带倾角长艉轴的新型安装方法

若船舶艉轴长度过大,则无法直接从艉轴支架与艉轴管之间的空间将艉轴送入艉轴管;若轴系中心线与船舶基线存在倾角,则无法将艉轴直接水平送入艉轴管。针对上述情况,利用专用工装托架和模块化运输车,对带倾角长艉轴的安装过程进行分解。以长度为17 m、倾角3°的艉轴为例进行三维仿真模拟。结果表明,所提出的安装方法可行。

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。

基于ANSYS的舰船艉轴断裂失效分析

针对通过布放压铁改善稳性的舰船艉轴发生断裂失效情况,基于有限元分析软件ANSYS分析其断裂失效原因。利用ANSYS软件对舰船进行静力学分析,得到舰船艉部变形与等效应力云图,并与坞修检测实际变形情况比对,分析舰船压铁对艉部局部变形的影响;利用SolidWorks建立舰船艉轴模型,导入ANSYS Workbench分析软件,分析艉部变形前后两种工况下艉轴变形和受力情况。分析结果表明:相比舰船艉部变形前,艉轴最大总变形增加494.4%,最大等效应力增加90.5%,且均位于实际断裂处附近,与实际情况相吻合,验证了采取布放压铁改善舰船稳性的方法会产生艉轴断裂失效的风险隐患,对于该类舰船预防艉轴断裂失效具有借鉴意义。

压力补偿型艉轴密封设计及空气流量特性分析

为某半潜船模型设计一种压力补偿型艉轴密封系统。该密封系统基于空气压力、润滑介质压力实时联动算法,能够根据外部海水压力的变化实现密封内外压差平衡,达到密封的目的。同时,该密封系统可应用于40 m水深作业工况,并具备泄漏回收功能,具有绿色环保特征。利用MATLAB/Simulink搭建该系统的参数设计仿真平台,分别研究轻载与重载下压缩空气的流量特性。研究结果表明:该系统轻载时压缩空气流量为0.0141kg/s,重载时为0.025 0 kg/s;瞬态时存在波动,但稳态时运行平稳,抗干扰性强,密封性能可靠。

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。

船舶艉轴机械密封材料摩擦磨损性能研究

为探究船舶艉轴机械密封用高分子材料在实际工作环境下的摩擦磨损性能,选用浇注型聚氨酯弹性体(CPU)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、玻璃纤维改性聚己二酰丁二胺复合材料(GF/PA46)与玻璃纤维改性聚四氟乙烯复合材料(GF/PTFE)5种材料,在载荷为0.5 MPa,线速度为7 m/s的工况下开展摩擦磨损性能测试。结果表明:重载、高速的工况使得CPU、PET、PBT、GF/PA46材料出现了不同程度的剥落与犁沟,摩擦因数与磨损量较大;GF/PTFE材料仅出现一些相对轻微的撕裂和磨痕,相较于CPU、PET、PBT、GF/PA46材料,GF/PTFE的平均摩擦因数分别下降了66.6%、80.4%、86.1%、87.8%,单位时间磨损量分别下降了91.7%、92.7%、88.6%、97.0%,摩擦磨损性能最优。

橡胶动力吸振器在艉轴上的应用

针对艉轴的振动噪声控制要求,利用动力吸振技术降低设备系统在特定频率处的振动,降低设备振动向壳体的传递,减小水下辐射噪声。采用理论设计、仿真分析与测试相结合的方法,对所设计的圆盘式橡胶动力吸振器进行仿真分析,获取动力吸振器的设计参数及预期吸振效果。通过分析动力吸振器的基本性能,并结合实际应用,进行动力吸振器的吸振效果测试。结果表明:设计的橡胶动力吸振器具有较好的吸振效果。

极低频水下磁场特性研究与应用分析

极低频水下磁场主要源于舰船桨轴旋转等因素,在海洋环境中具有线谱特征明显、传播距离远、与船舶运动特征关联性强的特点,可作为非声探测的特征信源。研究极低频水下磁场模型、传播与空间分布特性,对推动极低频磁场探测应用具有重要价值。轴频磁场是极低频水下磁场的重要组成部分,文中重点分析了轴频磁场产生机理,建立了腐蚀电流内调制轴频磁场时谐偶极子模型,仿真计算了轴频磁场在海洋环境中的传播特性和空间分布特性,初步给出了轴频磁场衰减规律,通过可控模拟源海上试验对建立的偶极子模型进行了验证。研究结果表明:水平时谐电偶极子产生的轴频磁场在海底平面上横向分量能量最大,垂直分量次之,纵向分量最小,同时轴频磁场具有一定的指向性分布,综合利用水平分量和垂直分量进行探测可有效弥补单一分量探测盲区;浅水环境中水平时谐电偶极子产生的轴频磁场存在多路径传播特性,在近区以直达波和反射波为主,在远区则以海面直达波为主;轴频磁场频率特性与船舶的转速、桨叶数相关联,可作为目标辨识的有效特征。上述结论可为极低频磁场探测识别提供支撑。

艉轴承刚度等效形式对轴系横向振动特性的影响

[目的]由于船舶艉轴承的长径比较大,将其简化为传统的单点支撑等效模型难以反映出轴承的实际运行情况,因此有必要探讨艉轴承等效形式对轴系横向振动特性的影响。[方法]首先,基于能量原理,引入改进傅里叶级数方法描述推进轴系的横向振动位移,构建可用于单点、多点和连续分布式支撑的多种等效形式的推进轴系横向振动特性计算模型;然后,分别分析由液膜压力等效的支撑刚度变化对轴系横向振动特性以及螺旋桨激励对轴系振动响应的影响;最后,与文献和采用有限元方法(FEM)计算的结果进行对比,验证所提模型的正确性。[结果]结果显示,多点支撑的计算结果收敛于连续分布式支撑计算结果,螺旋桨激励下轴系响应受转速影响。[结论]研究表明,可采用三点支撑等效形式研究液膜压力分布对推进轴系横向振动特性的影响,所构建的计算模型收敛性好、计算精度高、代价低。

基于Ω弹簧的水润滑艉轴密封装置加载试验台设计

介绍一种可在轴系运转时对Ω弹簧型水润滑艉轴密封装置进行轴向位移加载的新型试验台,包括试验台的组成与工作原理、机械系统、液压与电控系统。特殊的轴向位移加载装置与传动轴系的设计实现了试验台在轴系运行状态下可进行轴向位移加载的功能,为该领域的相关设计提供参考。

基于ANSYS的大型艉轴机械密封环温度场理论研究

船舶艉轴机械密封的摩擦副工作时,会产生大量的热量,引起密封端面温度升高,导致密封面不能正常运行。利用有限元分析软件ANSYS11.0计算不同工况下某大型艉轴机械密封环的温度场,得到密封端面温度的变化规律,并讨论影响温度场的几个重要参数,发现艉轴转速及密封介质压力对端面温度影响明显,密封端面温度靠近内径处温度最高,沿径向及轴向逐渐降低。

船舶艉轴机械密封的热-热应力耦合研究

为了获得艉轴机械密封比较合理的材料配对、温度和热应力分布规律,基于有限元分析软件ANSYS,采用硬质合金、氧化铝陶瓷、斯太立特、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:不论采用何种材料配对,端面温度沿着半径方向先上升后下降,总体趋势是内径处的端面温度高于外径处的;不同的材料配对对于端面温度值和热应力有着显著的影响,其中硬质合金与细粒碳石墨的配对比较合理;并且从Von-Mises应力计算云图中分析发现了旋转环和静止环热应力主要集中的位置.

船舶艉轴密封装置端面密封摩擦副温度场稳态分析

以端面密封为主密封的船舶艉轴密封装置运行时,摩擦副在海水压力及摩擦力的作用下,密封端面间会产生大量热量,引起摩擦副温度升高,导致端面密封工作不正常。采用整体接触耦合法对船舶艉轴密封装置摩擦副温度场进行稳态分析,并通过实例计算各工况下动、静环的温度分布、热变形、间隙和接触压力情况。结果表明:动、静环端面温度、端面轴向变形随密封介质压力和转速的增加而增大,动环端面轴向变形相对静环端面较小;密封端面最外侧的间隙最大,且最大间隙随转速的增加而增大,随水压的增加而减小;随着水压和转速的增加,接触区域增大,密封端面上各点的最大接触压力出现波浪形的跳动。

变工况下船舶艉轴机械密封端面温度场数值分析(英文)

以变工况下的船舶艉轴机械密封环为研究对象,采用整体接触耦合法对其进行了热力耦合作用下的温度场有限元计算,重点介绍了船舶艉轴密封环稳态温度场数学计算模型和热流密度载荷的施加思路,依据接触表面的温度连续性条件对变工况时密封端面的接触状况及温度变化趋势进行了分析。结果表明:转速、海水压力以及载荷系数都是引起端面温升的重要原因,各工况下静、动环接触区温度相同,非接触区静环端面温度高于动环,且在热力耦合作用下,密封端面发生锥形变形,呈现开口间隙。

考虑轴挠曲的船舶艉轴承混合润滑分析

为准确描述船舶艉轴承的润滑状态,建立了船舶艉轴承考虑表面粗糙度的混合润滑模型,利用位移叠加法计算了轴在螺旋桨重力及油膜力、微凸体接触力共同作用下的挠曲,同时分析了定载荷下,艉轴挠曲、微凸体接触力、摩擦系数随转速的变化规律;采用轴承设计参数对该混合润滑模型进行了验证.计算结果表明,艉轴挠曲使润滑油膜压力的分布发生变化,也使得混合润滑状态覆盖的转速区域变大,并通过Streibeck曲线分析了挠曲对摩擦系数的影响.

船舶艉轴密封环机械变形有限元分析

对于船舶艉轴密封环内外侧工作介质压差引起的密封端面变形,传统采用的分析方法隔离体法和整体粘接都假定密封端面必须始终完全接触,忽略了动、静环密封端面变形的差异,不能反映高介质压力下密封端面的局部接触问题。本文基于接触理论提出了整体接触法,对船舶艉轴密封环内外侧工作介质压差引起的密封端面变形进行了有限元分析,保证了端面受力与变形的协调,实现了端面接触力的自动求解和静密封环的平衡。有限元分析结果表明,密封端面在力和力矩作用下产生锥形变形,形成接触闭合区和锥形开口区,且在接触区有应力集中。

船舶尾轴可控式机械密封变工况性能试验研究

围绕研究变工况机械密封端面的热力学特性以及密封能力这一目标,进行船舶尾轴可控式机械密封模拟试验台架的设计,包括对密封试验台、介质加压装置、密封环端面温度测试系统、摩擦转矩测试系统、泄漏量测试系统和弹簧比压测试系统等装置的研制.并通过模拟试验,得到在不同工况下,转速、弹簧比压、介质压力对机械密封的端面温度、泄漏量、摩擦转矩的影响规律.

船舶艉轴磁流体密封液的制备与性能研究

针对船舶艉轴的密封问题,采用化学法制备了以Fe3O4为磁性粒子,以水、油和氟醚油为基液的磁流体密封液,并分别对其疏水性能、疏油性能进行了研究,分析了磁化特性、粘度特性和悬浮稳定性的影响因素。结果表明:磁流体的磁化强度随着外加磁场强度的增大而增大,粘度随着密度的增大而增大;在外加磁场作用下,水基型磁流体表现出极强的亲水性和亲油性,而油基型磁流体具有较好的疏水性和疏油性,密封能力较好。

船舶艉轴双端面密封端面热-力耦合变形及影响因素分析

针对在深海湖泊等复杂极端工况下船舶艉轴由于密封端面变形产生过大间隙,导致泄漏的问题,通过建立船舶艉轴热-力耦合分析模型,分析不同工况下,3组典型密封端面材料组对(YNW8-M106D、SiC-M106D、S30408-M106D)的密封环端面温度、应力及变形变化规律;分析海水环境下材料、转速及弹簧比压等主要影响因素及密封端面变形的影响及影响程度和权重。结果表明:转速升高100%,使得密封端面温度、应力及变形增加35%,43%及49%,弹簧比压升高100%,使得密封端面温度、应力及变形增加17%,5%及14%,应限制其最大值,防止密封失效;材料的热膨胀系数及导热系数对密封端面的影响最大,合理选取动静环材料有利于减少端面变形;选取出适合转速400 r/min、弹簧比压0.2工况下的最优材料(Si C-M106D)配对,使得船舶艉轴平衡可靠并长寿命运转。本文的模型和计算方法可为船舶艉轴密封结构的设计提供参考。

基于FSI的尾轴倾角对水润滑轴承润滑特性的影响

应用流固耦合方法,在考虑水润滑尾轴承内部结构和内部流场相互作用的情况下,研究尾轴倾角对轴承水润滑特性的影响,探讨轴承、尾轴与水膜间的流固耦合问题。应用ADINA有限元软件,建立尾轴承流固耦合模型,求解尾轴承水膜压力分布,以及轴承的压力分布、径向变形和有效应力,分析尾轴倾角对尾轴承润滑特性的影响规律。结果表明:当计入尾轴倾角时,尾轴承最大水膜压力出现在轴承尾端,倾角越大,最大水膜压力也越大,且随着尾轴倾角的增大,水膜压力以及轴承的压力、径向变形和有效应力也逐渐增大。