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计入支承系统特性的船舶推进轴系动态校中研究

石磊  
【摘要】: 船舶推进轴系是船舶动力装置的重要组成部分,在运转过程中要承受复杂的动态负荷和应力,因而轴系动态校中质量对轴系及船舶的正常工作具有重要意义。在轴系校中状态的诸多动态影响因素中,轴承润滑特性是最基本的因素,直接关系到轴系能否正常运转。船体变形受船舶装载、波浪载荷和环境温度综合作用,对轴系校中状态影响显著。此外,轴系运转过程中经常发生主机输出端曲拐臂距差超差的现象,说明轴系校中状态受动态因素影响很大。本文基于轴系合理校中研究,计算并计入轴承润滑特性和船体变形对轴系校中的影响,从而提出计入支承系统特性的轴系动态校中方法。在此基础上以主机曲轴臂距差作为检验校中状态的技术指标,评价和优化动态校中结果,并提出将理论曲轴臂距差值用于指导校中施工的方法。 为构建轴系动态校中研究平台,本文设计和实现了轴系合理校中计算程序。基于轴系合理校中有限元法基本原理,设计轴系校中计算物理模型,处理轴系各要素,建立轴系平衡方程组,并采用Visual C++语言和Matlab语言实现高精度的轴系合理校中计算程序。通过与船舶行业标准算例、三弯矩法算例及国外先进软件实船算例计算结果的对比分析,验证了计算程序的正确性和可应用性,从而为轴系动态校中计算奠定了基础。 针对轴承润滑特性对轴系校中状态的动态影响问题,本文提出一种有效计入轴承润滑特性的轴系动态校中方法。该方法基于径向滑动轴承流体动力润滑基本原理,进行轴承润滑特性的数值模拟研究,采用有限差分法和小扰动法数值求解轴承润滑油膜压力分布和动力参数。通过对轴承润滑特性的研究和分析,建立轴系动态校中物理模型,构建起润滑油膜与轴系之间的有机联系,从而实现计入轴承润滑特性的轴系动态校中。通过对76000t成品油轮进行计入轴承润滑特性的轴系动态校中研究和分析,证明了轴承润滑特性对轴系校中状态的积极调节作用。 针对船体变形对轴系校中状态的动态影响问题,本文提出一种计入船体变形影响、合理转换轴承变位以优化校中结果的轴系动态校中方法。该方法基于对引起船体变形的船舶装载、波浪载荷和环境温度的综合研究,以整船的三维有限元模型为基础,通过模拟船舶处于极限装载状态的重力、极限海况的浮力、环境温度变化以及海水对船体的弹性支承,应用有限元法精确计算船体变形。根据船体二层底变形数据,通过数据拟合技术将船体变形转化为轴承变位,从而实现计入船体变形的轴系动态校中。通过对76000t成品油轮进行计入船体变形影响的轴系动态校中研究,分析了船舶装载、波浪载荷和环境温度引起的船体变形和轴系校中状态的变化规律,进而总结出轴系校中优化方案。 基于计入轴系支承系统(包括轴承润滑油膜和船体变形)特性的轴系动态校中研究,本文提出一种通过数值模拟主机曲轴臂距差值校核和优化轴系校中状态、指导校中施工的方法。该方法以轴系的三维有限元模型为基础,将轴系合理校中参数和计入支承特性的轴系动态校中参数作为边界条件,数值模拟轴系校中设计状态下的主机曲轴臂距差值,通过考察轴系校中状态对曲轴臂距差的影响,以评价和优化轴系校中状态。基于曲轴臂距差值研究和分析曲轴轴线状态和主机各轴承相对高度,为轴系校中施工提供可靠的理论参考数据。采用该方法对76000t成品油轮进行主机曲轴臂距差值的计算研究,经与实测数据的对比分析,说明了在轴系校中设计阶段量化主机曲轴臂距差方法的正确性和优越性。


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