某船舶推进系统工作特性研究及轴承润滑分析

发布时间：2017-11-20 03:25

  本文关键词：某船舶推进系统工作特性研究及轴承润滑分析

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【摘要】：基于有限元和多体动力学方法，分别建立曲轴、轴系和螺旋桨等部件的体单元，通过非线性连接单元进行连接，建立某大型运输船舶完整的推进系统多体动力学模型，并施加主机燃气压力和螺旋桨激振力作为系统外载荷。本文将仿真计算与试验研究相结合，分析了额定工况下、单缸熄火工况下以及不同负荷工况下的船舶推进系统工作特性，并依据弹性流体动力润滑理论，对主轴承进行润滑特性研究。本课题为船舶动力装置性能与系统优化设计以及轴承润滑特性研究提供了重要参考。论文主要做了以下几个方面的工作： （1）针对额定工况，对推进系统全局振动特性、曲轴自由端振动特性以及各轴承轴心轨迹和载荷情况等工作特性进行了分析。结果表明：曲轴X、Y、Z方向的全局振动位移均比较小，Z方向振动具有典型的“活塞式”振动特性；曲轴自由端最大扭转角位移为2.62mrad；纵向振动最大振幅为3.4mm；各轴承中，MB6轴承垂向载荷最大；主轴承轴心轨迹均在轴承间隙内，中间轴承由于轴颈倾斜原因，两侧截面轴心偏移量明显大于中间截面。与船舶试航测试数据对比表明：曲轴自由端最大角位移计算误差为3.15%，验证了计算结果的正确性。 （2）针对船舶航行中可能出现的单缸熄火工况，对各缸分别熄火时的全局振动特性、曲轴自由端振动特性以及主轴承载荷等工作特性进行了研究。结果表明：2#、4#、6#气缸分别熄火工况下，前半周期曲轴振动位移具有相似的变化趋势，受不同气缸熄火的影响，后半周期振动位移差别较大；受各缸发火顺序间隔以及与自由端的距离的影响，曲轴自由端的振动位移差别较大；MB3和MB5轴承的垂向载荷最大；MB1和MB7轴承单侧受载，载荷值相对较小；MB8轴承距离各气缸较远，载荷最小。 （3）在上述计算的基础上，对4#气缸熄火工况与额定工况下的曲轴自由端振动特性、轴系法兰端振动特性以及各轴颈载荷等工作特性进行了对比分析。结果表明：曲轴自由端最大扭转角位移比额定工况增大13%，纵向最大位移增大70%。其正常发火时刻附近，推进轴系法兰端最大角位移增大766%；4#和5#主轴颈垂向载荷明显减小，载荷方向均发生改变。艉前轴承轴颈最大垂向载荷增大34.5%；艉后轴承轴颈最大垂向载荷增大26.9%，且波动更加明显。 （4）针对船舶航行中出现的低负荷行驶和超负荷行驶工况，对推进系统不同负荷下的振动特性和扭转应力等特性进行了对比和研究。结果表明：邻近临界共振转速和转速禁区的工作负荷工况下，，振动位移和扭转应力都远远大于其它工况；其它工况下，随着负荷的增大，位移和应力逐渐增大。与船舶试航测试数据对比表明：自由端扭转角位移以及曲轴、中间轴和艉轴扭转应力的计算结果与试验值均比较吻合，验证了计算结果的正确性。 （5）计算分析了100%负荷与85%负荷两种工况下，MB3轴承的润滑特性，主要包括：最小油膜厚度、最大油膜压力、摩擦功耗以及滑油填充率等。结果表明：MB3轴承最小油膜厚度分别为4.65μm和6.47μm，高油压区均集中在轴承下瓦的左侧边缘；额定工况下的最大摩擦功耗和平均摩擦功耗比85%负荷工况分别大29.37%和15.81%；滑油流入量与流出量基本平衡，85%负荷工况下的滑油填充率相对较高；3#主轴颈绕X轴的最大倾斜角度分别为0.018deg和0.016deg；绕Y轴的最大倾斜角度基本相等，约为-0.03deg。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.3

【参考文献】

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本文编号：1205932