基于热-结构耦合的船舶艉轴机械密封环材料筛选

艉轴密封装置是船舶推进系统的关键组成部分,其密封性能的优劣直接影响船舶航行的安全性与可靠性。以船舶艉轴机械密封环为研究对象,基于热-结构耦合模型对比分析了赛龙、聚四氟乙烯和碳石墨这3种材料密封环的温度场和结构场差异,并提取动、静环接触面各节点的温度和压力分布。结果表明：3种材料密封环最高温度和接触压力均处于密封环内侧,并由内而外逐渐减小,相同位置处碳石墨密封环的端面温度小于赛龙与聚四氟乙烯密封环,且接触压力较大。综合密封台架试验验证,碳石墨密封环端面温度和摩擦系数较低于另外两种材料密封环,密封性能较好。研究结果对于不同材料配对的船舶艉轴机械密封环材料的筛选具有一定的指导意义。     

船舶艉轴机械密封环温度场与变形的理论研究

在船舶艉轴的机械密封中,不同材料的配合将产生不同数值的磨损和变形量。基于ANSYS有限元软件,建立橡胶-硬质合金密封的二维热-力耦合模型,分析力与温度场、力与变形之间关系。结果表明,静环橡胶的温度最高点和磨损严重区域发生在二维耦合模型中接触端面的上端面;动环和静环由最初的全端面接触变为部分接触,间隙呈锥度形状;在二维耦合模型中,随着端面比压的增大,下端面变形量增加的梯度明显大于上端面变形量增加的梯度。     

基于ANSYS的艉轴密封环性能分析研究

为解决在高参数场合下,艉轴密封的密封端面产生力变形,热变形,造成密封失效问题,基于ANSYS软件平台,综合国内外在艉轴密封性能理论研究的新成果,对艉轴密封环建立热-结构耦合稳态的计算艉轴密封性能的有限元模型,并进行了密封性能研究.     

船舶尾轴环机械密封装置端面变形分析

传统的端面变形分析方法,计算出的数据与真实数据之间存在较大差值,导致得到的分析结果并不准确,为此提出了新式船舶艉轴环机械密封装置,端面变形分析方法。该方法利用虚拟技术,生成轴环密封装置三维效果图,通过应变函数建立端面变形分析模型。依据密封动环的最初受力大小,计算动环端面比压;根据橡胶材料的非线性特征,计算橡胶静环端面的有限元,分析静环的位移变化量,以此分析导致密封装置端面变形的因素。实验结果表明:与传统方法相比,所提出的分析方法,计算出的各项数据与真实数据之间的偏差极小,分析出的结果更加精确。由此可见,所提出的方法更适用于分析导致艉轴环密封装置端面变形的因素。     

新型尾轴密封弹簧组冲击响应分析

利用Ansys软件对轴密封弹簧组进行了冲击载荷响应分析研究.根据前联邦德国国防军舰建造规范BV043/85,采用2个正、反半正弦波输入冲击加速度,进而模拟轴密封装置冲击载荷作用的时间历程.通过比较不同冲击环境下动、静环端面接触压强与比压随时间的变化情况,分析冲击作用对该轴密封弹簧组端面密封性能的影响.数值模拟的结果验证了轴密封装置在冲击环境下的可靠性.     

变工况下船舶艉轴端面密封动态性能分析

非接触式艉轴端面密封具备低泄漏、无磨损、高寿命等优点,但螺旋桨周期性击水而产生的周期性振动以及往复性轴向窜动都对密封的动态抗干扰性能提出了挑战.本文基于摄动法,求解得到艉轴密封的动态雷诺方程和动态性能参数,并采用有限元法进行求解,分析多种膜厚变工况下的密封动态性能.研究结果表明:转速的增加使得密封具有更大的刚度系数、阻尼系数以及更好的动态性能;而压差的增大会减小密封的刚度系数,不利于密封的动态性能;密封端面间流体膜的厚度越小,其具有越大的刚度系数,而阻尼系数略有减小,有利于密封的动态性能;因此艉轴端面密封适合于高转速、低压差、小膜厚的运行工况.     

某船主机艉轴海水密封装置泄漏故障排除实例

正0引言某船主机型号为8L46C型四冲程柴油机,功率为8 400 kW。2017年6月12日,轮机员巡视发现左主机艉轴密封装置泄漏(见图1),拆开艉轴密封保护罩后发现艉轴密封的动环与静环之间有大量海水。随即停止主机,发现艉轴密封装置的动环与静环之间有不明脱落物和垃圾,静环部分位置变形,导致海水泄漏。1艉轴密封装置基本原理艉轴密封装置主要密封艉轴贯穿船体的部分,防止海水进入机舱,艉轴密封示意见图2。静环、Ω     

艉轴密封弹簧组热-结构耦合分析

利用ANSYS软件对轴密封弹簧组进行了有限元分析。首先通过MSC．Patran2008将轴密封弹簧组结构进行离散化处理,建立简化的有限元分析模型,并将该模型导入Ansys12．0中进行密封端面温度场分析。通过瞬态分析方法得到运转过程中端面特性的变化状况,进而获得时间响应下轴密封弹簧组的动态特性;通过施加稳态热边界条件,对端面进行稳态分析,更好地掌握轴密封弹簧组热一结构耦合机理,提高轴密封弹簧组抗变工况的能力。数值结果表明了该轴密封结构的实用性。     

高压机械密封动态温度场分析研究

以机械密封环动态温度场为研究对象，考虑热力变形对温度分布影响，在瞬态热分析和热弹性接触理论基础上提出了动态摩擦热的计算方法，给出了动态温度场分析的基本流程；然后基于E．迈尔的研究成果建立了动态摩擦系数模型；最后用ANSYS软件模拟了机械密封启动工况；结果表明，启动加载过程中密封端面接触区域变小和局部过热。     

船舶尾轴环机械密封装置端面变形分析

为解决传统变形分析方法存在分析精度较低的不足,提出船舶尾轴环机械密封装置端面变形分析,基于尾轴环机械密封装置端面边界条件的确定,以及端面静载参数的计算,完成了船舶尾轴环机械密封装置端面变形分析模型的构建;依托尾轴环机械密封装置端面外载荷的施加,实现了船舶尾轴环机械密封装置端面变形分析。试验数据表明,提出的变形分析方法较传统的变形分析方法分析精度95.69%,适合于不同船舶尾轴环机械密封装置端面的变形分析。     

二冲程船用低速机热流固耦合分析

本文以低速二冲程船用发动机为研究对象,通过建立发动机整机热流固耦合模型,结合燃烧侧和冷却侧边界条件,采用流体与有限元相结合的方法得出耦合场的温度分布,并考虑该工况下的螺栓预紧力和缸内爆压等机械载荷,进行热机耦合应力分析,讨论热负荷和机械载荷对整机应力分布的影响,并在所得应力场的基础上,对核心受热零部件缸盖进行了高低周疲劳分析。     

多种参数影响下的船舶艉轴承润滑性能分析

针对安装误差导致的轴颈倾斜角、主轴转速、艉轴工作环境温度等因素对船舶艉轴承润滑性能影响的问题，以某散货船为研究对象，基于Reynolds边界条件，运用有限差分法对Reynolds方程进行求解，通过数值分析软件MATLAB进行编程，获得不同工况下艉轴承的润滑模型。进而对多种参数影响下的油膜压力和油膜厚度差异进行对比分析。结果表明:考虑轴颈倾斜角的情况下，轴颈倾角逐步增大，油膜压力峰值与轴颈倾角呈现正相关关系，最小油膜厚度减小速度先快后慢；主机在不同工况下，油膜压力峰值与主轴转速呈现负相关关系，最小油膜厚度与主轴转速则呈现出一种近似正比的关系；当艉轴工作环境温度变化时，随着温度的升高，最大油膜压力逐渐增大，最小油膜厚度变化趋势则相反，逐渐向减小的方向发展。     

机械端面密封的动力学特性分析

对机械端面密封的动力学过程进行分解,建立了机械密封的运动模型,分析了机械密封环在外界干扰作用下密封环的振动特性,并利用Matlab编程对运动微分方程进行求解,得出了密封环振动过程中任意时刻的密封端面的液膜厚度分布、液膜压力分布、接触压力分布以及机械密封的泄漏量,并对密封环的稳定性和影响密封环振动的因素进行了分析.     

深海舷外电液舵机的密封性能分析

以深海舷外电液舵机格莱圈为研究对象,采用ABAQUS建立格莱圈二维轴对称有限元分析模型,研究格莱圈在安装阶段、施加压力、施加温度场以及动密封4种工况下的力学性能,并对格莱圈在不同工作压力、压缩率和温度下的应力、接触应力和剪应力进行分析。结果表明:压缩率一定时,格莱圈中O形圈和方形圈的应力随工作压力增大而增大,方形圈的应力整体上大于O形圈的应力,温度对格莱圈的应力影响较小,活塞杆外行程阶段的格莱圈应力要大于内行程阶段的应力;格莱圈接触应力随工作压力、压缩率和温度的增大而增大,且接触应力始终大于格莱圈两端压力差,格莱圈能保证正常密封能力;在一定的压缩率下,格莱圈中O形圈和方形圈的剪应力随工作压力增大而增大,O形圈增大趋势不明显,而方形圈增大趋势明显。     

Bend stiffener linear viscoelastic thermo-mechanical analysis. Part I — Experimental characterization and mathematical formulation

Bend stiffeners are subjected to cyclic loading during offshore operation or when subjected to a controlled full-scale qualification test. Due to the viscoelastic nature of the polyurethane, energy is dissipated within the material volume and the structure may experience a temperature increase, a phenomenon known as self-heating. The top connection is a flexible riser critical region in terms of fatigue, being the bend stiffener the main responsible for curvature control. As the curvature distribution is highly affected by the nonlinear time–temperature bend stiffener response, a detailed thermo-mechanical assessment may become relevant for riser lifetime and polyurethane material failure assessment, specially during accelerated full-scale tests. In the present paper (Part I), the polyurethane experimental characterization and steady-state thermo-mechanical mathematical formulation are presented for the bend stiffener self-heating assessment. A steady-state formulation is derived for a temperature dependent linear viscoelastic large deflection beam model to estimate the heat generation during harmonic tip loading. The temperature field distribution is calculated through a three-dimensional steady-state thermal model considering the viscoelastic heat calculated from the mechanical model with an iterative scheme. Stress relaxation tests are performed at different temperatures to determine the viscoelastic properties followed by thermal properties characterization through differential scanning calorimetry and by the Flash method to determine the specific heat, thermal conductivity and diffusivity, respectively. In a companion paper (Part II) the iterative numerical scheme is detailed and a case study presented.     

海洋钻井绞车用水冷式制动盘瞬态温度场分析

对海洋钻井绞车用水冷式制动盘,建立了三维瞬态热-机耦合理论模型和有限元分析模型。运用有限元分析软件ABAQUS,对钻井绞车紧急制动工况进行了数值模拟,分析了制动盘瞬态温度场分别在半径方向、周向和不同厚度处的分布特征和变化规律。计算结果表明:紧急制动时,制动盘在径向与周向均存在很大的温度梯度,相比之下,径向的温度梯度更大;制动结束时刻,温度的影响层深度很浅,盘面瞬时温度很高且高温区域集中在制动盘摩擦表面的中部区域。很高的盘面温度在短时间得不到消散是导致制动盘高温氧化的重要原因。     

膜盘联轴器轴向刚度性能分析

采用张量分析和能量变分法,在必要假设的基础上,对轴向对称载荷作用下的膜盘联轴器的轴向刚度进行了研究.分析了膜盘厚度、剖面形状、半径比和传递扭矩对轴向刚度的影响.通过与仿真结果的比较,验证了假设和结论的正确性.     

基于流固耦合的某船用低速柴油机活塞温度场分析

针对某研发新型船用柴油机,建立其活塞固体域和流体域模型,运用有限元软件ABAQUS和流体动力学软件START-CCM+进行联合仿真,得到其活塞耦合面对流换热系数和温度场分布。活塞最高温度538K左右,活塞第一环区及环区附近区域大部分温度439K在左右,活塞环区及活塞内部冷却腔大部分温度处于340K~439K范围以内,最后与现有对标机型进行对比,得到仿真计算所得活塞温度分布与对标机型温度场实测值基本一致,活塞温度场仿真计算结果基本符合实际。