深潜器耐压壳体电缆填料函间隙泄漏分析.pdf

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1、第28卷第3期中国修船Vol·28No·32015年6月CHINASHIPREPAIRJun·2015深潜器耐压壳体电缆填料函间隙泄漏分析陈如木，邱金水，刘伯运(海军工程大学动力工程学院，湖北武汉430033)摘要：文章针对深潜器耐压壳体电缆填料函间隙泄漏，建立填料函间隙泄漏模型，并进行间隙泄漏量的理论分析；根据填料函泄漏量的影响因素，设计泄漏量正交仿真组，利用计算机仿真技术对各试验组的填料函间隙泄漏模型进行仿真分析，得出各仿真模型泄漏发生时的动态过程，并计算出各模型的泄漏量。运用矩阵分析法对各模型泄漏量进行计算分析，得出各因素对泄漏量的影响权重。关键词

2、：电缆填料函；间隙泄漏；泄漏量；正交仿真试验；矩阵分析法中图分类号：U672doi：10．13352／j．issn．100l一8328．2015．03．008Abs心神t：Tosolvethecle删celeakageofcablestu伍ng，aleakagemodelofclearanceleaI【ageisestab—lishedandatheoreticaLlanalysisis西ventotheleakageamountoft}lemodel．Orthogonalexperimentgmupsarede—signedaccordingtothe

3、factorsofcle舢celeakage，theleakagemodelofeachexperimentisanalyzedbycomputa—tionalnuiddyn锄icsmet}lod埘tIItlledyn锄iccoursesgainedandtlleleakage砌ountcalculated．EVeryleakageamountisanalyzedthroughmatrix，whichshowst}IeinfluencialimpactforVariousfactors．1【ey啪rds：cablestumng；clea砌celeakag

4、e；leal(age砌ount；orthogonalexperiment；matrix锄alysis深潜器在一定深度航行时，其耐压壳体及与之相连的电缆填料函直接和海洋环境相连接，电缆在海水压力作用下容易发生轴向窜动，密封填料和电缆之间粘性所形成的密封遭到破坏，而依靠形变产生的挤压力不足以抵消外界海水压力，从而造成泄漏的发生。另一方面，由于电缆填料函长期与海水接触，而海水具有很强的腐蚀性，填料函结构中的填料及压紧垫圈经长时间的海水腐蚀、外部环境变化等的影响，会发生老化、变形，从而影响其密封效果，对深潜器的安全造成一定的隐患。图1为单根电缆的水密填料函结构图

5、⋯。笔者通过建立泄漏理论模型及仿真模型对深潜器耐压壳体电缆填料函间隙泄漏量进行分析研究，该研究不仅理论描述电缆填料函泄漏发生发展的动态过程，而且提供海水的泄漏速率、泄漏量等许多有用的定量化信息，对电缆填料函新工艺设计的评估、电缆填料函泄漏堵漏方案设计具有指导意义。l一电缆；2一压紧螺母；3一填科函座；4一垫圈；5一填料；6一杯形管节中间凸台。图1电缆水密填料函结构图1电缆填料函间隙泄漏模型建立及其理论分析1．1间隙泄漏模型建立电缆填料函环形间隙泄漏模型如图2所示，该模型将流体介质通过密封点处的泄漏简化为介质通过内径为d，间隙高度为^，密封总长度为￡的环形

6、间隙，^。为电缆与填料函座中间凸台间作者简介：陈如木(1990-)，男，福建大田人，在读硕士研究生，研究方向为舰艇安全技术。·21·2015年第3期中国修船第28卷隙，厶为填料长度。模型内表面为电缆的外表面，模型外表面为电缆填料的内表面，中间凸起部分为填料函座凸台与电缆外表面的间隙，模型长度为两电缆填料长度与填料函座凸台长度之和。图2电缆填料函环形间隙泄漏模型横剖面图1．2泄漏模型理论分析如图2所示，海水在电缆填料函间隙中产生的流动主要是由于间隙两端压力差造成的流动。由于间隙大小远远小于其他尺寸，可通过平板间隙模型对环形间隙中的流动状况和泄漏量进行研究分

7、析，故将环形间隙泄漏模型简化成如图3所示。图3环形间隙泄漏模型可得环形间隙泄漏中海水速度口：归一掣△p，(1)泄漏量Q旧J：Q邓D甏，(2)式中：^为环形间隙高度；D为电缆直径；卸为内外压差；)，为间隙中某点距戈轴的距离；L为密封总长度；弘为动力黏度。但当电缆在电缆填料函中处于偏心状态时，如果使用上述理论模型进行泄漏量的计算分析，并不能反应真实的泄漏量，将会产生较大误差。泄漏量在电缆偏心状态下的修正公式：Q=订D筹(1+1-5占2)，(3)1tp“式中：s为偏心率(8=e几，e为偏心量)。从式(3)可知，电缆填料函的间隙泄漏量与电缆直径、内外压差、间隙高

8、度的三次方、偏心率的二次方成正比，与密封长度成反比，因此从理论分析可知，间隙高度