深潜器耐压壳体电缆填料函间隙泄漏分析.pdf

第28卷第3期
中国修船
Vol 28 No.3
2015年6月
CHINA SHIPREPAIR
Jun.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,湖北式汉430033)
摘要:文章针对深潜器耐压壳体电缆填籵函间隙泄漏,建立填籵函间朦泄漏模型,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: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:U672
doi:10.13352/j.isn.1001-8328.2015.03.008
Abstract: To solve the clearance leakage of cable stuffing, a leakage model of clearance leakage is estab
lished and a theoretical analysis is given to the leakage amount of the model. Orthogonal experiment groups are de-
signed according to the factors of clearance leakage, the leakage model of each experiment is analyzed by computa-
tion al fluid dynamics method with the dynamic courses gained and the leakage amount calculated. Every leakage
amount is analyzed through matrix, whi
which shows the influencial impact for various factors
Key words: cable stuffing; clearance leakage; leakage amount; orthogonal experiment; matrix analysis
深潜器在一定深度航行时,其耐压売体及与之
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
电缆;2-压紧螺母;3-填料函座;4-垫圈;5-填料
填料及压紧垫圈经长时间的海水腐蚀、外部环境变6-杯形管节中间凸台。
化等的影响,会发生老化、变形,从而影响其密封
图1电魏水密填料函结构图
效果,对深潜器的安全造成一定的隐患。图1为单1电缆填料函间隙泄漏模型建立及其理论
根电缆的水密填料函结构图!。
分析
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,11间隙泄漏模型
该研究不仅理论描述电缆填料函泄漏发生发展的动
建立电缆填料函环形间隙泄漏模型如图2所
态过程,而且提供海水的泄漏速率、泄漏量等许多示,该模型将流体介质通过密封点处的泄漏简化为
有用的定量化信息,对电缆填料函新工艺设计的评介质通过内径为d,间隙高度为h,密封总长度为
估、电缆填料函泄漏堵漏方案设计具有指导意义
L的环形间隙,b1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。
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2015年第3期
中国修船
第28卷
隙,ム1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
Q=MD Aph(1+1.5g
填料函座凸台与电缆外表面的间隙,模型长度为两式中:为偏心率(a=e/h,e为偏心量)。
电缆填料长度与填料函座凸台长度之和。
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,「间隙高度对间隙泄漏量影响最大。
2间隙泄漏模型仿真及其结果分析
2.1泄漏仿真模型建立
在仿真过程中,由于要考虑电缆在电缆填料函
凹槽
间隙
中偏心的情况,所以所建立的泄漏仿真模型只能是
三维模型,根据上述理论泄漏模型,并利用UG软
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
件建立如图4所示的电缆填料函间隙泄漏仿真模
如图2所示,海水在电缆填料函间隙中产生的型。对表2所述的16组正交试验依次建立对应的
流动主要是由于间隙两端压力差造成的流动。由于
仿真模型,每组模型的具体尺寸根据表1和表2而
间隙大小远远小于其他尺寸,可通过平板间隙模型定。
对环形间隙中的流动状况和泄漏量进行研究分析,
故将环形间隙泄漏模型简化成如图3所示。
2
p△x
p△x
Cx 2
图4电缆填料函环形间隙泄漏模型结构图
6r△p
表1正交试验因素水平表
因素A
水平
MPa直径/m长度/mm高度/m偏心率
a
12
0.03
0
2.0
0.05
0.2
2.
24
0.07
0,4
图3环形间隙泄漏模型
d「3.0「1260.090.6
可得环形间隙泄漏中海水速度:
2.2仿真方法
y(ん
影响电缆填料函环形间隙泄漏量的变量因素很
泄漏量Q2
多,如海水压力(深澘器下潜深度)、电缆直径、
密封长度、间隙高度、电缆在填料函中的偏心度等
Q=MD 22"
(2)等,为了能得出这些因素对电缆填料函间隙泄漏量
式中:h为环形间隙高度;D为电缆直径;△p为的影响权重,且进行较少的仿真次数,采用正交试
内外压差;为问隙中某点距x轴的距离;L为密验设计法来设计本次仿真。
封总长度;ル为动力黏度。
对于本文的电缆填料函间隙泄漏量仿真,选定
但当电缆在电缆填料函中处于偏心状态时,如压力、电缆直径、密封长度、间隙高度、电缆在填
果使用上述理论模型进行泄漏量的计算分析,并不料函中的偏心度为泄漏量仿真的5因素,分别记作
能反应真实的泄漏量,将会产生较大误差。泄漏量心、、、A
各因素均取4个水平,试验
在电缆偏心状态下的修正公式:
因素水平表见表1。
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