船舶螺旋槳軸及其密封支承裝置設(shè)計(參考版)
2024-08-18 01:38本頁面
【正文】 總之，船舶軸系設(shè)計在船舶動力裝置設(shè)計中占有極其重要的地位，在設(shè)計過程中，考慮上述諸因素的影響，使設(shè)計更加合理和優(yōu)化，提高船舶軸系的可靠性，改善船舶航行安全性，使船舶獲得更好的經(jīng)濟性。采用模糊優(yōu)化評判方法后，考慮了軸系設(shè)計、加工、使用過程中的一些客觀模糊因素和人的經(jīng)驗的影響，這樣可使計算結(jié)果更接近實際情況。密封裝置:選用皮碗式密封裝置。7 結(jié)論通過本論文設(shè)計后得出以下結(jié)論：主機選擇：6RTA48RTB 低速柴油機一臺，額定功率：8730，轉(zhuǎn)速：127r螺旋槳的選擇：本船采用的大側(cè)斜螺旋槳直徑D=5m，重為8t，其重要特征是振動，噪聲小。這是因為，超速工況下軸系所傳遞的扭矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，當轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速的115%時，軸上所傳遞的扭矩為零或基本接近零。 計算結(jié)果分析從計算結(jié)果可以看出，模糊優(yōu)化計算值比船舶規(guī)范推薦公式計算值總體有所增大，其原因主要有兩方面：一是考慮材料質(zhì)量、設(shè)計制造水平、使圖（）船舶規(guī)范計算值與優(yōu)化計算值比較用條件等模糊因素的實際情況后，可將軸系扭轉(zhuǎn)振動許用應(yīng)力適當放寬；二是因為船規(guī)推薦公式是按軸系在一般或較差條件下得到的，留有較大的安全裕度，如船規(guī)公式中的強度極限就取了下限值。表4中規(guī)范值是指按中國船級社《海船人級與建造規(guī)范》推薦公式計算所得的扭振許用應(yīng)力值，其具體公式如下。 模糊變量值模糊變量取值范圍優(yōu)化值≥≥138～～～40～41在式(6)中代人模糊變量的優(yōu)化值得中間軸扭振許用應(yīng)力為(8)式(8)中r可選取不同工況代人，還有兩個未知數(shù)和，還無法求解，必須引進應(yīng)力循環(huán)特征的輔助方程。 模糊影響因素及其等級劃分影響因素等 級12345設(shè)計水平u1材料質(zhì)量u2制造水平u3使用條件u4高好高好較高較好較高較好一般一般一般一般較低較差較低較差低差低差設(shè)軸系設(shè)計水平較高，制造廠水平較高，材料質(zhì)量好，使用條件較好，于是得單因素評判矩陣為按各因素的影響程度給出權(quán)重集 =(，)，于是得模糊綜合評判集為= 計算與結(jié)果分析設(shè)有某船用鍛鋼中間軸基本軸徑為350mm，采用整體連接法蘭，其扭振許用應(yīng)力的模糊優(yōu)化計算過程如下。 模糊變量的確定在機械模糊優(yōu)化計算中，模糊變量的上下界常采用增擴系數(shù)法確定。這里材料質(zhì)量好壞、設(shè)計制造水平高低本身是模糊的，從而使得 變成一個模糊變量。在考慮這些因素的模糊性后，參數(shù)的取值從完全允許到完全不允許間，應(yīng)有一個中間過渡過程。中間軸超速工況下(1 r≤1．15)的扭振許用應(yīng)力，按船規(guī)推薦采用下列公式 (7)式中常數(shù)K 的取值范圍一般為4O～41；A、B的值主要取決于基本軸徑d，其具體取值見表1。即 =1時，材料扭振疲勞強度取為；=+1時，材料扭振疲勞極限取為扭轉(zhuǎn)屈服強度,則材料疲勞強度極限為 (4)軸系扭轉(zhuǎn)應(yīng)力最大值隨運轉(zhuǎn)工況而變化，近似與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系變化，即取 (5)式中，r為軸系轉(zhuǎn)速相當于額定轉(zhuǎn)速的百分數(shù)，m為額定工況條件下軸系扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的最大值，對碳鋼制中間軸，船舶規(guī)范推薦取50。為材料疲勞強度極限；為應(yīng)力集中修正系數(shù)，其計算公式為=1+ q(1)， (3)式中，q為材料對應(yīng)力集中的敏感性系數(shù)，一般取0．24～0．42(主要考慮過渡圓角半徑：3％d～5％d對應(yīng)力集中的影響)； 為理論應(yīng)力集中系數(shù)，對于碳鋼軸系一般取為1．34～1．65。運轉(zhuǎn)軸上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，可看成一個周期性變化的應(yīng)力，而扭振附加應(yīng)力，則以交變應(yīng)力的形式作用于軸系的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力上。為此，必須校核回旋振動的固有頻率，使之遠離運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍；否則，就要在軸系設(shè)計中采取措施加以改進，尤其對高速船舶的軸系，更要注意。由于螺旋槳和軸段機械加工的誤差、材料密度不均勻以及安裝缺陷等因素，使它們的中心實際上不在回轉(zhuǎn)中心線上，軸回轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生離心力。同樣，船舶軸系可視為多支承連續(xù)梁。在共振轉(zhuǎn)速下工作時，扭轉(zhuǎn)振動的振幅將大大增加，產(chǎn)生較大的扭振附加應(yīng)力。柴油機氣缸燃燒壓力發(fā)生周期性變化，柴油機輸出轉(zhuǎn)矩包含兩個成分：平均轉(zhuǎn)矩和波動轉(zhuǎn)矩。i— 軸截面慣性半徑 mm軸的極限柔度式中E —軸材料彈性模數(shù) —軸材料比例極限 可近似的用軸屈服極限代替。當軸的計算柔度（）大于或等于周的極限柔度（）時，應(yīng)進行軸系縱向穩(wěn)定性校核計算。mm) 按表（）計算—軸抗變截面模數(shù)(mm)計算得：校核彎曲應(yīng)力是否超過規(guī)定許用應(yīng)力因此符合要求。其中計算：NL=有時，在有些情況下，尚需進行軸系壓桿穩(wěn)定性校核，因為軸系在承受軸向壓力時，可能會喪失穩(wěn)定性而導(dǎo)致彎曲破壞，特別是柔性軸。2)材料性質(zhì)及加工和裝配質(zhì)量。1)軸的負荷情況。強度校核的方法有兩種，一是在初步設(shè)計階段，根據(jù)有關(guān)規(guī)范給定的經(jīng)驗公式對中間軸、螺旋槳軸等進行初步校核；二是在詳細設(shè)計完成后，進行校中計算，確定整個軸系各截面的狀態(tài)參數(shù)(剪力、彎矩、撓度、轉(zhuǎn)角)；同時，通過扭轉(zhuǎn)振動計算，確定軸段的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力；然后，利用工程力學(xué)中的強度計算理論進行合成應(yīng)力計算，確定軸系的安全系數(shù)，進行許用判斷，完成軸系校核。故本船設(shè)計為，最靠近螺旋槳的軸承支承點的位置，由軸承后端向前取一倍軸徑或四分之一軸承長度這兩者之中之大值作為支承點，其他軸承均取軸承的中點作為支承點。單軸系船舶，尾管內(nèi)設(shè)有尾軸承。中間軸承的位置及間距中間軸承應(yīng)設(shè)置在船體結(jié)構(gòu)剛性較好變形較小的部位，如隔艙壁附近或強肋板處。對于尾軸管較短的大型船舶，在尾軸中可以只設(shè)置一道后尾軸承，而在尾管前加設(shè)一道中間軸承（相當于前尾軸承），以支承螺旋槳軸。初步設(shè)計時，在沒有軸系校中分析計算資料的情況下，可根據(jù)直線對中，按連續(xù)兩求取個支點的重力矩值ii校中安裝附加彎矩舷內(nèi)軸系要考慮校中安裝附加彎矩，重力彎矩所得彎矩應(yīng)力加上一
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