船用离合器气胎充气时间计算及试验分析.pdf

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1、第46卷第4期船海工程Vol.46No.42017年8月SHIP&OCEANENGINEERINGAug.2017DOI：10.3963/j.issn.1671-7953.2017.04.030船用离合器气胎充气时间计算及试验分析张金国1>2,王隽2,王刚伟2,何涛2(1.华中科技大学，武汉430074;2.武汉第二船舶设计研究所，武汉430064)摘要:针对船用离合器充气时间计算问题，鉴于国内阀件空气流阻、等效流通面积等基础性数据欠缺的具体情况，提出“半工程，半计算”的计算分析模式，即基于实船或陆上模拟试验台架充气时间，核算新研气胎充气时间。在上述计算分析基础上，建立陆上试验台架，试验

2、结果表明，陆上试验台架充气时间与实船充气时间较为接近，偏差小且满足标准规定要求。关键词:离合器气胎;充气时间;试验台架;船舶中图分类号:U664.1文献标志码:A文章编号：1671-7953(2017)04-0134-03CB/T3860-2011《船用气胎离合器》规定离合器气胎的接合时间应不超过15s，脱开时间应不超过10s[1]。为此，船舶需设置必要的空气系统为离合器进行充放气。空气系统设计时，一方面，为保证充放气时间，需在一定流通面积条件下，降低系统管路中阀件流阻;另一方面，要尽量提高压缩空气的气源品质，降低气源品质对橡胶气胎的影响，在空气系统中需设置必要的过滤净将气胎充气过程视为

3、绝热过程，其音速[4]为化设施，该设施会增加系统流阻[2]。因此，在进K[=(2)行空气系统设计时需对系统流阻、气胎充放气时PK间进行计算分析。由于目前国内阀件空气流阻、常温下空气临界压比c=(_1=0.528，等效流通面积等基础性计算输入欠缺，给计算分析带来了较大困难。为此，提出“半工程，半计临界压力久=凡*c。由于ptG

4、气胎进气速度为恒定值。12)从临界压力&开始到气胎终止压力A阶离合器气胎充气时间理论分析段，该阶段中充气过程为亚音速阶段（气胎充气1.1离合器气胎充气时间计算模型进气口速度为亚音速），随着气胎内气量的增加，离合器气胎充气过程可以简化为图1所示模充气速度逐渐降低，全过程进气速率小于音速。型。由于气胎充气过程时间短暂，充气过程中气(1)音速充气阶段（从气胎初始压力到临胎对外界传递的热量和做功可以忽略，充气过程界压力&阶段），本阶段中进气速度为常量（音为绝热过程，满足如下控制方程[3]。速），气胎压力与充气时间成线性关系，可以推导出本阶段中充气时间收稿日期:2016-10-28。0)修回日期:

5、2016-11-29基金项目：国家部委基金资助项目式中：F为气胎容积;A为对应的充气速度。第一作者:张金国（1978—），男，硕士，高工根据气体控制方程、连续方程和音速速度公研究方向:舰船动力装置设计式推导出充气速率。1342017年船海工程张金国，等:船用离合器气胎充气时间计算及试验分析第4期第46卷而计算出等效截面对应的气胎充气时间。Qc=S-Ps-/Sfnyi气胎充气参数见表1，基于上述给出的气胎充气时间计算公式，根据母型气胎试验数据反算(4)出等效有效截面积乂进而估算出气胎充气时间，根据式(3)、式(4)得出音速充气阶段所需的结果见表2。充气时间为表1气胎充气参数对比_V•(八-

6、A〇)(5)参考母型需计算对比参数气胎参数气胎参数(2)亚音速充气阶段（从临界压力久开始到气源压力/MPa2.52.5气胎终止压力A阶段），本阶段中进气速度随着气胎容积/L177145充气过程的进行逐渐减小，充气时间如下。充气后气胎压力/MPa1.61.6Vdp表2气胎充气时间估算Sck2=~Q母型气胎试验母型气胎平均需计算气胎充气时间充气时间充气时间9.17,11.41,11.5410.78.772s•ps•气胎压力随着充气时间的变化见图3。(6)2.8r2.6-.对式(6)在&到A范围进行积分，得到亚音2.42.2-速充气过程的充气时间为虎2.0-

7、1.8-VI2kM1.6-fjl

8、.4-h=YIk-irt'岧1.2-^1.0-^0.80.60.4(陳-國⑴0.2-式中J为有效截面积。024681012141618202224充气时间/s离合器气胎充气过程，均经历音速充气过程图3气胎压力随充气时间变化和亚音速充气过程，整个阶段充气时间£=^^。由图3可见，在初始音速进气阶段（气胎压一节流孔有效截面积示意于图2,若干个元力0〜1.2728MPa)充气速率恒定;在亚音速阶件串联的有效截面积按照式(8)计算[5]。段