径向可倾瓦轴承动特性特征参数影响研究

旋转设备的振动激励通过轴系传到结构上,轴承既是引起轴系振动的主要激振力之一,又是轴系到结构的关键传递途径,轴承的支承刚度、阻尼特性等与轴承本身的结构尺寸密切相关。本文根据旋转设备轴系的结构特点,研究分析径向可倾瓦滑动轴承在特征结构参数变化下的主要动态性能。研究发现,轴承的特征参数将影响到轴承工作时的油膜刚度、阻尼系数,在诸多轴承特征参数中,轴承间隙对径向可倾瓦轴承动态性能的影响最为显著,轴承间隙增大将使轴承的刚度阻尼系数同时减小。轴承特征参数对轴承动特性的影响规律研究为旋转机械的轴承转子系统设计提供了理论基础。     

基于CFD的单支点可倾瓦推力轴承静动特性分析

以单支点可倾瓦推力轴承为研究对象,基于流体动压润滑原理,建立推力轴承油膜的几何模型,采用计算流体力学的方法分析轴系非倾斜和轴系倾斜2种状态下推力轴承油膜的静动特性。通过Fluent仿真计算得到油膜表面的压强分布以及油膜提供给推力环的承载力,将计算结果处理后得到了转速-刚度表和转速-阻尼表。结果表明：轴系倾斜对油膜所产生的承载力的影响较小,但会导致不同瓦块所受的载荷大小不一,造成不同瓦块之间的性能差异;推力轴转速的变化对油膜刚度系数的影响较大,对油膜阻尼系数的影响较小;在转速不变的情况下,轴系倾斜时油膜所产生的刚度系数和阻尼系数大于非倾斜时的刚度系数和阻尼系数。     

中间轴承对船舶轴系回旋振动特性的影响

分析船舶轴系中间轴承作用特点,以某68m多用途船的轴系为研究对象,基于Riccati传递矩阵计算方法,建立轴系各元件的数学模型,针对中间轴承不同布置、不同支承刚度以及取消中间轴承的回旋振动进行计算分析,得出不同情况下系统振动特性。研究结果表明,中间轴承纵向布置影响系统的固有频率;中间轴承支承刚度对系统固有特性影响较小;通过计算来合理安排中间轴承,取消部分中间轴承的设计方法是可行的,可为船舶推进轴系设计提供理论指导。     

艉轴承等效支点位置对轴系回旋振动的影响

在轴系回旋振动研究中,将艉轴承支承分为单点支承、多点支承、分布支承及接触支承四种方式,应用有限元方法,针对不同支承分别建立相应的轴系回旋振动模型,求得艉轴承不同支承方式的支反力以及等效支点位置,并进行相应的回旋振动模态分析.计算结果表明,不同支承方式的等效支点位置对轴系回旋振动固有频率有一定影响.     

船舶轴系推力轴承油膜刚度与综合支承刚度测量

在船舶推进轴系中,推力轴承刚度常取决于其油膜刚度、轴承及其基座的结构刚度。通常所指的推力轴承刚度只包含油膜刚度。因此文中把既考虑油膜刚度又考虑轴承及其基座的结构刚度综合而成的刚度定义为推力轴承综合支承刚度,进而详细给出了推力轴承油膜刚度与综合支承刚度的测量方法。借助此方法,对实验室一缩比的推力轴承实验台的油膜刚度与综合支承刚度进行了测量,获得了良好的结果。实验表明,推力轴承油膜刚度随转速上升而下降;综合支承刚度随外激励频率上升而下降,在推力轴承—基座共振频率处降为零;低频激励时,油膜刚度与综合支承刚度大小近似相等,此时对轴系的动力学建模可以只考虑油膜刚度;高频激励时,综合支承刚度远小于油膜刚度,此时对轴系动力学建模必须考虑综合支承刚度,只考虑油膜刚度会带来较大误差。实验结果对船舶推进轴系的设计及动力学分析有指导意义。     

不同布置方向对可倾瓦轴承性能的影响

研究了3种不同布置方向对可倾瓦轴承油膜温度、承载力、功耗及动态系数等性能的影响.计算联立求解雷诺方程、能量方程及温粘方程,应用数值解法求出轴承压力和温度分布,进而求出轴承静态性能、轴承刚度和阻尼.理论计算结果表明:载荷在瓦块上时,承载能力最大,功耗最小,但需要的供油量最大;对主刚度Kxx影响较大;载荷作用在瓦块前部时,交叉刚度也不再为0.在轴承试验台上,对可倾瓦轴承不同布置方向对油膜温度的影响进行试验验证,理论和试验趋势一致,油膜最高温度差最大达到8.8℃.     

不同布置方向对可倾瓦轴承性能的影响

研究了3种不同布置方向对可倾瓦轴承油膜温度、承载力、功耗及动态系数等性能的影响。计算联立求解雷诺方程、能量方程及温粘方程,应用数值解法求出轴承压力和温度分布,进而求出轴承静态性能、轴承刚度和阻尼。理论计算结果表明:载荷在瓦块上时,承载能力最大,功耗最小,但需要的供油量最大;对主刚度Kxx影响较大;载荷作用在瓦块前部时,交叉刚度也不再为0。在轴承试验台上,对可倾瓦轴承不同布置方向对油膜温度的影响进行试验验证,理论和试验趋势一致,油膜最高温度差最大达到8.8℃。     

轴承支承长度及间距对船舶轴系振动特性影响

针对某船舶轴系进行了不同位置、不同支承长度的轴承条件下固有振动特性分析.得到了不同位置不同支承长度的轴承对船舶轴系固有振动特性的影响.计算结果表明,不同位置轴承支承长度的变化对船舶轴系固有振动特性的影响有很大的不同.在所有的轴承中,船舶前后艉架轴承和船舶艉管轴承对船舶轴系的振动特性影响最大,同时这些轴承工作条件恶劣,在船舶正常运行过程中支承长度会发生很大的变化,因此在船舶运行过程中必须时刻注意这些轴承的性能变化.     

船舶艉轴承刚度和螺旋桨陀螺效应对轴系回旋振动特性影响的分析

当船舶轴系运行工况恶劣时,由于轴系后尾轴承与轴颈之间润滑不佳,使得轴承刚度发生较大变化,处于各向异性状态,这会影响轴系回旋振动特性。文章针对某大型集装箱船,在计入螺旋桨陀螺效应的基础上,借助于有限元ANSYS软件,研究了后艉轴承水平刚度单独变化对回旋振动固有频率、临界转速和振动响应的影响。其主要结果表明,后艉轴承水平方向刚度单独降低时,该方向上的横向振动固有频率降低,逆回旋振动固有频率在此基础上进一步降低;其轴频、叶频和倍叶频的正逆回旋临界转速和回旋振动响应均与各向同性时不同。     

大型船舶推进轴系校中多点非线性弹性支承模型研究

文章研究了大型船舶推进轴系校中多点非线性弹性支承计算模型的建立方法.通过采用Timoshenko梁单元对船舶推进轴系进行有限元法建模,研究了轴系校中过程中水润滑轴承多点弹性支承、轴承变位和非线性支承刚度的处理方法.最后,分别采用多点非线性弹性支承模型、多点刚性支承模型和单点非线性弹性支承模型对某大型船舶轴系进行校中计算.研究发现,多点非线性弹性支承模型优于另外两种模型,可以较好地描述艉部水润滑轴承处负荷的实际分布情况.     

尺度作用与阻力系数的相关分析

在船模试验和分析的基础上，提出了船模阻力的换算为实船阻力时可应用相关阻力系数的方法。相关系数法综合考虑了实船和船模的粗糙度和船模的尺度效应，因此其估算的实船阻力具有较高的精度。     

对称波形底箱型水面防波堤性能试验研究

为了提高箱型水面防波堤的消波性能,将箱型水面防波堤的主体底部外形进行了改造,即将主体底部由平底改造为对称波形底,提出了一种对称波形底水面防波堤。对平底和对称波形底箱型防波堤分别进行了物理模型试验研究。试验时,将平底和对称波形底的方箱型消波主体通过支架固定在小型波浪水槽中,保持水槽水深不变,改变箱体吃水、波陡、波长,进行了系列试验。给出两种模型的透射系数、反射系数和能量损耗系数随相对宽度BL的变化规律。通过比较发现:对称波形底的消波性能比平底的优良,增加的消波效果高达60%左右;两种模型的反射系数相差无几,说明改变箱型底部结构对于防波堤反射性能的影响不大;对称波形底对于波能的损耗作用要强于平底。     

基于 DES 方法的张力腿平台主体结构水动力特性研究

考虑张力腿平台立柱和浮箱之间的相互影响,通过分离涡模拟法（DES）对均匀流下张力腿平台主体三维水动力流特性进行了研究,讨论了张力腿平台阻力系数、升力系数及其频谱、压力系数和尾涡等特性。研究表明：阻力系数和升力系数时历曲线变化具有一定的周期性和“脉动性”;下游立柱受到上游立柱尾涡作用,导致下游立柱阻力系数较上游立柱阻力系数略大;下游立柱升力系数幅值较上游立柱升力系数幅值大,下游立柱泄涡具有明显的周期性特点;升力系数时历变化呈现紊乱,频谱图中谱峰个数越多且带宽越大。立柱表面压力系数呈现出“W”型且张力腿平台主体周围具有不同垂向流态形式,稳定脱落周期下通过压力系数最大值判断撞击点等特殊位置,压力系数最小值判断尾涡所附位置;尾涡具有高度各向相异性,不同来流方向下张力腿平台主体尾后出现不同尾涡结构和流形态。     

薄膜型LNG船绝缘层等效静载荷系数研究

近年来新设计的薄膜型 LNG 船要求具有更大的舱容,能适应更恶劣的海况和在任何装载高度下安全运行,这就需要保证液舱结构在晃荡载荷作用下的安全性。论文引入等效静载荷系数,用以简化薄膜型 LNG船液货舱船体结构在晃荡载荷作用下的强度校核流程。通过研究等效静载荷系数、绝缘层缓冲系数和船体结构动力放大系数在各种条件下的变化规律,明确了等效静载荷系数的影响因素和变化范围。研究成果可为薄膜型LNG船船体结构强度校核以及相关规范的修订提供参考。     

新型深水多立柱FDPSO流场特性及水动力性能研究

文章基于分离涡数值模拟法对不同来流速度和不同来流方向下FDPSO水动力系数（包括阻力系数、升力系数和压力系数）进行了数值模拟和分析。主要结论如下：升、阻力系数时历曲线表现为“脉动性”,由于上游立柱周期性尾涡作用,导致下游立柱阻力系数较上游立柱系数略大;下游立柱升力系数周期性强于上游立柱。由于浮箱布置不同,串列与并列浮箱之间阻力系数与升力系数表现不同。由于P5位于P1“屏蔽区”,导致P5阻力系数较P1阻力系数小;而P6受到P8尾流作用,导致P8阻力系数较P6大。由于并列浮箱之间流体排斥性作用,导致P3和P7、P4和P6升力系数均值为一正一负,但P4和P6所受升力系数较P3和P7要大。由于流场三维特性与尾涡各向向异性特点,导致不同截面下压力系数为“W”型变化趋势,表现出驻点/尾涡撞击点、边界层附着区和尾涡分离区域。     

整流罩对深海立管水动力影响的数值模拟研究

应用CFD大涡模拟方法,对附有整流罩的深海立管的水动力影响效果进行了三维数值模拟。对不同的弦厚比在雷诺数分别为3 900、10 000和20 000条件下进行模拟分析,得到立管后方阻力系数、升力系数、斯特劳哈尔数及其频谱等特性。模拟结果表明:整流罩对立管升力和阻力有明显的抑制效果,相较于光滑立管,阻力系数均值降幅最大达到24.1%,升力系数均方根值降幅最大达到81.1%。阻力系数均值随弦厚比的增加先减小后趋于平稳升力系数均方根值随弦厚比的增加而增加。对比结果显示,弦厚比为1.2~1.6时,整流罩对立管的升力和阻力抑制效果较好。     

水下滑翔机沿纵剖面滑行时水动力特性计算与分析

通过自编软件,采用结构化网格和有限体积法,对水下滑翔机以不同攻角直航时的流场动力学特征进行了数值计算,得到了水下滑翔机在不同攻角时的速度分布和压力分布。分析了升力系数、阻力系数和力矩系数随攻角的变化规律,提出了有效控制滑行姿态的方案;分析了以不同最大攻角滑行时滑行路径和滑行效率,提出了最佳滑行攻角。     

新型透空板式防波堤消浪效果试验研究

为增大双层板式防波堤的波能耗散和防波堤结构的稳定,提出了的一种新型桩基双层板式防波堤,通过物理模型试验,对比分析了该防波堤结构（模型 c）与另两种结构型式的防波堤（模型 a、b）在不同的波浪参数下透射系数、反射系数的变化关系,探讨了新型桩基双层板式防波堤（模型 c）透射系数、反射系数随相对波高、相对水深及相对淹没深度的变化关系,分析了其波能损耗情况。结果表明,在试验范围内,对于长周期波,模型 c 比其他两种型式的防波堤消波效果好;当水深与模型顶平齐时新结构（模型 c）对波能的消耗大于淹没和出水两种情况,说明防波堤高程与水位平齐时其消波效果较好。     

双层水平板型透空式防波堤消波性能试验研究

用两块相同尺寸的水平板结构作为一种防波堤,上层板位于自由水面处,下层板在其下某一深度处。对此形式防波堤进行了一系列的消浪效果试验研究,利用得到的反射系数和透射系数来反映此结构的消波性能,考查了相对板宽,相对水深和相对板间距及波陡对反射系数和透射系数的影响。     

水流作用力垂向变化对块体抛放影响的综合研究

考虑块体在水体中的相对位置,综合研究了不同水深区域内水流作用力系数的变化关系。在自由水表面和河床壁面附近区域,应分别考虑水表面波动和边界层对垂线流速分布的影响,由平均流速计算得出的拖曳力系数与相对位置基本呈递增关系,而上举力系数递减;介于上述区域之间时,近似认为拖曳力系数和上举力系数不随相对位置变化。因此,在受力分析以计算石块或沙袋的抛掷位移时,应考虑水流流动作用力垂向不断变化的特点。