船艉轴端面密封的性能分析与优化

发布时间：2020-06-07 01:54

【摘要】：艉轴端面密封是全回转推进器保持密封性能的关键。船艉轴端面密封运转过程较为复杂,其性能主要受力载荷与热载荷影响,力载荷对端面密封的影响表现在端面压力场上,热载荷对端面密封影响表现在端面温度场上,而力载荷主要受端面密封的结构影响,热载荷受热源剪切热等影响。为提高艉轴端面密封的密封性能,本文在相关学者们现有的端面密封结构基础研究上,提出端面槽型与波度、锥度耦合的思想,在现有的温度场基础研究上,对热源等模型进行优化,具体研究内容如下:首先,建立三种不同槽型端面的数学模型,并基于端面槽型建立端面密封中槽型与端面波度、锥度耦合模型。基于流体为稳态等假设,从N-S方程出发,推导更为简洁的柱坐标下分析端面密封的Reynolds方程。结合相关具体参数,从槽型结构(槽深、槽数和螺旋角)、波度和锥度角度分析,揭示端面密封中端面结构与密封性能关系。其次,分析端面密封温度场来源,优化端面密封热源数学模型。结合热源数学模型,基于端面密封温度场控制模型,建立相关求解温度场方程的前提边界条件模型。结合本文槽型结构研究内容,计算及分析无槽型结构、直方槽型结构、螺旋槽型结构和内螺旋槽型结构端面密封温度场分布。然后,将本文的研究内容应用于某船舶企业的全回转推进器的艉轴端面密封案例分析中,建立全回转推进器的工况与密封性能关系模型等,验证了研究的有效性。最后,对本文的工作内容进行了总结,并对研究中可能存在的不足以及未来针对端面密封可开展的深层次研究进行展望。
【图文】：

端面密封中端面波度、锥度数学模型，运用推导出行端面密封结构与密封性能分析。结构模型开槽机理分析密封中，利用流体的动压效应，即将端面密封的动的流体，使其摩擦状态从混合摩擦状态，变成流体过程中端面的磨损等[42-44]。某个端面进行开槽，有助于流体动压效应的形成[2常选择偏硬的材料，静环选择相对偏软的材料，主环经常处于高速旋转状态，而静环基本处于平稳状压效应图中，考虑到动静环材料，槽型一般开设在

（a） （b） （c）图 2-3 端面几何模型：（a）螺旋槽、（b）内螺旋槽和（c）直方槽其中，螺旋槽中槽型边界与端面密封的静环端面边界一致，槽型线为对角螺旋也称之为对数螺旋线，，其控制方程为[49]：tangr r e （2-4）式中：r ， 为端面任意点坐标。其中，内螺旋槽中槽型边界位于端面密封的静环端面边界内，内螺旋槽型线与槽型线相似，其控制方程同为公式 2-4 所示的 。其中，直方槽中槽型边界与端面密封的静环端面边界一致，槽型线为直线，其方程为：( )gr r C（2-5）式中， ， 为端面任意点坐标，C 代表的是槽型区域极角集合。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.3

【参考文献】

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本文编号：2700635