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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

作　者: 石磊
导　师: 宋希庚
学　校: 大连理工大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 轴系动态校中轴系合理校中轴承润滑特性船体变形主机曲轴臂距差
分类号: U664.21
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-24
  1.1 引言  11-12
  1.2 轴系校中研究方法概述  12-14
  1.3 轴系动态校中方法研究历史及现状  14-21
    1.3.1 轴承支承系统特性  14-16
    1.3.2 船体变形  16-18
    1.3.3 螺旋桨水动力  18-19
    1.3.4 振动  19-20
    1.3.5 主机曲轴臂距差  20-21
  1.4 本文主要研究内容和结构安排  21-24
2 轴系合理校中  24-53
  2.1 引言  24
  2.2 轴系合理校中有限元法基本原理  24-26
  2.3 轴系校中计算程序设计及其实现  26-44
    2.3.1 轴系校中计算的物理模型  26-28
    2.3.2 轴系校中计算的前处理  28-33
    2.3.3 轴系校中计算的求解  33-39
    2.3.4 轴系校中计算的程序实现  39-44
  2.4 算例  44-52
    2.4.1 16000t散装货轮  44-47
    2.4.2 VS468型海上作业多用途工作船  47-50
    2.4.3 110000t成品油轮  50-52
  2.5 本章小结  52-53
3 轴承润滑特性对轴系校中的影响  53-81
  3.1 引言  53-54
  3.2 径向滑动轴承流体动力润滑特性的计算研究  54-75
    3.2.1 径向滑动轴承流体动力润滑基本原理  54-59
    3.2.2 径向滑动轴承流体动力润滑特性的计算方法  59-67
    3.2.3 径向滑动轴承流体动力润滑特性计算及分析  67-75
  3.3 计入轴承润滑特性的轴系动态校中  75-80
    3.3.1 计入轴承润滑特性的轴系动态校中计算研究  75-77
    3.3.2 计入轴承润滑特性的轴系动态校中计算及分析  77-80
  3.4 本章小结  80-81
4 船体变形对轴系校中的影响  81-114
  4.1 引言  81-82
  4.2 计算模型  82-83
  4.3 船舶载荷的计算研究  83-98
    4.3.1 船舶力载荷的计算研究  83-97
    4.3.2 船舶环境温度载荷的选取  97-98
  4.4 船体变形计算结果及分析  98-106
    4.4.1 边界条件  98-99
    4.4.2 船体变形计算结果及分析  99-106
  4.5 计入船体变形的轴系动态校中  106-112
    4.5.1 船体变形对轴系校中的影响  106-112
    4.5.2 计入船体变形的轴系优化校中  112
  4.6 本章小结  112-114
5 轴系校中对主机曲轴臂距差的影响  114-131
  5.1 引言  114-115
  5.2 主机曲轴臂距差的测量及分析  115-123
    5.2.1 臂距差基本概念  115-116
    5.2.2 测量法基本要求  116-118
    5.2.3 测量结果及分析  118-123
  5.3 主机曲轴臂距差的计算及分析  123-130
    5.3.1 推进轴系有限元模型  123-125
    5.3.2 轴系校中边界条件  125-126
    5.3.3 主机曲轴臂距差计算结果及分析  126-130
  5.4 本章小结  130-131
6 结论与展望  131-135
  6.1 结论  131-133
  6.2 展望  133-135
参考文献  135-142
攻读博士学位期间发表学术论文情况  142-143
攻读博士学位期间参加的科研项目情况  143-144
创新点摘要  144-145
致谢  145-146
作者简介  146-148

计入支承系统特性的船舶推进轴系动态校中研究

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