艉轴密封装置用于出舱艉轴与舱壁之间的密封,是船舶推进系统的关键设备。Ω弹簧作为艉轴密封装置的重要部件,其应变特性将直接影响艉轴密封装置的密封性能。本文建立某型艉轴密封装置Ω弹簧结构强度数值模型,分别对外圈弹簧和内圈弹簧进行有限元分析,获得不同压缩量下Ω弹簧的轴向力及最大应力值,并拟合得到Ω弹簧的刚度。在此基础上,开展了艉轴密封装置Ω弹簧应变测试。仿真结果与测试数据误差在5%以内,表明了本文所建数值模型的准确性。本文研究结果为艉轴密封装置设计与校核提供了重要参考。
Stern shaft sealing device is used to seal between stern shaft and bulkhead, and is the key equipment of ship propulsion system. As an important part of the stern shaft sealing device, the strain characteristics of Ω spring will directly affect the sealing performance of the stern shaft sealing device. In this paper, a numerical model of structural strength of Ω spring of a certain stern shaft sealing device is established. The finite element analysis is carried out on the outer ring spring and the inner ring spring respectively, and axial force and maximum stress of spring under different compression are obtained, and fit to obtain the stiffness of the Ω spring. On this basis, the strain test of Ω spring of stern shaft sealing device is carried out. The error between simulation results and test data is less than 5%, which indicates the accuracy of the numerical model established in this paper. The research work in this paper provides an important reference for the design and check of stern shaft sealing device.
2025,47(9): 114-119 收稿日期:2024-7-2
DOI:10.3404/j.issn.1672-7649.2025.09.020
分类号:U664.22
作者简介:孙玮(2000-),男,硕士研究生,研究方向为部件结构强度与抗冲击性能仿真
参考文献:
[1] 张振国, 姚世卫, 王隽, 等. 潜艇大深度艉轴密封装置摩擦副机械变形研究[J]. 船海工程, 2004(6): 12-14.
[2] 周斌兴, 张能武. 船舶尾轴密封Ω型弹性元件的设计与应用[J]. 船海工程, 2006(6): 60-62.
[3] 周斌兴, 刘步丰, 胡年丰. 新型船舶艉轴端面密封装置的结构与设计[J]. 船舶工程, 2009, 31(2): 24-26.
[4] 王晓军, 胡举喜, 杨海峰, 等. 新型艉轴密封装置的有限元分析与设计[J]. 舰船电子工程, 2010, 30(6): 166-169.
[5] 冯麟涵, 汪玉, 张磊, 等. 大型艉轴密封装置冲击试验台架设计[J]. 润滑与密封, 2012, 37(12): 96-100.
[6] 杨敏, 柳建华, 吴堂荣. 艉轴密封装置Ω弹簧组的多参数优化设计[J]. 上海理工大学学报, 2014, 36(5): 469-472+501.
[7] XIAO G H . The design of mechanical seal testing device of marine stern shaft and the sealing tests[J]. Lubrication Engineering, 2010.
[8] JUN R W . Study on the leakage of Ω mechanical seal device[C]//Industrial Electronics & Applications. IEEE, 2016.
[9] JUN R W. Based on finite element study on the thermal performance of Ω mechanical seal device[J]. Journal of Hef University, 2016, 33(4): 101-104, 119.
[10] 许杨, 王玉玲, 胡小红. 基于Ansys的大型船舶艉轴密封变形研究[J]. 机械研究与应用, 2014, 27(5): 41-44+48.
[11] 田靖军, 王晓军. 艉轴管密封装置的有限元分析[C]// 北京力学会, 北京力学会第二十二届学术年会会议论文集, 北京航空航天大学固体力学研究所, 2016: 2.
[12] 柯明纯, 黄敏, 常悦, 等. 船舶尾轴密封装置Ω弹簧[J]. 船舶工程, 2019, 41(12): 92-94.
[13] 魏文豪, 李双喜, 张敬博, 等. 船舶艉轴机械密封的结构参数优化研究[C]// 中国力学学会流体力学专业委员会, 第十二届全国流体力学学术会议摘要集, 北京化工大学机电工程学院, 2022.
[14] 魏文豪, 李双喜, 张敬博, 等. 基于热-固耦合的船舶艉轴密封环材料对密封性能的影响研究[J]. 风机技术, 2022, 64(6): 54-61.
[15] 郑娆, 张敬博, 李双喜, 等. 基于响应面法的船舶艉轴密封结构的优化设计[J]. 机电工程, 2022, 39(11): 1544-1550+1626.
[16] 王广夫, 刘洋, 柯明纯. 基于Ω弹簧的水润滑艉轴密封装置加载试验台设计[J]. 机电设备, 2023, 40(2): 26-28.