船舶艉轴机械密封的热—热应力耦合的分析

邵爱明 葛亚萍 方映

摘 要：船舶艉轴机械密封性能不高，容易受到外界环境的影响，应用热应力耦合法能够了解其运行情况。本文通过构建计算模型、确定外界条件、应用先进技术进行分析，三个方面对船舶艉轴机械密封的热应力耦合分析进行了总结，又对控制密封环接触压力、调整密封环温度，两个方面对控制船舶艉轴机械密封的热应力耦合的策略进行了讨论，希望为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：船舶；艉轴；机械密封

机械密封是旋转轴常用的零部件，具有泄露量小、稳定性高的优点，但其运行稳定性直接影响船舶的运行情况，但在实际运行中，机械密封容易出现磨损、受热不均等问题，使机械密封内部出现膨胀现象，为了提高机械密封的应用合理性，需要应用热应力耦合进行分析，并对控制船舶艉轴机械密封的热应力耦合的策略进行讨论，使船舶艉轴机械具有较高的密封性，保障船舶艉轴机械稳定运行。

一、船舶艉轴机械密封的热应力耦合分析

（一）构建计算模型

在应用热应力耦合对船舶艉轴机械密封进行分析时，需要构建计算模型，具体可以通过以下两个方面来了解，第一，由于船舶艉轴机械密封设备较为复杂，并且设备的运行情况受到环境、温度等方面的影响，为了提高分析可靠性，需要构建完善的计算模型，为了提高设计科学性，需要先预想可能出现的情况，并有针对性地进行构建模型，例如：构建不同材质的密封环；将密封环放入对环热边界中；构建具有对称性能的密封环等，确定这样的实验环境，能够保障实验结果较为准确。[1]第二，在实际构建实验模型时，为了能够进一步提高科学性，需要将二维技术与三维技术相结合，并进行构建，提高模型构建的科学性，为实验工作的开展奠定良好的基础。另外，在构建实验模型时，需要按照船舶艉轴机械密封的实际尺寸进行构造，保障实验结果较为准确。

（二）确定外界条件

船舶艉轴机械密封热应力耦合分析时，需要确定外界条件，具体可以通过以下两个方面来了解，第一，由于船舶艉轴机械密封的运行情况受到外界环境的影响，为了能够进一步提高实验的科学性，需要控制周围环境，提高实验工作开展的有效性，例如：由于船舶艉轴机械密封在工作时需要不断的运动，进而产生了热量，在实验中，需要保障其他设备不受船舶艉轴机械密封的影响；船舶艉轴机械密封在运行时，周围的弹簧、液膜等零部件对船舶艉轴机械密封的运行情况有一定的影响，进而在实验时，需要保障船舶艉轴机械密封处于同一压力环境，保障实验结果具有一定的科学性。[2]第二，船舶艉轴机械密封旋转环的后端面与轴固定在一起，进而会给船舶艉轴机械密封一个约束力，在实验中控制位移边界条件时，需要控制这一压力，避免实验出现误差问题，为之后的研究工作奠定良好的基础。

（三）应用先进技术进行分析

在进行船舶艉轴机械密封热应力耦合实验时，为了能够提高分析科学性，需要应用先进的技术，具体可以通过以下两个方面来了解，第一，在实验中，实验人员通过船舶艉轴机械密封不同的方面进行了调整，进而在总结时，需要通过多角度的进行分析，例如：实验人员可以应用ANSYS分析，将数据输入到系统中，让系统自动进行分类管理，并进行总结，提高实验分析的有效性与准确性。第二，通过实验分析能够了解到，船舶艉轴机械密封温度受到传播途径的影响，内径处的温度高于外径处，进而导致船舶艉轴机械密封情况不同。

二、控制船舶艉轴机械密封的热应力耦合的策略

（一）控制密封环接触压力

在控制船舶艉轴机械密封热应力耦合时，需要调控密封环接触压力，具体可以通过以下两个方面来了解，第一，由于环境压力对船舶艉轴机械密封情况有一定的影响，进而在船舶实际运行时，可以根据实验得出的压力数据变化图进行调整，例如：在船舶运行时，船舶艉轴机械密封情况受到深度的影响而变大，进而在这时，为了能够降低船舶艉轴机械密封压力，需要避免弹簧、轴等给予船舶艉轴机械密封其他的压力，保障船舶艉轴机械密封能够稳定运行。第二，为了能够及时了解船舶艉轴机械密封的运行情况，需要在设备中安装智能监控设备，及时了解船舶艉轴机械密封的运行情况，但在这一过程中，为了能够及时发现其压力，可以在智能监控设备中安装智能报警系统，一旦相关数据超过了这一标准，能够立即报警。

（二）调整密封环温度

为了能够达到控制船舶艉轴机械密封热应力耦合的目的，需要调整密封环温度，具体可以通过以下两个方面来了解，第一，由于密封环温度受到转速、运行时间等方面的影响，但其一但温度过高，会出现故障问题，难以保障船舶稳定运行，进而为了能够进一步调整密封环温度，需要控制外部给予系统的压力，并在船舶艉轴机械密封中安装轴线，一旦密封环受到高温影响发生形变问题，能够立即察觉到并进行处理，推动船舶艉轴机械密封穩定运行。第二，由于密封环在受到温度的影响时，会出现形变问题，进而进行调整密封环温度这一工作时，可以分析形变规律，并进行总结归纳，一旦在发现密封环出现形变问题之后，立即进行处理，达到提高船舶艉轴机械密封运行稳定性的目的。

三、结论

综上所述，在控制船舶艉轴机械密封热应力耦合时，为了能够进一步了解密封面形状对密封性能的影响，需要按照船舶艉轴机械密封的实际尺寸进行构造，并应用先进技术进行实验分析，在对实验结果进行分析整理之后，在船舶运行中进行适当的调整，保障密封面形状对密封性能得到提高，使船舶能够稳定运行，推动相关行业稳定发展。

参考文献：

[1]宋岩.船舶尾轴机械密封面形状对密封性能的影响[J].内燃机与配件，2018（14）：76-77.

[2]胡玮.探究新型船舶艉轴端面密封装置的结构与设计[J].住宅与房地产，2016（21）：245-246.

作者简介：邵爱明（1988-），男，汉族，江苏东台人，本科，助理工程师，研究方向：机械设计与制造。