船舶轴系整体艉管应用探讨

船舶工业是为我国防科技建设、海洋航运以及海洋资源开发利用等相关产业提供动力装备的国家战略性产业。随着我国船舶行业的迅速发展,船舶数量的急剧增加,给船舶安全带来隐患。缩短造船周期、降低造船质量风险已成为各船厂所追赶的目标。整体艉管的应用缩短轴系安装周期,也规避了轴系镗孔带来的风险。本文对整体艉管在大型船舶的应用进行探讨。     

水润滑橡胶艉轴承动态性能的试验与分析

针对船舶艉轴承的减振降噪进行橡胶材料硬度对艉轴系振动影响的试验研究。通过Pulse振动分析平台对艉轴承的振动情况进行数据采集和分析,应用振动频谱分析法得出对于常工作在低速重载工况下的水润滑橡胶轴承其内表面宜趋近的邵氏硬度为80时,对于中高速则可稍微提高一些。     

基于主动艉支承的推进轴系横向振动抑制仿真与实验研究

提出一种基于主动艉支承的推进轴系横向振动传递控制方法,以抑制水下航行器的低频声辐射。该方法将传统的艉轴承支承方式由面支承改为点支承,通过六个主动作动器抑制螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递。建立包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体耦合系统动力学模型,分析系统振动传递特性及控制策略可行性;结合自适应控制算法,计算螺旋桨横向激励下的振动传递抑制效果。构建包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体实验系统,进一步验证控制方法的有效性。仿真与实验结果均表明主动艉支承对于螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递具有明显抑制效果,可有效降低壳体表面法向振动。     

推进轴系橡胶艉轴承刚度等效研究

研究推进轴系橡胶艉轴承刚度等效方法,给出重力作用下的轴系艉轴承的等效支承位置及刚度。建立转轴-轴承非线性接触有限元模型,获得轴承表面压力和位移分布,然后采用单点、多点支承模型进行刚度等效。结果表明,单点支承等效可以较为准确地描述转轴位移,但转角不够准确;5点支承等效较单点支承等效具有更高的精度,可以较为准确地描述轴系变形,而且动刚度等效也能较准确地描述频响特性(微幅振动条件下),尤其对于低频区域(小于60 Hz),与转轴-轴承接触模型的计算结果几乎一致。     

艉轴承标高对轴系横向振动的影响理论分析

船舶推进轴系的对中状态直接影响轴系的振动,分析其影响规律对于识别和有效控制异常振动具有重要意义。文中艉轴承支撑力采用与标高有关的非线性模型,考虑螺旋桨的不平衡回旋,在此基础上根据有限元方法建立了连续轴系的非线性动力学模型。通过求解非线性动力学响应,分析艉轴承标高与轴系垂直弯曲振动二者之间的关系,可为改善轴系对中状况与减小轴系振动提供参考。     

轴系校中状态对艉轴承力传递特性影响

船舶轴系的弯曲振动通过艉轴承传递到船体引发船体艉部振动并产生噪声,是影响船舶舒适性和安全性的主要因素之一。船舶轴系由于较大的自重和出于对轴承保护的原因必须进行轴系校中,校中过程中轴承垂向位置的变化将会改变各轴承所受载荷,继而改变轴承刚度,影响轴系振动特性及轴承处的力传递特性。为此,利用传递矩阵法建立轴系校中和弯曲振动模型,对一轴系实例分别进行直线校中和以艉轴后轴承静载最小为目标的优化校中,求得两种不同校中状态下各轴承处受力响应,研究发现两种校中方式低频段相差微小,在高频段有明显区别。     

不同板条形状对艉轴承的力学性能影响研究及其结构优化

 为了提高板条式艉轴承的润滑性能,应用有限元法研究不同板条形状对艉轴承力学性能的影响及其结构优化．具体探讨不同曲率半径凹弧型和凸弧型板条以及不同楔形空间承载面积板条的力学特性,将结构优化前后力学性能进行对比．结果表明：就3种不同形状板条而言,平板型板条的力学性能相对较好;不同曲率半径的凹弧型、凸弧型板条对艉轴承力学性能的影响规律有着较大差异;在不同楔形空间与单个板条承载面积之间存在应力最大、应变最小,力学性能相对最优的临界点;对平板型板条进行优化后,其力学特性有了明显的改善．     

轴颈倾斜下船用复合衬层艉轴承混合润滑特性分析及结构优化EI北大核心CSCD

船用艉轴承支撑着悬伸于船外的螺旋桨轴,由于螺旋桨的重力作用,其轴颈中心线不再平行于轴承孔中心线,而是在竖直平面内发生倾斜。轴颈倾斜使轴承膜厚及压力沿轴向不再均匀分布,显著降低轴承承载能力,使之处于混合润滑状态,且易导致碰磨、严重磨损甚至轴瓦烧焦等问题,严重危害轴系服役安全。为提高轴颈倾斜下水润滑艉轴承的性能,改善压力分布,提出了一种采用复合衬层的轴承设计方法,以高分子材料作为承载表面,在高分子承载层与金属外壳之间加入橡胶层,橡胶层为等厚或非等厚结构。在此基础上建立了复合衬层水润滑轴承的混合润滑模型,分析了单一衬层结构、等厚复合衬层结构及非等厚复合衬层结构下的轴承性能。结果表明,对于处于混合润滑状态的水润滑轴承,复合衬层改善了压力分布、降低了摩擦因数和混合润滑状态过渡到流体动力润滑状态时的转速,而非等厚复合衬层对润滑性能具有更显著的改善作用。总结得到非等厚复合衬层轴承最优橡胶层厚的拟合公式,并给出了公式的适用范围,公式形式简洁,便于应用于轴承设计计算。相关工作为船用轴承优化设计和承载能力提升提供了新思路。     

《舰艇艉部纵向激励传递特性分析》

采用有限元/边界元方法对艉部的声振特性进行研究。首先建立了包含主推进系统在内的有限元模型,分析流固耦合下结构的振动,并利用边界元技术进行结构水下声辐射预报。然后根据传递路径分析方法,对纵向激励下艉部的传递路径进行分析排序。结果显示,纵向激励下,推力轴承基座是艉部振动的主要传递路径。在确定了潜艇艉部的主要振动传递路径后,在主要传递路径上采取隔振措施,以达到减振降噪的目的。研究表明,改变推力轴承的刚度和基座结构形式,对艉部的减振降噪有一定作用。     

船舶动力推进系统安装及安装工艺研究

轴系承担传递主机动力,是船舶动力系统核心。本文分析船舶艉轴管及艉轴架的结构特点,对艉轴管及艉轴架采用初定位、人字架支臂轴毂加长、艉轴管前后轴承座孔精加工等安装工艺：同时阐述艉轴支架、导流管、舵臼、中间轴承座、艉管与前毂等结构船台装配,在船舶艉轴管定位安装和主机安装垫片采取工艺先进的粘结技术安装工艺的方法,经实践检验高效可行,满足船舶建造质量要求,缩短建造工期。     

摩擦力作用下推进轴系弯—扭耦合振动特性分析

推进轴系的艉轴承负荷受螺旋桨、轴系对中等因素影响,不合理设计或安装可能导致轴承润滑不良,使轴颈与橡胶轴承间容易存在“粘着—滑动”状态,进而导致轴系的弯曲、扭转振动异常。通过简化的推进轴系模型,从机理上分析轴系在艉部橡胶轴承摩擦力作用下的弯-扭耦合振动特性及其主要影响因素,为识别轴系异常振动和噪声提供参考。     

船用低速五缸柴油机推进轴系扭振性能的改进与计算

国内的低速柴油机制造厂 ,船舶设计部门、造船厂和船东好象已经有一种共识 :艉机舱推进轴系使用低速五缸柴油机作主机时 ,都要用扭振减振器。但是 ,只要在设计时合理选用柴油机转速 ,并采用高强度低合金钢来制造中间轴 ,这类轴系大部分是不需要扭振减振器的。     

轴承刚度对船舶推进轴系振动传递路径影响分析

采用传递矩阵法,将船舶推进轴系简化为质量点单元、弹性支承单元和具有分布参数的梁单元。基于修正的Timoshenko梁理论,推导出推进轴系的场传递矩阵表达式。然后,引入相应的边界条件,形成方程组并实现不同轴承刚度下推进轴系轴承处的力和位移响应求解。最后,从能量的角度,对推进轴系各轴承传递路径处的功率流进行分析,并与有限元结果比较。结果表明:基于修正Timoshenko梁理论的传递矩阵法在计算推进轴系弯曲振动时是可行有效的;艉后轴承刚度对轴系振动传递影响最大,艉前轴承次之,推力轴承影响最小。     

57 000 t散货船轴系扭振实测分析与改进设计

应用非接触式扭振测试系统对一条5 7000 t散货船轴系扭振进行测量,测试结果表明：其扭振特性未达到预定要求,轴系扭振最大危险截面出现在中间轴。于是分别提出改变中间轴和桨轴长度以及增加中间轴直径两种改进设计方案,并对改进后的船舶轴系进行测试,分析得出两种改进方案对临界转速、扭振应力、扭振应力裕度及其转速禁区的影响,结论是增加中间轴直径方案更优。该结果对于5 7000 t型散货船轴系设计及后续船舶的建造具有较高的参考价值。     

High-performance lift augmentation dynamic seals for turbine bearing compartments

Conventional bearing shaft seal systems used in gas turbine engines are often limited to a sliding velocity of about 100 m/s, differential pressure of 3 bar, gas temperature of 300°C and a seal life less than 8000 h. Advanced engines will require bearing shaft seal systems to operate up to sliding velocity of 200 m/s, differential pressure of 6 bar, gas temperature of 500°C and seal life in excess of 30?000 hours. For seals operating in these advanced conditions, a design with no rubbing contact will be required to achieve long life and reliability. A good validated approach is the use of a gas lift augmentation seal. The design objective for a seal of this type is to have the faces of the seal seek an equilibrium position to avoid any contact. The gap must be small enough to ensure a minimal air leakage, but it must be large enough to limit power dissipation, due to shear in the gas film, and face deformation by shaft displacement, misalignment and vibration. Dynamic seals for a bearing compartment have the following main functions: provide static and dynamic sealing in order to prevent oil leakage from the bearing oil compartment to the air compartment and consequently no oil smell pollution by the use of bleed air; control air leakage to the bearing oil compartment in order to improve performance of the engine and to reduce oil consumption; reduce volume of the oil tank and lubrication system and hence provide weight reduction; to operate in extreme conditions of temperature and with normal and reverse pressure; and reduce the mean time between overhaul (MTBO) and have a very long life. Techspace Aero and Burgmann have carried out design, development and testing of lift augmentation carbon seals and demonstrated that high life and performance levels of these seals are possible in a gas turbine engine environment.     

艉轴橡胶轴承应用与改进

橡胶因其良好的耐磨、水润滑后摩擦系数大大降低、缓冲吸振以及异物埋没性等特点而在船舶艉轴轴承上得到广泛应用。随着橡胶材料的发展、轴承结构的优化，轴承的使用寿命不断提高、适用范围不断扩大。     

基于支承反力测试的轴承载荷辨识

提出一种水洞中螺旋桨轴系艉支承结构轴承处载荷的辨识原理,该方法通过实测的支承反力反求施加在艉轴承处的作用力。侧重于测试方法的原理描述,通过建立艉支承结构的简化模型,对有预应力的支承结构的载荷-力响应关系进行推导,得到了结构轴承处的载荷-支承反力的解析表达式,然后在此基础上构建轴承处载荷的辨识原理。仿真结果表明,该方法辨识精度较高,可用于水洞中螺旋桨轴系艉轴承处的载荷辨识。