本较少情况下的抗噪声能力和泛化性能,进而提高滚动轴承故障诊断的精度。

抬浮力打捞工程船艉轴轴承热力学有限元仿真

以12000 t抬浮力打捞工程船为例,采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件中的热力学模块对艉轴轴承的散热情况进行研究。介绍轴系布置和艉轴管空舱,分析油膜建立情况下的艉轴轴承热平衡和工作压力分布,进行轴系与艉轴管空舱的热力学有限元仿真。仿真结果满足艉轴轴承的相关要求,并在实船试航中得到验证,表明可取消常规的艉轴管冷却水舱。

船舶推进轴系设计优化

受船舶能效设计指数EEDI的影响,主机降功率使用已成趋势,但船舶主机加速性能显著降低,无法快速通过转速禁区的情况常有发生,对船舶安全产生严重的影响。本文阐述了通过轴系设计优化来寻求一种经济、可靠的解决方法,并用实船的扭振测量结果验证扭振计算,保证轴系扭振安全,满足船级社规范的要求。

自升式海洋平台升降装置自动润滑系统的设计与应用

目前国内船厂在建的自升式海洋平台,大多采用齿轮齿条式升降装置,也有部分配备了自动润滑系统,但由于设计或者选型不当等问题,导致自动润滑系统形同虚设,最后不得不转为人工涂抹润滑油脂。本文主要介绍齿轮齿条式海洋平台的升降装置的自动润滑系统的工作原理、设计要点和安装方法等,为此类平台的升降装置在作业时,提供一套完整、高效、系统的自动润滑技术解决方案。

海洋地质二号船重型吊机更换对轴系对中的影响分析

海洋地质二号船主甲板重型吊机更换,引起主甲板相应区域的载荷发生改变,从而对轴系对中产生一定的影响。本文通过实船吊机更换过程中各阶段的轴系对中数据检测,对比各个阶段重量改变引起的轴承数据变化趋势,剖析其对轴系产生变化的因素。结果表明,该型船在原有船体结构条件下,对重型吊机更换不会对轴系对中数据产生大的影响,无需重新对中校准。该案例可为类似改装工程提供一定的参考依据。