引論：我們?yōu)槟砹?篇船舶尾軸機械密封形狀對密封性能的作用范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

0引言

對于船舶軸系來講，尾軸機械密封屬于重要組成體系之一，優(yōu)化該體系設(shè)計，避免海水侵蝕入艙，必須合理規(guī)劃船舶尾軸機械密封面形狀，提高其密封性能，加強船舶主軸、深潛器和水下航行器的安全性。當(dāng)前船舶尾軸大多采用的是平面機械密封方式，這種密封方式雖然能夠起到一定的作用，卻存在多方面的問題。如果船舶尾軸已彎曲，軸系未校中以及尾軸因長時期受壓而被磨損，就很容易弱化船舶的密封性能。本文將簡單分析船舶尾軸機械密封面形狀的基本問題，論述球面與平面密封的重要參數(shù)，并淺談球面和平面密封的有限元建模方式。

1.船舶尾軸機械密封面形狀的基本問題

從整體上來講，船舶尾軸機械密封面形狀的基本問題是摩擦學(xué)的問題，所謂的“摩擦學(xué)”（tribology）是研究滑動面間相互作用的學(xué)科，包括摩擦力、磨損和潤滑三方面。許多摩擦證明是有益的，使現(xiàn)代生活成為可能，但是，其他許多摩擦?xí)饑?yán)重的影響，而需要仔細研究如何去克服這些由過度摩擦或者磨損而導(dǎo)致的不便，摩擦消耗或者浪費大量人類產(chǎn)生的能量，并且需要足夠的生產(chǎn)力取代因磨損而變得無用的物體。當(dāng)前船舶尾軸主要采用的是平面接觸式機械密封法，在工作過程中大多處于邊界摩擦和混合摩擦的狀態(tài)。緩解摩擦對船舶尾軸及其密封性能的負面影響，則需要使用球面密封來逐漸替代平面密封方式，以此增強船舶尾軸的自動調(diào)心功能和密封性能。

2.球面與平面密封的重要參數(shù)

球面與平面密封的基本裝置均為動環(huán)座、動環(huán)、靜環(huán)座、靜環(huán)和彈簧組件。這兩種密封方式的主要區(qū)別是動環(huán)和靜環(huán)的密封面形狀不同。同樣裝置的球面球心是185mm，密封端面內(nèi)徑是202mm，密封端面外徑是218mm，平衡直徑是208mm，球形密封面半徑是400mm，動環(huán)和靜環(huán)球形密封面的內(nèi)邊界與軸心線夾角是14.63度，動環(huán)和靜環(huán)球形密封面的外邊界與軸心線夾角是15.82度。平面密封動環(huán)的球面球心是185mm，密封端面內(nèi)徑是202mm，密封端面外徑是218mm，平衡直徑是208mm。由此可見，球面與平面密封的重要參數(shù)基本一致。此外，球面與平面密封的靜環(huán)材料皆為非金屬材料，將其固定在靜環(huán)座上，就會阻止靜環(huán)座旋轉(zhuǎn)，保持其軸向運動。動環(huán)材料多為青銅原料，通常是將青銅材料鑲嵌在動環(huán)座上，這樣，動環(huán)座就能直接經(jīng)過鍵槽和卡環(huán)將其固定在尾軸上。而且，靜環(huán)與動環(huán)的密封面會在彈簧力和被密封介質(zhì)（即海水）壓力的共同作用下密切貼合，以此防止海水浸入船艙之內(nèi)。另一方面，船舶尾軸機械密封的性能參數(shù)比較多，主要參數(shù)項目包括密封準(zhǔn)數(shù)、泄漏量、接觸面積和單位面積摩擦功。一般情況下，密封準(zhǔn)數(shù)是黏性力和水膜負荷的比值，用以表示水膜形成難易程度的量綱特性值。目前，用ＧＳ、ＧＰ來表示球面和平面密封的密封準(zhǔn)數(shù)，參數(shù)公式如下：ＧＳ＝ηｖＬＳ/Ｆ，ＧＰ＝ηｖＬＰ/Ｆ。其中，η用以表示密封流體動力的黏度系數(shù)，ｖ是指密封面的平均線速度，Ｌ是指水膜形成難易程度的量綱特性值，Ｆ則是指密封面上的總負荷。從正比的視角來看，密封準(zhǔn)數(shù)的數(shù)值越大，就越容易形成水膜，水膜的厚度也隨之遞增。泄漏量主要是指在單位時間里從密封面泄漏的被密封介質(zhì)的體積，以此衡量機械密封的效果。接觸面積是指球面與平面密封的接觸面積。單位面積摩擦功通常用ｐｖ來表示，ｐ是指密封面的比載荷，ｖ用以表示密封面的平均線速度，因此，常用ｐｖ表示單位面積摩擦功。提高船舶尾軸機械密封性能，確保該性能的長期性，則需要將允許值控制在密封幅摩擦特性的參數(shù)以上。

3.球面和平面密封的有限元建模方式

當(dāng)機械密封處于靜止?fàn)顟B(tài)時，密封面多處于緊密貼合狀態(tài)，密封面上的作用具備水膜反力效應(yīng)，如果水膜反力無法滿足抵消閉合力的要求，密封面就會出現(xiàn)船舶尾軸機械接觸現(xiàn)象。如果平衡型尾軸機械密封處于混合摩擦狀態(tài)下，就會收到軸向受力的作用，此時的閉合力與外部海水以及彈簧作用上的軸向合力相等。新時代的機械密封模型大多為軸對稱模式，海水和彈簧壓力呈面力，其中，密封面之間的水膜反力會被假定成線性分布模型，先運用對流換熱邊界工藝來處理海水對密封環(huán)的冷卻作用，然后，用熱流密度邊界法來處理密封面之間的摩擦熱。為了維持靜環(huán)與動環(huán)的密封面溫度一致性，則需要采用耦合法和整體接觸來進行建模。因為靜環(huán)座與靜環(huán)以及動環(huán)座與動環(huán)的配合部位及其邊界條件尚難以明確，所以，需要對靜環(huán)座與靜環(huán)以及動環(huán)座與動環(huán)進行分層化黏結(jié)，實施一體化建模，以此明確邊界條件，并將其轉(zhuǎn)化成內(nèi)部邊界。與此同時，需要采用接觸向?qū)Х▉磉M行有限元建模。從微觀視角來看，有限元建模分為以下五個步驟如下：①借助ＡＮＳＹＳ軟件組建完善的耦合單元，著重優(yōu)化其內(nèi)結(jié)構(gòu)，使用ＰＬＡＮＥ１３定義單元菜單的自由度選項，明確ｘ和ｙ的方向，控制好溫度，使單元特性選項保持為軸對稱。②定義靜環(huán)座與靜環(huán)以及動環(huán)座與動環(huán)和彈簧的彈性、泊松比、模量、熱導(dǎo)系數(shù)和熱膨脹系數(shù)等屬性。③將靜環(huán)座與靜環(huán)以及動環(huán)座與動環(huán)科學(xué)劃分成３０６９個網(wǎng)格和３１９１個節(jié)點。將單元尺寸控制在０．５ｍｍ左右，其他部分不得超出1ｍｍ。④運用接觸向?qū)Х▽o環(huán)端面實施定義接觸單元，將目標(biāo)單元定義于動環(huán)端面之上。在挑選摩擦因數(shù)時需要正確選擇鍵入摩擦因數(shù)值。此外，要充分保障靜環(huán)與動環(huán)在密封面對應(yīng)節(jié)點的溫度一致性。然后，在剛度矩陣選項中正確布設(shè)選擇非對稱。⑤添加最合適的外界條件，控制好壓力載荷。因為動環(huán)安裝通常在軸上而且會和靜環(huán)接觸，所以，要控制好平衡位置所承載的海水壓力和密封面的接觸壓力，并根據(jù)實際情況，調(diào)節(jié)好彈簧壓力，將密封面的浸水部位設(shè)置為外側(cè)，非浸水部位則為內(nèi)側(cè)。此外，要將密封面的內(nèi)側(cè)壓力和船艙內(nèi)的空氣壓力保持一致，使外側(cè)壓力和海水壓力趨于相等指數(shù)。

4.結(jié)束語

綜上所述，解決船舶尾軸機械密封面形狀的基本問題，提升船舶尾軸機械密封性能，必須正確分析球面與平面密封的重要參數(shù)，優(yōu)化球面和平面密封的有限元建模方式。