船舶艉軸機械密封的熱—熱應力耦合的分析

邵愛明 葛亞萍 方映

摘 要：船舶艉軸機械密封性能不高，容易受到外界環(huán)境的影響，應用熱應力耦合法能夠了解其運行情況。本文通過構建計算模型、確定外界條件、應用先進技術進行分析，三個方面對船舶艉軸機械密封的熱應力耦合分析進行了總結，又對控制密封環(huán)接觸壓力、調整密封環(huán)溫度，兩個方面對控制船舶艉軸機械密封的熱應力耦合的策略進行了討論，希望為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：船舶；艉軸；機械密封

機械密封是旋轉軸常用的零部件，具有泄露量小、穩(wěn)定性高的優(yōu)點，但其運行穩(wěn)定性直接影響船舶的運行情況，但在實際運行中，機械密封容易出現(xiàn)磨損、受熱不均等問題，使機械密封內部出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，為了提高機械密封的應用合理性，需要應用熱應力耦合進行分析，并對控制船舶艉軸機械密封的熱應力耦合的策略進行討論，使船舶艉軸機械具有較高的密封性，保障船舶艉軸機械穩(wěn)定運行。

一、船舶艉軸機械密封的熱應力耦合分析

（一）構建計算模型

在應用熱應力耦合對船舶艉軸機械密封進行分析時，需要構建計算模型，具體可以通過以下兩個方面來了解，第一，由于船舶艉軸機械密封設備較為復雜，并且設備的運行情況受到環(huán)境、溫度等方面的影響，為了提高分析可靠性，需要構建完善的計算模型，為了提高設計科學性，需要先預想可能出現(xiàn)的情況，并有針對性地進行構建模型，例如：構建不同材質的密封環(huán)；將密封環(huán)放入對環(huán)熱邊界中；構建具有對稱性能的密封環(huán)等，確定這樣的實驗環(huán)境，能夠保障實驗結果較為準確。[1]第二，在實際構建實驗模型時，為了能夠進一步提高科學性，需要將二維技術與三維技術相結合，并進行構建，提高模型構建的科學性，為實驗工作的開展奠定良好的基礎。另外，在構建實驗模型時，需要按照船舶艉軸機械密封的實際尺寸進行構造，保障實驗結果較為準確。

（二）確定外界條件

船舶艉軸機械密封熱應力耦合分析時，需要確定外界條件，具體可以通過以下兩個方面來了解，第一，由于船舶艉軸機械密封的運行情況受到外界環(huán)境的影響，為了能夠進一步提高實驗的科學性，需要控制周圍環(huán)境，提高實驗工作開展的有效性，例如：由于船舶艉軸機械密封在工作時需要不斷的運動，進而產生了熱量，在實驗中，需要保障其他設備不受船舶艉軸機械密封的影響；船舶艉軸機械密封在運行時，周圍的彈簧、液膜等零部件對船舶艉軸機械密封的運行情況有一定的影響，進而在實驗時，需要保障船舶艉軸機械密封處于同一壓力環(huán)境，保障實驗結果具有一定的科學性。[2]第二，船舶艉軸機械密封旋轉環(huán)的后端面與軸固定在一起，進而會給船舶艉軸機械密封一個約束力，在實驗中控制位移邊界條件時，需要控制這一壓力，避免實驗出現(xiàn)誤差問題，為之后的研究工作奠定良好的基礎。

（三）應用先進技術進行分析

在進行船舶艉軸機械密封熱應力耦合實驗時，為了能夠提高分析科學性，需要應用先進的技術，具體可以通過以下兩個方面來了解，第一，在實驗中，實驗人員通過船舶艉軸機械密封不同的方面進行了調整，進而在總結時，需要通過多角度的進行分析，例如：實驗人員可以應用ANSYS分析，將數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，讓系統(tǒng)自動進行分類管理，并進行總結，提高實驗分析的有效性與準確性。第二，通過實驗分析能夠了解到，船舶艉軸機械密封溫度受到傳播途徑的影響，內徑處的溫度高于外徑處，進而導致船舶艉軸機械密封情況不同。

二、控制船舶艉軸機械密封的熱應力耦合的策略

（一）控制密封環(huán)接觸壓力

在控制船舶艉軸機械密封熱應力耦合時，需要調控密封環(huán)接觸壓力，具體可以通過以下兩個方面來了解，第一，由于環(huán)境壓力對船舶艉軸機械密封情況有一定的影響，進而在船舶實際運行時，可以根據(jù)實驗得出的壓力數(shù)據(jù)變化圖進行調整，例如：在船舶運行時，船舶艉軸機械密封情況受到深度的影響而變大，進而在這時，為了能夠降低船舶艉軸機械密封壓力，需要避免彈簧、軸等給予船舶艉軸機械密封其他的壓力，保障船舶艉軸機械密封能夠穩(wěn)定運行。第二，為了能夠及時了解船舶艉軸機械密封的運行情況，需要在設備中安裝智能監(jiān)控設備，及時了解船舶艉軸機械密封的運行情況，但在這一過程中，為了能夠及時發(fā)現(xiàn)其壓力，可以在智能監(jiān)控設備中安裝智能報警系統(tǒng)，一旦相關數(shù)據(jù)超過了這一標準，能夠立即報警。

（二）調整密封環(huán)溫度

為了能夠達到控制船舶艉軸機械密封熱應力耦合的目的，需要調整密封環(huán)溫度，具體可以通過以下兩個方面來了解，第一，由于密封環(huán)溫度受到轉速、運行時間等方面的影響，但其一但溫度過高，會出現(xiàn)故障問題，難以保障船舶穩(wěn)定運行，進而為了能夠進一步調整密封環(huán)溫度，需要控制外部給予系統(tǒng)的壓力，并在船舶艉軸機械密封中安裝軸線，一旦密封環(huán)受到高溫影響發(fā)生形變問題，能夠立即察覺到并進行處理，推動船舶艉軸機械密封穩(wěn)定運行。第二，由于密封環(huán)在受到溫度的影響時，會出現(xiàn)形變問題，進而進行調整密封環(huán)溫度這一工作時，可以分析形變規(guī)律，并進行總結歸納，一旦在發(fā)現(xiàn)密封環(huán)出現(xiàn)形變問題之后，立即進行處理，達到提高船舶艉軸機械密封運行穩(wěn)定性的目的。

三、結論

綜上所述，在控制船舶艉軸機械密封熱應力耦合時，為了能夠進一步了解密封面形狀對密封性能的影響，需要按照船舶艉軸機械密封的實際尺寸進行構造，并應用先進技術進行實驗分析，在對實驗結果進行分析整理之后，在船舶運行中進行適當?shù)恼{整，保障密封面形狀對密封性能得到提高，使船舶能夠穩(wěn)定運行，推動相關行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻：

[1]宋巖.船舶尾軸機械密封面形狀對密封性能的影響[J].內燃機與配件，2018（14）：76-77.

[2]胡瑋.探究新型船舶艉軸端面密封裝置的結構與設計[J].住宅與房地產，2016（21）：245-246.

作者簡介：邵愛明（1988-），男，漢族，江蘇東臺人，本科，助理工程師，研究方向：機械設計與制造。