全回转推进器唇形油封动密封性研究及装配参数优化

摘要

全回转推进器作为动力定位系统关键执行装备，是大型海洋作业平台等海上设备确保定位精度和平稳性的核心装备。唇型油封作为全回转推进器艉轴动密封的主要密封元件，其动密封性能直接影响到全回转推进器的工作寿命。唇型油封的装配参数是影响其密封性能的重要原因，但是针对油封的研究主要集中其结构参数设计上，从装配角度对油封动密封性能的研究相对缺失，因此通过研究装配参数对唇型油封动密封性能的影响规律，对为唇型油封装配参数的设计与优化提供理论指导基础就显得尤为重要。基于此，本文采用理论分析与数值模拟和试验研究相结合的方法构建唇型油封装配预紧力对其动密封性能的关联模型。
　　首先，本文采用顺序耦合法对唇型油封的结构-热耦合场进行分析，通过有限元分析软件Ansys建立了唇型油封的二维轴对称模型，得到了装配预紧力对油封接触宽度的影响规律，并将结构场分析结果带入到温度场分析中，得到在装配预紧力影响下接触区域温度的变化规律。研究结果为进一步研究唇型油封密封性能提供了基础数据
　　然后，本文根据全回转推进器艉轴唇型油封的润滑特性，推导了润滑脂线接触Reynolds方程，并对方程进行了无量纲化，采用有限差分法求解Reynolds方程和油膜厚度方程，求取了唇型油封接触区域在不同装配预紧力下的油膜厚度和油膜压力，分析得到了唇型油封装配预紧力对其弹流润滑性能的影响规律，为后续研究唇型油封动密封性能奠定了基础。
　　最后，本文建立了唇型油封泄漏率的数值计算模型，分析了装配预紧力对唇型油封泄漏率大小的影响规律。并设计了一套模拟唇型油封工作环境测量其泄漏率大小的试验装置，搭建了相应试验平台，测量了在不同弹簧预紧力下唇型油封泄漏率的大小，与理论计算结果相验证，在一定程度上证明了理论计算模型的可靠性。
　　本文的研究成果构建了唇型油封装配预紧力对其密封性能的关联模型，为唇型油封装配参数的设计和优化提供了理论指导.

目录

1 绪论

1.1课题来源及研究目的

1.2研究背景及意义

1.3国内外研究现状及分析

1.4本文的主要工作与结构

2 唇型油封热力耦合分析

2.1引言

2.2唇型油封工作原理

2.3有限元技术介绍

2.4唇型油封有限元模型的建立

2.5唇型油封热力耦合模型的建立

2.6本章小结

3 唇型油封线接触弹流润滑性能研究

3.1引言

3.2弹流润滑理论及油膜形成原理

3.3唇型油封脂润滑Reynolds方程的推导

3.4润滑脂Reynolds方程的求解方法

3.5计算结果及分析

3.6本章小结

4 唇型油封动密封性能研究

4.1引言

4.2唇型油封泄漏率数学模型的建立

4.3全回转推进器艉轴动密封性能分析

4.4本章小结

5 唇型油封动密封性能试验验证

5.1引言

5.2试验原理及试验装置设计

5.3试验步骤

5.4试验结果及分析

5.5本章小结

6 总结与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

致谢

参考文献