由于船舶密封长期处于复杂工况下,会使其密封性能大幅度下降,针对这一问题,对船舶艉轴密封结构优化设计问题进行了研究。首先,分析了船舶艉轴密封结构原理,并定义了摩擦功耗、密封端面最大变形、泄漏量为密封性能参数;然后,采用有限元方法,建立了船舶艉轴密封性能分析模型,确定了研究路线,通过计算得到了不同结构参数下船舶艉轴密封的密封性能变化规律;最后,采用响应面方法对密封动静环典型结构参数进行了多目标优化,建立了各密封性能参数的目标方程,通过设置各优化目标的满意度,得到了最优典型结构参数;搭建了船舶艉轴密封的实验台,对模拟结果进行了验证。研究结果表明:优化结构相较初始设计结构降低了9.8%的端面变形和5.7%的泄漏量;由此可见,该优化结构能够有效提高船舶密封的密封性能,可以为船舶艉轴密封的设计与优化提供思路...

在采用螺旋桨推进的船舶中,为防止海水沿螺旋桨流入船内,在艉轴管中设置了密封。由于其工作于恶劣的深水环境中,因此选用可靠的艉轴密封环材料对船舶运行至关重要。本文根据不同船舶艉轴密封环材料对密封性能的影响,利用有限元软件建立热-固耦合数值分析模型,计算得到了不同材料密封环的温度场、变形场、应力场,分析了弹性模量、热膨胀系数、导热系数等材料参数对密封环变形、温升、摩擦磨损及泄漏量的影响,最终选取了最优的船舶艉轴机械密封动环材料。结果表明:SiC动环材料的密封环组合端面温升最小,S30408动环材料的端面变形最大,密封端面的热变形大于力变形,热膨胀系数对密封性能影响最大,综合考虑温升和材料参数对密封环变形和密封性能的影响,选择最优的动环材料为Cr2O3。

针对高速旋转机械的高转速、低磨损和长寿命的要求,研制出非接触且磨损小的动压式胀圈密封,但是当密封设计不当时,密封环变形会严重影响其密封性能和稳定性,因此,本文针对动压式胀圈密封结构参数对温升、变形的影响展开分析。利用有限元分析软件建立流固热耦合分析模型,通过数值模拟和试验相结合的方法分析胀圈动静环主要结构参数对密封环温升、变形的影响规律,基于响应面法对密封进行多参数结构优化。研制出动压式胀圈密封的试验样机及试验系统,并进行实际运转试验。结果发现,动压式胀圈密封可大幅降低密封温升和摩擦磨损,从而提高其密封性能和稳定性;减小螺旋角、选择合适的槽坝比可降低密封环的温度峰值和变形峰值;减小轴向厚度可降低密封环端面温度和变形,减弱端面温度分布和变形分布不均的程度;增大压差可降低切口间隙...

动压机械密封静环需要具备轴向滑移、角向摆动的能力,其中的O形圈在滑移界面起密封和补偿作用,其设计的优劣对密封的稳定运转至关重要。为此本文建立微动补偿结构的有限元模型,分别分析了O形圈整体槽和分体槽两种典型补偿结构在平滑微动补偿工况和受振动干扰微动补偿工况下预压缩量、介质压力以及线径大小对O形圈密封性能及补偿特性的影响,并进行了试验验证。分析结果表明:影响静环补偿性能最主要的因素是O形圈压缩量和界面摩擦系数;分体槽补偿结构在补偿过程具有更好的追随性,更适用于高速、强振动工况,表现为具有更小的摩擦力且波动程度小。通过试验验证了分析结果,得到了O形圈优化补偿结构参数,在动压机械密封启动阶段,O形圈摩擦力最大,减小压缩量、改善补偿界面润滑状态可以有效降低摩擦力的波动量提高补偿性能,其中良好的...