Судовые энергетические установки. Вал гребной Гребной танкер, або Маневр капитана Смита

ГРЕБНОЕ УСТРОЙСТВО

3.2.1. Назначение, составные части и принцип действия

Для обеспечения движения судна необходимо приложить к нему какую-то движущую силу. Такую движущую силу сообщает судну движитель, получающий энергию от установ­ленного на судне двигателя.

В качестве движителя человек использовал вёсла, применяя при этом мускульную силу, паруса - используя природу, затем начал использовать энергию механических двигателей, передавая её на различные типы движителей - гребные колёса, гребные и воздушные винты, крыльчатые движители, водомётные и реактивные движители и т.п.

Наиболее широкое применение нашли движители - гребные винты. Гребные винты уста­навливают как на малых судах ограниченного района плавания, так и на самых крупных судах неограниченного района плавания.

Работа движителя, его коэффициент полезного действия во многом зависит как от само­го движителя - его формы, размеров, количества движителей, конструкции, материала так и от сочетаемого с ним корпуса судна, рулевого устройства, числа оборотов вала, от числа лопастей гребного винта, его шага, профиля.

Работа гребного винта основана на реактивном процессе отбрасывания воды в сторону, противоположную движению судна.

Если рассматривать воду как идеальную твёрдую среду, то винт должен "врезаться" в эту среду, ввинчиваясь наподобие винта по резьбе. Но вода не является идеальной средой, поэтому винт проходит за один оборот меньшее расстояние, чем то, которое он мог бы пройти в твёрдой среде, здесь происходит как бы скольжение гребного винта. Приведение воды в движение за винтом, закручивание воды ввиду вращения винта и потери энергии на трение лопастей винта о воду, перетекание воды по кромкам лопастей - всё это потери энергии, передаваемой на гребной винт валом - двигателем.

Ввиду значительных потерь передаваемой на гребной винт энергии, мощность главного двигателя должна значительно превышать так называемую буксировочную мощность, т.е. мощность, необходимую для преодоления сил сопротивления воды, тому движению судна, которое может создать гребной винт, т.е. ту скорость, с которой должно двигаться судно. Отношение этих мощностей друг к другу (буксировочной мощности к подведенной к движителю мощности) называется пропульсивным коэффициентом полезного действия гребного винта.

Значение пропульсивного коэффициента полезного действия для морских судов широко колеблется от 0,3 до 0,7.

В основу гребного винта положена винтовая линия. Шагом гребного винта называется шаг той винтовой поверхности, которая положена в основу построения лопасти винта.

Обычно гребные винты состоят из двух основных составных частей: ступицы и лопастей. Однако конструктивное исполнение этих составных частей различно и зависит от целого ряда факторов – от исполнения винта - винт фиксированного или регулируемого шага, коли­чества лопастей, съёмные или несъёмные лопасти и т.д. и т.п.

Что касается крыльчатых движителей, то последние десятилетия они находят довольно широкое распространение на судах, к которым предъявляются требования хорошей манев­ренности (буксиры, паромы, плавкраны).

3.2.2. Конструкция дейдвудных устройств

Дейдвудное устройство предназначено для вывода гребного или концевого вала наружу из корпуса судна, а также для возможности передачи крутящего момента гребного вала гребному винту.

Дейдвудное устройство состоит из дейдвудной трубы (1), закреплённой в дейдвудной яблока ахтерштевня (2) у одновинтовых судов и судов, имеющих трёхвальную установку (центральный вал проходит через яблоко ахтерштевня) или закреплено в мортирах бортовых винтов (см. рис 3.2.2.1 и 2.4.4). Второй конец дейдвудной трубы обычно крепится на переборке ахтерпика. Таким образом, дейдвудная труба является с яблоком ахтерштевня и корпусом судна хорошо скрепленной жёсткой конструкцией.

Крепление дейдвудной трубы обычно выполняется либо приваркой к яблоку ахтерштев­ня и переборке ахтерпика, либо соединяется с помощью фланцев или гаек. Последнее время на крупнотоннажных судах чаще выполняют крепление дейдвудных труб при помощи гайки, на резьбовом соединении с прокладкой (3).

Находит всё более широкое применение также установка дейдвудной трубы в яблоко ахтерштевня с помощью полимеров. После из­готовления дейдвудная труба испытывается гидравлическим давлением 0,2 МПа (2 кгс/см 2).

В зависимости от подшипников, на которых работает гребной вал, дейдвудное устройство можно классифицировать на два типа: дейдвудное устройство с водяной смазкой и дейдвуд­ное устройство с масляной смазкой.

Дейдвудное устройство с водяной смазкой обычно работает в подшипниках скольжения.

Дейдвудное устройство с масляной смазкой работает как с подшипниками скольжения, так и качения.

В этой связи, находится и конструктивное исполнение дейдвудного устройства, которое имеет свои как положительные качества, так и недостатки.

В дейдвудную трубу вставляются дейдвудные втулки, набранные антифрикционными материалами (или залиты ими). Так, материалом дейдвудных втулок служит: сплав меди – бронза или латунь, чугун, залитый баббитом.

Дейдвудные втулки запрессовывают по определённой посадке. До недавнего времени широкое применение получила скользящая посадка дейдвудных втулок АЗ/СЗ, однако такая посадка приводила к случаям просачивания воды, коррозии мест насадки на дейдвудной втулке и даже к аварийному износу или проворачиванию дейдвудных втулок у средне- и крупнотоннажных судов. В связи с чем последнее время получила широкое применение по­садка дейдвудных втулок прессовая с гарантированным натягом, а также посадка дейдвуд­ных втулок на полимерном материале. Такой метод посадки повысил надёжность дёйдвудного устройства.

Дейдвудные втулки, являясь подшипниками или корпусом для набора заливки под­шипника, конструктивно выполняются в зависимости от материала подшипника.

При водяной смазке подшипников, в качестве антифрикционного применяются различ­ные материалы: бакаут, древеснослоистый пластик (ДСП), текстолит, резина, капролон, а также ряд иностранных материалов: туфнол, лигнит и др.

Набор таких дейдвудных втулок осуществляется обычно четырьмя способами: "набор в бочку", "ласточкин хвост", с помощью крепёжных болтов (резино-металлические планки] или цельной втулкой (текстолит, капролон) (см. рис. 3.2.2.2).

При масляной смазке, в качестве антифрикционного материала применяют баббит, т.е. втулка дейдвудная заливается баббитом - "белым металлом". Однако такой тип подшипников требует уплотнения, как со стороны кормы так и со стороны носовой части, для предохране­ния подшипника от попадания воды в масло и для невозможности вытекания масла во внутрь судна или наружу, в воду.

Современным типом уплотнения для дейдвудного устройства является распространён­ный тип уплотнения "Симплекс" в довольно широком диапазоне разновидностей. Впервые этот тип уплотнения получил применение в 1948 году на гамбургской верфи "Дойче Верфт".

Кроме указанного типа уплотнения дейдвудного устройства с масляной смазкой сущест­вует целый ряд более простых но менее надёжных устройств, таких как уплотнение "Сальник Цедерваля" и др.

Со стороны машинного отделения, для защиты от проникновения воды или масла во внутрь судна также устанавливаются разные типы уплотнений. Так, уплотнение со стороны машинного отделения (носовая часть гребного вала) при во­дяной смазке устанавливают в виде сальника с мягкой набивкой (см. рис. 3.2.2.3). Состоит такое уплотнение из дейдвудной трубы (1), нажимного сальника (2), набивки (3). Под цифрой 4 указан гребной вал.

Что касается кормовой части дейдвудного устройства, то здесь остаётся свободный проход для воды. Вода может поступать из-за борта для смазки и охлаждения подшипников, а также вытекать - при дополнительной прокачке дейдвудных подшипников забортной водой. Обязательным условием прокачки подшипников забортной водой при давлении не менее 0.2 МПа (2,0 кгс/см 2) является установка при материале подшипников из пластических масс (капролона, новотекса и др.), а также из некоторых других материалов в зависимости от диаметра подшипника. В дейдвудных устройствах с водяной смазкой недостатком является значительный из­нос облицовки вала в районе сальника носового от трения набивки, а в кормовой части износ подшипников, а также и повреждение облицовки вала от попадания в воду (снаружи) меха­нических взвешенных частей, особенно на мелководье.

При масляной смазке гребной вал работает в основном в условиях жидкостного трения, износ при работе вала бывает незначителен и наличие устойчивого масляного клина даёт возможность работать гребному устройству без разборки 4-6 лет., в то время когда износ неметаллических подшипников (при водяной смазке) достигает предельных величин за более короткий период эксплуатационного времени. Уплотнения типа "Симплекс" или "Симплекс-компакт" применяются более 40 лет и показали себя, в основном, как надёжные уплотнительные современные устройства. Особенно такое уплотнение получило широкое применение на крупно- и среднетоннажных судах, на судах рыбопромыслового флота.

Значительным преимуществом дейдвудного устройства с надёжной масляной смазкой является меньшая длина подшипников по сравнению с подшипниками на водяной смазке, более высокая надёжность конструкции, отсутствие дорогостоящих облицовок на гребных валах и ряд других преимуществ.

На ряде мелких судов применяют более упрощённое уплотнение, такое например как уплотнение типа "Цедерваля" и др. (см. рис. 3.2.2.4)

В таком уплотнении непроницаемость достигается за счёт плотного прилегания прижим­ного кольца и притёртого кольцевого подшипника залитого белым металлом. Прижатие колец подшипников достигается за счёт сжатой пружины - тип "а" или сжатым резиновым кольцом - тип "б". Такие уплотнения применяются на малых судах.

Последнее время они всё меньше и меньше стали применяться ввиду нарушения эколо­гической среды - всё же значительная часть масла вытекает, засоряя акватории, т.к. давление масла всегда должно превышать несколько давление воды создаваемое статическим столбом воды над дейдвудным устройством. А на волнении возможно также попадание воды в под­шипник дейдвуда.

Этим недостатком не обладает современный тип уплотнения "Симплекс" (см. рис. 3.2.2.5; 3.2.2.6)

На рисунке 3.2.2.5 показаны кормовой и носовой сальник типа "Симплекс-компакт" типо­размера 670 фирмы "Вокеша-Лилс БВ".

На рисунке 3.2.2.6 показаны кормовой и носовой сальники типа "Симплекс" советского производства.

На рисунке 3.2.2.7 показана уплотнительная манжета сальника типа "Симплекс".

В зависимости от диаметра втулки, надетой на гребной вал и прикрепленной к ступиц гребного винта определяется предварительный натяг манжет, изготовленных из специальной маслостойкой, термостойкой и износоустойчивой резины на основе синтетического каучука.

Для замера просадки гребного вала в кормовом дейдвудном подшипнике служит прибор ("замерник"), показанный на рис. 3.2.2.6 (пункт (1), который вставляется в специальное peзьбовое отверстие на сальнике.

3.2.3. Классификация, геометрия и конструкция гребных винтов и крыльчатых движителей

Гребные винты можно разделить на два основных типа: винты фиксированного шага и гребные винты регулируемого шага.

Винты фиксированного шага по конструкции можно разделить на два подтипа:

винты фиксированного шага цельнолитые

винты фиксированного шага со съёмными лопастями.

В соответствии со стандартом на изготовление гребных винтов для судов гражданского флота гребные винты по качеству изготовления разделяют на два класса: высший и обычный.

Гребные винты высшего класса обладают более высокой степенью чистоты поверхности, большей точностью размеров, формы и массы; а также более высокой стойкостью против коррозии и эрозии.

Гребные винты состоят из ступицы и лопастей. Ступицы бывают цилиндрические и квад­ратные, конусные и обтекаемые. Число лопастей обычно может составлять от 2 до 6.

2-х лопастные винты обычно применяют у лодок, шлюпок, на парусномоторных судах. 5-ти лопастные винты чаще применяют у крупных судов, во избежание вибрации. 6-ти лопастные винты применяют довольно редко на крупных судах. Оптимальное число лопастей определяется специальным расчётом. По направлению вращения винты подразделяются на винты левого и правого вращения. В сечении лопасти бывают различных профилей (см. рис. 3.2.3.1).

По форме контуров спрямлённой поверхности гребные винты могут быть симметричной и несимметричной формы (см. рис. 3.2.3.2).

Конструкция гребных винтов зависит от его назначения, способа изготовления, материа­ла, формы профиля, сечения лопастей, числа лопастей, соответствия винта корпусу судна и механической установке.

По назначению винты могут быть изготовлены как для скоростных судов, которым необходимо создавать судну определённую скорость, так и для буксирных или буксирующих судов, которым необходимо создавать определённый упор винта или тяговое усилие (буксир-ледоколы, толкачи и т.п.)

Крыльчатые движители и движительные колонки применение нашли на целом ряде судов, особенно на буксирах, паромах, плавкранах и подобных судах.

Крыльчатый движитель даёт возможность судну перемещаться в любом направлении и объединяет в себе редуктор, собственно движитель, рулевое устройство, дейдвудное устрой­ство и упорный подшипник.

На рисунке 3.2.3.3 показана схема крыльчатого движителя (КД).

Недостатком такого движителя является значительная осадка за счёт выступающих в днище лопастей КД, опасность их повреждения на мелководье. Работа движительной колонки, как и ее конструкция, связаны с вращением гребного вин­та, получающего вращение от вала не проходящего через дейдвуд и через передачу, напоми­нающую подвесные моторы (на шлюпках, лодках).

3.2.4- Материалы гребных винтов и крыльчатых движителей

Жизненно важным условием безаварийной и длительной эксплуатации судов являются живучесть, стойкость и надёжность движителей судна.

Гребные винты, в зависимости от класса - высший или обычный, применяемые для гражданских судов, изготовляются из того либо иного материала. Так, в качестве материала гребных винтов применяют чугун, углеродистую сталь, нержавеющую сталь, железо- марганцевистую латунь, алюминиевую латунь, бронзы, марганцевисто-алю­миниевые, никель-алюминиевые бронзы, высоко-марганцевистые бронзы, специальные медно-никелевые сплавы, пластмассы и др.

Чугун - применяется для гребных винтов обычного класса, бывает с шаровидным графи­том, высокопрочный чугун (ВЧ) с пластинчатым графитом (серый чугун - СЧ).

Преимуществом чугунных гребных винтов является их низкая стоимость и несложная технология отливки. У высокопрочных чугунов большая коррозионная стойкость.

Недостатком является их хрупкость, низкая прочность, при ударах о подводные препят­ствия лопасти отламываются. Последнее время чугунные гребные винты почти не находят примене­ния.

Сталь - применяется для гребных винтов обычного и высшего класса в зависимости от категории стали.

Для винтов обычного класса применяются углеродистые стали. Регистр не рекомендует применение углеродистой стали для судов ледового плавания для гребных винтов. Допускается применение высоколегированных и низко­легированных сталей, имеющих механические свойства и химический состав в пределах тре­буемых Правилами Регистра.

Нержавеющая сталь. Применение нержавеющих сталей для гребных винтов обычного и высшего класса даёт существенное повышение коррозионной и эрозионной стойкости, а так­же механических свойств для винтов обычного класса взамен углеродистых сталей. А для винтов высшего класса взамен сплавов цветных дефицитных металлов и также с целью по­вышения механической прочности.

Гребные винты из нержавеющей стали стойки против коррозии и эрозии, стойки против коррозионного растрескивания, против кавитационного разрушения. Обработка механическая гребных винтов из нержавеющей стали сопряжена с большими труд­ностями, чем механическая обработка винтов из углеродистой стали или медных сплавов.

Цветные сплавы. Подавляющее большинство гребных винтов высшего класса изготов­ляется из цветных сплавов на базе меди. Гребные винты из цветных сплавов имеют ряд преимуществ перед винтами из других материалов, особенно перед винтами из углеродистой стали. Они обладают большой коррозионной стойкостью, лучше обрабатываются, обладают хорошими литейными качествами, хорошей поверхностью. Однако большой расход цветных дорогостоящих металлов, недостаточная прочность, высокая стоимость изготовления и склон­ность к коррозионным растрескиваниям приводят к необходимости поисков новых сплавов, исключающих указанные недостатки.

К современному изготовлению гребных винтов предъявляются повышенные требования не только к качеству изготовления винтов, но особое внимание уделяется выбору материалов для изготовления винтов Опыт эксплуатации гребных винтов, изготовленных из никель-алюминиевых бронз показал, что такие бронзы обладают целым рядом преимуществ перед латунями так как латунные винты склонны к обесцинкованию и, следствием этого, является их коррозионное растрескивание в морской воде и коррозионно-усталостное разрушение.

Применение специальных алюминиевых бронз освобождает гребные винты от указанных (для специальных латунных винтов) недостатков. Применение легированных алюминиевых бронз типа "Новостон", "Нивелит", "Суперстон", "Никалиум", "Куниал" и других показало их повышенную износостойкость. Однако все гребные винты из цветных сплавов имеют один серьёзный недостаток - применение дорогостоящих дефицитных материалов.

Пластмассы. Последние годы определённое применение получили пластические массы (нейлон, стеклопластик и другие) для изготовления небольших гребных винтов (диаметром 1,2-2-2,5 м). Цельнолитые пластмассовые гребные винты в определённой степени не уступают латунным. Но пока промышленность изготовляет их небольших размеров и в небольшом ко­личестве.

Пластмассовые винты в 3-4 раза легче металлических, обладают хорошей стойкостью против коррозии и кавитации, хорошими демпфирующими свойствами, предохраняя гребной вал от поломок при ударе лопастей о твёрдое препятствие.

Изготовляют гребные винты также из металлической ступицы со съёмными пластмассовыми лопастями. Некоторые фирмы начали изготовлять винты с окантованными металлосъёмными пластмассовыми лопастями.

Некоторые пластмассовые винты на армируют стеклотка­нью, что придаёт им повышенную ударостойкость кромок лопастей.

В качестве связующих используют низковязкие эпоксидные компаунды.

Пластмассовые винты изготовляют в специальных формах при высоком давлении (до 75-80 атм). После изготовления винты из пластмасс не требуют дополнительной механической обработки и полировки лопастей.

Гребные винты движительных колонок изготовляются обычного класса, реже высшего класса. Следовательно, материал для изготовления применяется как y для гребных винтов, устанавливаемых на судах с классическим вариантом гребного устройства.

Для крыльчатых движителей применяются материалы, выдерживающие не только на­грузки от нагнетания и засасывания воды, но и испытывающие большие нагрузки от изгиба. Обычно применяется материал - хромистая сталь или применяют специальные сплавы по техническим условиям.

3.2.5. Способы крепления гребных винтов.

Передача крутящего момента от двигателя на движитель осуществляется с помощью валопривода при классической схеме, в отличие от передач на крыльчатый движитель, на гребное колесо и т.д.

От надёжного соединения гребного винта на валу зависит безаварийная работа судна. Посадка гребного винта, в основном, на валу коническая. Правилами Регистра предусматри­вается конусность гребного вала при применении шпонки 1:12, а при бесшпоночном соедине­нии – 1:15 при применении концевой гайки и 1:50 при применении для бесшпоночного соеди­нения посадки без концевой гайки.

Гребной вал испытывает напряжение не только от передачи крутящего момента от дви­гателя, но и от изгибающего момента, создаваемого весом гребного винта, а также от цикли­ческой нагрузки на винт, создаваемой штормовыми условиями.

Таким образом, и винт и вал работают в тяжёлых условиях. Все эти условия и сам характер эксплуатации определяют возникающие повреждения как гребных винтов так и гребных валов. Соединение винтов с гребным валом при шпоночной посадке создавало много неприятностей, выражавшихся в появлении трещин в местах окончания шпоночного паза на валу у большого конуса. Эти дефекты привели к тому, что сейчас шпоночный паз выполняет­ся в окончании в виде "ложки" и называется ложкообразное окончание шпоночного паза (см. рис. 3.2.5.1)

Конструктивное исполнение соединения гребного винта с гребным валом на шпонке, из-за появления трещин усталостного характера не удовлетворяет современным требованиям. Поэтому все большее количество фирм и предприятий переходят на бесшпоночное соедине­ние гребных винтов с гребным валом, что обеспечивает снижение уровня концентрации на­пряжений. Однако применение бесшпоночных соединений требует не только лучшей, более точной обработки конусов, но и требует определённых условий натяга гребного винта на конус греб­ного вала по сравнению с натягом для соединения со шпонкой.

Степень натяга и осевого перемещения зависит от целого ряда факторов - от материала, от контактного давления на сопрягаемых поверхностях винта и вала, от диаметра конуса вала, а для винтов, изготовленных на медной основе, большое влияние оказывает и темпера­тура окружающей среды.

Для снижения напряжений в конусном соединении, для уменьшения образования уста­лостных трещин на валах многие заводы и фирмы предлагают различные способы соедине­ния гребного винта с гребным валом.

Так классическое (или обыкновенное) соединение гребного винта с гребным валом показано на рис. 3.2.5.2

Здесь осевое обжатие колец, создаваемое затяжкой гайки, вызывает упругую деформа­цию внутренних и наружных колец в противоположных радиальных направлениях. Кольца после смещения по конической поверхности относительно друг друга обжимают вал и винт. Силы трения, возникающие под действием радиальных усилий между коническими по­верхностями колец, передают значительные крутящие моменты. Таким образом, можно пере­дать большие мощности силовой установки на движитель крупного современного судна.

Некоторые заводы начали применять эластомер (ГЭН-150(В) для защиты конического соединения от фреттинг-коррозии (места повышенного циклического контакта двух сопряжён­ных деталей). Процесс фреттинг-коррозии - это взаимодействие продуктов износа от кон­тактно-циклического трения с окружающей средой двух сопряжённых деталей.

Перспективным методом для бесшпоночного соединения гребного винта с гребным валом может оказаться применение насадки винта на вал с использованием эпоксидно-полимерного клея (ЭП-1) (см. рис. 3.2.5.4.)

Определённый интерес представляет установка гребного винта на гребной вал на про­межуточной чугунной втулке (см. рис. 3.2.5,5). Установка гребного винта на гребном валу при помощи конусной чугунной втулки, запрессованной в ступицу винта, имеет целый ряд пре­имуществ, особенно для винтов из цветных сплавов - латуни и бронзы. Чугунную втулку в ступицу винта можно посадить горячей посадкой. В этом случае, при охлаждении посажен­ной втулки из чугуна из-за значительной разницы коэффициента расширения чугуна и цвет­ного металла, натяг посадки сохранится при любых температурных изменениях среды. А вследствие более высокого коэффициента трения пары сталь (вал) - чугун (втулка), нежели пары - сталь (вал) - бронза (винт) или латунь, то возникает возможность передачи большего крутящего момента на валу при том же натяге, при посадке.

Многие фирмы пытаются применить целый ряд новых способов соединения гребного винта с валом. Существует гребной вал с утолщенной частью в районе ступицы (рис. 3.2.5.6)

Вал для гребного винта "тандем" (рис. 3.2.5.7), существует фланцевое соединение гребно­го винта с валом. Ряд конструктивных исполнений предусматривает снижение изгибающего момента. Применяется гребной вал с цельнокованной ступицей и съёмными лопастями, (рис. 3.2.5.8).

Стопорение и крепление гребного винта на валу осуществляется концевой гайкой. Для крепления, а также для насадки гребного винта на вал применяются различные типы гаек. Момент затяжки гаек регламентируется нормативными документами. Затяжка концевой гайки осуществляется определённым моментом, зависящим от разме­ров винта, вала, передаваемой мощности, способа насадки гребного винта на вал, шпоночное или бесшпоночное соединение и т.д.

После насадки гребного винта на конус гребного вала (после обеспечения требуемого осевого перемещения, которое регламентирует качество посадки - соединения сопрягаемых деталей) навинчивается концевая гайка до упора в ступицу винта и с помощью ключа под гайку осуществляется затяжка за счёт создаваемого момента плечом ключа и усилием, при­лагаемым к ключу. Обычно, на средних и крупных судах усилие создаётся талями.

После затяжки гайка должна плотно прилегать к торцевой поверхности ступицы гребно­го винта. Допускается зазор в 0,05 мм до 0,1 мм между торцом гайки и ступицей винта на длине не более 2/3 периметра гайки. Обычно момент затяжки гайки не превышает 20-30 КНм (2-3 тс. м).

Для обеспечения надёжной работы соединения насадку гребного винта на конус гребного вала выполняют с обеспечением определённого натяга.

Существует, в основном, два способа посадки и создания натяга в соединении: гидропрессовый с затяжкой гайки, либо напрессовки винта на конус с помощью клиньев (винтов) т.п.

При выборе величины натяга, что определяется осевым перемещением винта по конусу вала, для гребных винтов большое влияние оказывает температурное воздействие, особенно для гребных винтов из цветных сплавов.

Гидропрессовый способ предусматривает специальную оснастку и подготовку гребного винта под такой способ посадки. Здесь необходим домкрат, обычно гидравлический, насос, подающий в разъём между ступицей гребного винта и конусом гребного вала масло (рис.3.2.5.9).

После монтажа гребного винта на гребной вал со стороны кормовой части устанавливается кольцевой гидравлический домкрат и крепится специальной гайкой на хвостовике гребного вала. После установки нулевого положения гребного винта масло под расчётным давлением подаётся в разъём между ступицей гребного винта и конусом гребного вала, что как "раздвигает" ступицу и после этого подаётся масло под определённым давлением в домкрат. Таким образом, ступица перемещается в сторону носовой части по конусу вала.

Стопорение и крепление гребного винта на валу осуществляется концевой гайкой. Для крепления, а также для насадки гребного винта на вал применяются различные типы гаек. Момент затяжки гаек регламентируется нормативными документами. Затяжка концевой гайки осуществляется определённым моментом, зависящим от разме­ров винта, вала, передаваемой мощности, способа насадки гребного винта на вал. шпоночное или бесшпоночное соединение и т.д.

После монтажа гребного винта на гребной вал со стороны кормовой части устанавливаем ся кольцевой гидравлический домкрат и крепится специальной гайкой на хвостовике гребно­го вала. После установки нулевого положения гребного винта масло под расчётным давление! подаётся в разъём между ступицей гребного винта и конусом гребного вала, что как i "раздвигает" ступицу и после этого подаётся масло под определённым давлением в домкрат. Таким образом ступица перемещается в сторону носовой части по конусу вала.

Это перемещение контролируется, оно расчётное, рассчитывается для каждого типового винта, вала, а также в зависимости от шпоночного или бесшпоночного соединения винта с валом. После перемещения винта на нужную величину давление из полости ступицы снима­ется, винт плотно "обжимает" конус гребного вала, после чего снимается давление с домкрата и наворачивается концевая гайка. Иногда вместо домкрата применяется специальная ганка-домкрат.

При обжатии винта не гидропрессовым способом, а с помощью гайки, клиньев и т.п., то перемещение гребного винта по конусу вала может осуществляться нагревом ступицы винта и обжатием гайки и т.п. методом.

Для крупных современных судов всё чаще используется гидропрессовый способ посадки винта на вал.

После затяжки концевой гайки она обязательно стопорится относительно ступицы греб­ного винта.

Все ступицы гребных винтов имеют специальное отверстие для заполнения свободных полостей между ступицей и конусом вала инертной массой в отношении коррозии. Такой же массой заполняется и полость под обтекателем, который прикрывает гайку и является как бы продолжением ступицы винта (см. рис. 3.2.5.10)

В качестве инертной массы применяется смазка ПВК, либо пушечная смазка, подаваемая при температуре 70-80 о С, через отверстие в ступице.

Обтекатель крепится к ступице винта болтами, которые должны быть застопорены от самоотдачи. Стопорение осуществляется шплинтовкой или с помощью контргаек. Весь крепёж уплотнений должен быть надёжно застопорен от самоотдачи.

Устанавливаемый обтекатель не только придаёт ступице обтекаемую форму, но также защищает концевую гайку от проникновения воды и образования коррозии на резьбохвостовике гребного вала. Герметизация достигается за счёт уплотнения соединения обтека­теля и торцевой кормовой части ступицы винта. На обтекателе делается буртик, входящий в углубление на ступице с установленной резиновой прокладкой. Полость обтекателя заполня­ется смазкой ПВК или пушечной смазкой подогретой до 70-80°С через специальные отверс­тия, впоследствии закрываемые пробкой (также как и полость ступицы) (см. рис. 3.2.5.П).

Со стороны носовой части ступицы также предусматривается специальное уплотнение.

Такие уплотнения предохраняют поверхности конусов гребного вала и винта от попада­ния морской воды, а также создают герметичность при гидропрессовой посадке гребного винта на вал.

Типов уплотнений большое многообразие (см. рис.3.2.5.12 А, Б, В, Г, Д, Е).

В зависимости от конструкции гребного устройства, дейдвудного устройства Регистр требует предъявления в разобранном виде этих устройств для осмотра с определённой периодичностью.

Осматривается гребной вал, подшипники, замеряются зазоры в подшипниках, замеряется износ в трущихся деталях. Ступица ВРШ должна быть вскрыта. Периодичность разборки следующая: для валов со сплошной облицовкой или масляной смазкой в дейдв; выемка гребного вала с детальным предъявлением подшипников, снятие винта с конуса вала; для пассажирских судов и судов, выполняющих ледокольные работы и систематически плавающих в ледовых условиях - в 3 года один раз, для всех остальных судов - один раз в 4 года и более.

Если облицовки вала составные - не сплошные и при водяной смазке –один раз в 2 года. Инспектор Регистра проверяет работу гребного устройства на швартовных и ходовых испытаниях.

Конструктивное оформление валопроводов одновального и двухвального судна показано на рис. 1. Конструкции валопроводов зави­сят от состава и расположения главной энергетической установки. Тем не менее существует технологическое подобие их монтажа, поскольку в состав любых валопроволов входят валы — гребной и промежуточ­ные, опорами которых служат дейдвудные и промежуточные подшип­ники. Важными элементами валопровода являются упорный подшип­ник с упорным валом. Упор гребного винта через этот вал и подшипник передается фундаменту подшипника и от него корпусу судна, обеспе­чивая движение последнего.

Рис. 1 Схема расположения валопровода СЭУ
а) одновальной:
1 - гребной винт;
2 - дейдвудное устройство;
3 - гребной вал;
4 - тормозное устройство;
5, 7 - кормовой и промежуточный опорные подшипники;
б - промежуточный вал;
8 - переборочное уплотнение;
9 - вал-проставка;
10 - монтажный подшипник;
11 - валоповоротное устройство;
12 - главный упорный подшипник;
13 - главный двигатель;
б) двухвальной:
1 - гребной винт;
2 - кронштейн;
3 - гребной вал;
4 - глухое коническое соединение;
5 - мортира;
6, 8 - кормовой и носовой подшипники дейдвудного вал;
7 - дейдвудная труба;
9 - дейдвудный сальник;
10 - дейдвудный вал;
11 - соединительная полумуфта;
12 - тор­мозное устройство;
13 - монтажный подшипник;
14 - промежуточный вал;
15 - опорно-упорный подшипник;
16 - линия вала левого борта;
17 - быст­роразъемное соединение;
18 - вал-проставка;
19 - переборочное уплот­нение;
20 - главный упорный подшипник;
21 - главный двигатель;
22 - торсиометр

Основным требованием при проектировании и монтаже валопро­вода является создание оптимальных нагрузок на подшипники на всех режимах эксплуатации.

Монтаж дейдвудного устройства - один из важных этапов монтажа валопровода. Дейдвудное устройство показано на рис. 2. Оно состоит из стальной трубы 4 (рис. 2, а ), подшипники которой служат опорами гребного вала. Дейдвудная труба имеет носовое подвижное крепление к приварышу 5 на ахтерпиковой переборке и кормовое неподвижное креп­ление к яблоку ахтерштевня 1 . Отверстия в яблоке ахтерштевня и приварыше имеют припуск на диаметр, поэтому их растачивают на судне по разметке.

Ось расточки отверстий в вертикальной плоскости может быть смещена относительно теоретической оси валопровода по результатам расчета его центровки путем корректировки положения промежуточных мишеней в процессе пробивки оси валопровода. Из центров перекрестий мишеней размечают окружности для расточки отверстий на закрашенных мелом торцах яблока ахтерштевня и приварыша. Одну из окружностей 3 размечают диаметром в размер расточки, другую 2 - на 10 мм больше. Окружность 2 является контрольной и служит для проверки правильно­сти растачивания. Размечают также торцы яблока ахтерштевня и прива­рыша для подрезки по длине валопровода.

Рис. 2 Крепление дейдвудной трубы одновинтового судна
а - путем запрессовки трубы;
б - при использовании жидкотекучей пластмассы

При растачивании отверстий выполняют сначала черновую, а за­тем чистовую обработку. Последний чистовой проход резцом произво­дят при глубине резания не более 0,3-0,5 мм в направлении запрессовки дейдвудной трубы, что необходимо для исключения обратной конус­ности отверстий. Припуск на чистовую расточку не должен превышать 2 мм на диаметр расточки. Расточку опорных поверхностей фундамен­тов под опорные и упорные подшипники дейдвудного вала выполняют переносным фрезерным расточным станком.

Дейдвудную трубу прессуют в отверстия яблока ахтерштевня при помощи гидравлического приспособления.

Монтаж трубы упрощается, если при ее креплении к корпусу судна использовать малоусадочную жидкотекучую пластмассу. Яблоко ахтер­штевня и приварыш в этом случае растачивают в цехе на 5-10 мм боль­ше диаметра посадочных поясов трубы. Дейдвудную трубу свободно заводят в отверстия, устанавливают с торцов мишени и центруют оп­тическим методом по оси валопровода. Монтажные зазоры, уплотнен­ные резиновым шнуром 7 (рис. 2, б ), ручным прессом заполняют жидкотекучей пластмассой 8 через нижнее отверстие 10 . При этом воз­дух и избыточное количество пластмассы выходят через выпор 9 . Кор­мовой конец трубы дополнительно крепят гайкой 6 .

Погрузку и заводку гребного вала можно осуществлять без гребно­го винта либо в сборе с ним, а также со снятыми или установленными съемными лопастями. Гребной вал заводят в подшипники дейдвудной трубы обычно с кормы, применяя переносную эстакаду с рельсовыми путями, по которым вал на тележках перемещают, затягивая его лебед­кой. На крупнотоннажных судах гребной вал имеет носовой фланец, поэтому его заводят из машинного отделения.

Рис. 3 Пробивка световой линии оси валопровода

Окончив заводку гребного вала, ведут монтаж гребного винта, ук­ладку промежуточных валов в подшипники и сборку их соединений. Сборку соединений валов при центровке по изломам и смещениям про­изводят после центровки валопровода.

При насадке винта для обеспечения его неподвижности при передаче крутящего момента главного двигателя создают расчетный диаметраль­ный натяг в коническом соединении винта 5 с валом 3 (рис. 4). Процесс насадки механизирован и выполняется при давлении Р д = 30 ÷ 60 МПа от гайки домкрата 1 , которую наворачивают на хвос­товик вала. Чтобы снизить усилие насадки (примерно в четыре раза), на сопрягаемые конические поверхности под давлением Р м = 90 ÷ 120 МП по канавкам 4 подают масло. При насадке удобно контролировать не на­тяг, а осевое перемещение ∆ ос винта, которое измеряют индикатором 2 , закрепленным на гребном валу.

После сборки гребного винта с гребным валом проверяют зазоры между валом и подшипниками дейдвудного устройства. Зазоры следу­ет контролировать на глубине 50 мм от торцов подшипников. В ниж­ней части подшипников должно быть обеспечено прилегание вала к подшипникам на дуге от 30 до 60° .

Промежуточные и упорный валы укладывают в подшипники, кото­рые устанавливают на судовые фундаменты. К фундаментам заранее приваривают отжимные приспособления для перемещения подшипни­ков в горизонтальной плоскости при центровке валопровода.

Рис. 4 Насадка гребного винта

Смежные валы соединяют попарно фланцами, в которых в цехе ра­стачивают отверстия под болты. Поэтому сборка и соединение валов на судне не требуют дополнительной обработки отверстий под болты. Необходимость в дополнительной обработке отверстий во фланцах мо­жет возникнуть только при соединении фланцев промежуточного или упорного валов и вала двигателя.

Монтаж валопровода завершается его центровкой, которая заклю­чается в придании осям валов и осям их подшипников положений, обес­печивающих наилучшие нагрузки на них и на фланцевое соединение валопровода с главным двигателем.

Центровку валопровода производят, как правило, на плаву при во­доизмещении судна, равном не менее 85% от водоизмещения порож­нем при погруженных на судно в районе расположения валопровода и главных двигателей основных тяжеловесных механизмов и устройств. Считают, что килевая линия корпуса в этом районе приобрела изгиб близкий к окончательному на тихой воде при указанном водоизмеще­нии. Предварительную центровку можно выполнять на построечном месте. Начиная с четвертого серийного судна, на построечном месте допускается выполнять окончательную центровку при условии, что на трех предыдущих судах серии результаты контрольных измерений на­грузок на подшипники, смещений и изломов осей валов после спуска судна на воду остаются неизменными или изменяются в допускаемых пределах.

На построечном месте допускается также выполнять окончатель­ную центровку валопровода на судах водоизмещением менее 800 т.

В практике судостроения применяют три способа окончательной центровки валопровода:

По смещениям и изломам осей валов;

По соосности относительно оптической оси водопровода (только для подшипников качения).

Для определения монтажных и эксплуатационных расчетных нагру­зок на подшипники валопровод рассматривают как многоступенчатую статически неопределимую балку переменного сечения, покоящуюся на жестких шарнирных опорах - подшипниках, нагруженную стацио­нарными и нестационарными нагрузками.

Рис. 5 Диаграмма F-M

К стационарным нагрузкам относят распределенную нагрузку от веса валов, сосредоточенную силу тяжести гребного винта, уменьшенную на величину его силы плавуче­сти в воде, и момент результирующей силы относительно кормового торца дейдвудного подшипника, а также постоянные составляющие гидродинамических сил и моментов, действующие на лопастях гребного винта. К нестационарным нагрузкам относят переменные составляю­щие гидродинамических сил и моментов, действующие на лопастях гребного винта, в проекциях на вертикальную и горизонтальную оси.

Гидродинамические силы и моменты определяются на основе ре­зультатов модельных испытаний обтекания гребного винта и получе­ния поля скоростей потока в диске винта. Их можно также определить, пользуясь методикой расчета гидродинамических сил и моментов, воз­никающих на лопастях гребного винта, характеристики и геометрия лопастей которого известны.

Рис. 6 Диаграмма δ-φ

В соответствии с указанным разделением внешних воздействий рас­четы нагрузок на подшипники и напряжений в валах сводят к сумми­рованию результатов статического и динамического расчетов.

Количе­ство расчетных вариантов определяется:

• Положением судна в море (на тихой воде, на волне);
• Состоянием двигателя (холодный, горячий);
• Зна­ками амплитуд гидродинамических сил и их моментов;
• Нагрузкой суд­на.

Исходя из многовариантности расчетных ситуаций и величин допускаемых напряжений изгиба валов (0,25-0,35 МПа), установлено, что значения сил и моментов в любом случае должны находиться в рам­ках поля диаграммы F — M для кормового подшипника двигателя и упор­ного вала, показанной на рис. 5. Наряду с силами F диаграмма учи­тывает вес маховика двигателя G .

Рис. 7 Оптимизация нагрузок на подшипники валопровода
а - путем перемещения промежуточных опор;
б - путем смещения двигателя относительно оси валопровода;
1-4 - подшип­ники;
5 - теоретическая ось валопровода;
6 - главный двигатель

Допускаемым величинам F и М соответствуют определенные значе­ния смещений δ и изломов φ на фланцах валопровода и двигателя. Сочетания δ и φ могут определяться по диаграмме δ — φ, пересчитанной с диаграммы F — M и показанной на рис. 6. В пределах поля δ — φ диа­граммы возможно выбрать значения монтажных изломов и смещений, не превышающие допускаемых и позволяющие стягивать болтовые со­единения фланцев.

Пользуясь диаграммой δ — φ, установили, что оптимальное нагруже­ние подшипников произойдет при придании оси валопровода некото­рого монтажного изгиба за счет смещения высот штатных и монтажных подшипников. С той же целью дейдвудная труба должна быть расточена под углом к оси валопровода. Схема оптимизации нагрузок показана на рис. 7, а расчет оптимального варианта ведут, составив функцию цели:

F(y i ) = max S δ — φ

• y i — смещение i -ro подшипника, a S δ — φ — площадь диаграммы δ — φ, учитывающая все ограничения нагру­зок и напряжений, а также положения судна и двигателя, изгиб корпуса.

Варьируя смещения, добиваются варианта, когда S δ — φ = max, т. е., как сказано выше, оптимальных изгиба оси валопровода и нагрузок на подшипники.

Центровка валопровода по нагрузкам на подшипники заключается в установке оптимальных расчетных нагрузок на опорные подшипники.

Как следует из рис 8, нагрузки на опорные подшипники 2 , проме­жуточных валов измеряют и регулируют в вертикальной плоскости ди­намометрами 3 при собранных фланцевых соединениях. Лапы подшип­ника опираются на ключи-гайки. Пово­рачивая их на отжимных болтах динамо­метров, регулируют вертикальное по­ложение подшипника и его нагрузку. Между крышкой подшипника и шейкой вала устанавливают неметаллическую прокладку 4 , чтобы исключить в ходе центровки перемещения вала в подшип­нике из-за масляного зазора. Фактиче­ски вертикальная нагрузка на подшип­ник равна:

R в = R п + R л — G

• R п и R л — нагрузки на динамометры, установлен­ные в правой и левой лапах подшипни­ка;
• G — сила тяжести подшипника.

При центровке разница нагрузок на правый и левый динамометры не должна превышать 5%. При оптималь­ных нагрузках на подшипники измеряют высоту монтажной подкладки 1 и после ее пригонки подшипники крепят к фундаменту.

Рис. 8 Регулирование нагрузок на подшипники при помощи динамометра

Центровка валопровода с контролем соосности валов заключается в последовательной прицентровке промежуточных и упорного валов по фланцевым соединениям (одновременно от гребного вала и двигателя) с контролем изломов и смещений, отклонение которых от рас­четных значений не должно превышать допускаемых величин.

Центровка по соосности относительно оптической оси валопровода заключается в установке подшипников качения по оси валопровода оптическим методом с допускаемым отклонением, величину которого вычисляют с учетом оптимизации нагрузок на подшипники.

Валопровод является одним из важнейших элементов пропульсивного комплекса. Основное назначение валопровода - передача механической энергии от главного двигателя к движителю и передача развиваемого движителем упора корпусу судна.

Промежуточный вал

В соответствии с Правилами классификации и постройки судов внутреннего плавания Российского Речного Регистра (далее - ПСВП) диаметр промежуточного вала d пр. должен быть не менее :

где R m = 570 МПа - временное сопротивление материала вала (сталь 45Х),

k = 130 - промежуточный вал с коваными фланцами;

С EW = 1,05 - коэффициент усиления;

P = 700 кВт - расчетная мощность, передаваемая валом;

n = 174 мин -1 - частота вращения промежуточного вала.

d i - диаметр осевого отверстия вала.

d r - наружный диаметр вала.

Для дальнейших расчетов принимаем диаметр промежуточного вала d пр = 170 мм

Упорный вал

Диаметр упорного вала считаем по той же формуле, что и диаметр промежуточного вала. Для упорного вала в подшипниках качения(3.2.2, с.34) k=142. Таким образом получаем:

Для дальнейших расчётов принимается d уп = 185 мм.

Гребной вал

В соответствии с ПСВП диаметр гребного вала определяется по той же формуле, что и диаметр промежуточного :

где k = 160 - гребной вал длиной более 4 диаметров гребного вала от носового торца ступицы гребного винта.

Для дальнейших расчетов принимаем диаметр гребного вала d гр = 205 мм.

В соответствии с пунктом 3.5.1. ПСВП конус гребного вала под гребной винт должен выполняться с конусностью не более 1:12.

Для защиты вала от коррозии выбирается бронзовая облицовка. В соответствии с пунктом 3.3.3. ПСВП толщина бронзовой облицовки должна быть не менее :

где d гр = 205 мм - действительный диаметр гребного вала.

Толщина бронзовой облицовки принимается равной s = 14 мм.

Толщина облицовки между подшипниками может быть:

S"=0,75 . 14=10,5 мм. Принимаем 11 мм.

Толщина соединительных фланцев промежуточного и внутреннего конца гребного вала должна быть не менее наибольшей из величин:

0,2 . d пр =0,2 . 170=34 мм

где: d пр - диаметр промежуточного вала;

R мв - временное сопротивление материала вала, МПа;

R мб - временное сопротивление материала болта, МПа;

i - число болтов в соединении;

D - диаметр центровой окружности соединительных болтов, мм.

Принимаю d Б =35 мм.

Принимаю для соединения 8 болтов с резьбой М35.

Конусность валов 1:10, таким образом, соединения валов с муфтой можно выполнить с концевыми гайками.

Элементы валопровода

Упорный подшипник

Выбирается подшипник упорный с диаметром упорной шейки 400 мм.

Максимальный упор Р max = 200 кН.

Опорные подшипники

В качестве опорных подшипников используются подшипники скольжения с фитильно-кольцевой системой смазки. Подшипник подбирается по диаметру промежуточного вала d пр = 170 мм согласно ОСТ 5.4153-75.

Согласно ПСВП, максимальное расстояние между смежными подшипниками :

где k 1 = 450 коэффициент для подшипников скольжения.

d r = d пр = 170мм - диаметр вала.

Минимальное расстояние между смежными подшипниками:

Так как расстояние от упорного подшипника до дейдвудного подшипника не превышает 6000 мм, то принимаем к установке один опорный подшипник скольжения по ОСТ 5.4153-75.

Расчет тормозного устройства

Согласно ПСВП, в составе каждого валопровода должно быть тормозное или стопорящее устройство, предотвращающее вращение валов в случае выхода из строя главного двигателя.

Скорость буксировки принимаем v = 3 м/с.

При буксировке судна с выключенным главным двигателем гребной винт под действием набегающего потока создает вращающий момент:

где k m = 0,027 - коэффициент момента,

с = 1 т/м 3 - плотность воды,

D B = 2,408 м - диаметр гребного винта,

ш = 0,25 - коэффициент попутного потока.

Диаметр тормоза, исходя из момента:

где р = 7500 кПа - допустимое удельное давление,

f = 0,4 - коэффициент трения (сталь-феррадо),

k = 0,11- отношение ширины бугеля к диаметру тормоза,

б = 100 0 =1,7 рад - угол обхвата тормозной колодки.

Так как тормозное устройство устанавливается на фланцевом соединении гребного и промежуточного валов, то принимаем диаметр тормоза равным диаметру фланца.

D T = D Ф = 0,62 м.

Сила трения:

Усилие затяжки (по формуле Эйлера):

где б = 1,7 рад - угол обхвата фрикционной колодки.

Для сжатия колодок применяем винт с резьбой М30.

Шаг резьбы s = 3,5 мм.

Средний диаметр принимаем d ср = 0,9d = 0,9 30 = 27 мм.

Угол подъема винтовой линии:

Угол трения резьбы:

где в = 60 0 = 1,05 рад - угол профиля резьбы,

м = 0,25 - коэффициент трения

Момент затяжки:

Усилие затяжки:

L-длина рычага, м

P з? 0.735кН для 1 чел.

Конструкция тормоза показана на рисунке 1.

Рис. 1

Проверка валопровода на критическую частоту вращения

Для определения критической частоты вращения гребного вала при поперечных колебаниях валопровод условно заменяется двухопорной балкой с одним свешивающимся концом. Расчетная схема балки показана на рисунке 2.

Рис. 2

l1 = 11,27 м, l2 = 1,38 м.

Вес гребного винта.

Вал гребной , представляет один или несколько соединенных в одну линию валов, передающих движение от паровой машины, турбины или другого судового двигателя к гребному винту или гребным колесам (см.).

Линия Вала большого военного судна состоит из следующих главных частей: коленчатый Вал машины или шпинделя паровой турбины, промежуточные Валы, упорный Вал, дейдвудный Вал и, наконец, гребной или концевой Вал.

Иногда некоторые из перечисленных частей (например, дейдвудный Вал и концевой) соединяются в один общий Вал, а при короткой линии отсутствуют промежуточные Валы.

Каждая из частей Вала имеет специальное назначение и к каждой из них предъявляются свои требования.

I. Коленчатый Вал составляет неотъемлемую часть паровой машины, на которую передается работа цилиндров.

В многоцилиндровых машинах он состоит обыкновенно из нескольких кусков, соединенных между собою фланцевыми муфтами. Каждый кусок вала имеет одно, два или три колена и отковывается для судовых машин военного флота в целом виде.

Для облегчения веса, коленчатый Вал делается пустотелыми; отношение диаметра внутреннего высверленного отверстия к диаметру Вала обыкновенно берется равным половине.

Во избежание продолжительного вывода корабля из строя в случае поломки коленчатого Вала, при самой постройке судна заготовляется запасная часть этого Вала, и все его части конструируются по возможности взаимозаменяемыми.

Исключение делается для машин большой мощности, у которых поломки Вала, изготовляемых при современном состоянии техники, бывают крайне редки.

Шейки Вала вращаются в рамовых подшипниках машины, пушечного металла, залитых антифрикционным металлом, шейку же мотыля обхватывает подшипник нижней головки шатуна той же конструкции. Принимая на себя все удары от сил инерции движущихся масс паровой машины и составляя существеннейшую часть последней, коленчатый Вал требует при проектировании самого внимательного расчета. Для расчета коленчатого Вала существует ряд эмпирических формул; таковы, например, формулы английского Ллойда и бюро Веритас, приводимые в справочных изданиях и специальных технических источниках.

В этих формулах диаметр Вала определяется в зависимости от числа и величины цилиндров машины, длины хода поршня, давления пара в котлах и некоторых других данных, характеризующих мощность машины. Хотя практические формулы и дают хорошие результаты, но необходимо точно проверить коленчатый Вал на сложный крутящий и изгибающий моменты по теоретической формуле:

где: d - диаметр Вала в дм., f - допускаемое напряжение материала в английском фн. на кв. дм., T1 - крутящий момент и M - изгибающий момент.

Все напряжения в материале, как для изгиба и кручения Вала, так на смятие и работу трения в подшипниках, в виду особо тщательного изготовления всех этих частей и стремления облегчить вес механизмов, принимаются при проектировании машин военного флота гораздо большими, чем для судов коммерческого флота.

В паровых турбинах коленчатый Вал отсутствует, - его заменяют, так. наз., шпинделя роторов турбин.

I. Промежуточный Вал служит для соединения коленчатого Вала машины или шпинделя паровой турбины с упорным или дейдвудным Валом. Промежуточный Вал также избегают делать длинными, дабы их можно было вынуть из машинного отделения, не снимая громоздких частей механизмов. Поэтому часто промежуточных Валов бывает несколько; они покоятся на промежуточных подшипниках, иногда называемых "коридорными", вследствие нахождения их в коридоре гребного Вала.

Так как промежуточный Вал не подвергаются ударам и хорошо поддерживаются промежуточными подшипниками, то диаметр их рассчитывается только на кручение и делается обыкновенно меньшего, чем другие Валы того же судна, размера.

Подшипники делаются подобно рамовым при турбинных и быстроходных вообще установках, или же просто чугунными, залитыми антифрикционным металлом в своей нижней половине.

На промежуточном Вале или на фланце коленчатого устанавливается червячное колесо поворотного привода, служащего для проворачивания вручную всей линии Вала во время бездействия машин. Вал полагается проворачивать в кампании ежедневно.

Упорный Вал, это один из промежуточных Валов, только с особым назначением. Он несет на себе несколько колец, составляющих одно целое с телом Вала и входящих в соответствующие впадины упорного подшипника.

Эти кольца воспринимают упорное давление винта, сообщающее движение судну (см. Винт гребной).

Число колец рассчитывается так, чтобы дать достаточную поверхность для воспринятия упорного давления, не прибегая к чрезмерному увеличению диаметра колец.

Необходимые требования:

1) точная пригонка колец упорного Вала к кольцам упорного подшипника, дабы давление воспринималось всеми кольцами одновременно и

2) правильное расположение поддерживающих Вала промежуточных подшипников, дабы избежать его провеса, нарушающего правильную работу упорных колец.

Упорные подшипники, принятые в нашем флоте, в большинстве случаев бывают системы Модзлея со съёмными подковообразными кольцами, для облегчения пригонки их и ремонта; но в небольших установках применяются и подшипники обыкновенного закрытого типа с впадинами для колец упорного Вала. Недостаток последних - недоступность для осмотра во время работы и трудность пригонки.

Корпус упорного подшипника делается обыкновенно чугунный или литой стали.

Подковообразные скобы - пушечного металла, пустотелые, чугунные или литые стальные; в последних двух случаях они обязательно облицовываются антифрикционным металлом, кроме того, делается всегда охлаждение колец водой. Судовой фундамент под упорный подшипник делается, возможно, жестким и соединяется надлежащим образом с корпусом судна. В турбинных установках упорные подшипники находятся непосредственно у самых турбин и потому специальных упорных Валов для них не требуется; но для разобщения линии Вала от турбин на одном из промежуточных Валов делают специальное кольцо и подшипник для него, который удерживает Вал в надлежащем положении при свободном вращении его от хода судна после разобщения этого Вала от турбин.

Одно кольцо сравнительного малого диаметра оказывается в этом случае достаточным в виду того, что Вал никакой работы не передает и лишь свободно вращается.

III. Дейдвудный Вал проходит через корпус судна в т. наз. дейдвудной трубе (см.) и на всей длине бакаутовой набивки этой трубы облицовывается насаженными на него в горячем состоянии втулками пушечного металла, во избежание ржавления, т. к. ему приходится работать с водяной смазкой; если же дейдвудная труба делается со специальной нагнетательной смазкой, то Вал не облицовывается.

Часть Вала между облицовками покрывается или специальным каучуковым составом (Виллениуса), предохраняющим эту часть от разъедания, или медью. При установке на судно дейдвудные Валы вводят через дейдвудную трубу, отверстие которой слишком мало для прохода фланца; поэтому муфта Вала делается насадной в горячем состоянии или со специальным кольцом на шпонках.

К внутреннему концу дейдвудного Вала обыкновенно приспособляют тормоз, на случай необходимости остановить Вал во время хода судна, например, для разобщения или сообщения линии Вала с двигателем.

IV. Концевой Вал, - последняя, кормовая часть линии Вала, одним фланцем соединяющаяся с дейдвудный Вал; на другой, конический конец этого Вала насаживается гребной винт, укрепляемый шпонками и гайкой, навинченной на нарезанный конец Вала.

У самого винта концевой Вал поддерживается наружным кронштейном, прикрепленным к корпусу судна и снабженным, подобно дейдвудной трубе, втулкой с бакаутовым набивкой, почему часть Вала, входящая в эту втулку, также облицовывается пушечным металлом.

Концевой Вал, как и коленчатый Вал, рассчитывается на сложный крутящий и изгибающий моменты в виду того, что он обыкновенно делается значительной длины и, как наружная часть, легко подвергается ударам.

В турбинных установках, где в виду большого числа оборотов гребных винтов, концевой Вал бывают сравнительного малого диаметра при значительной длине, они проверяются еще подсчетом на возможность разрушения от центробежной силы, на так называемое "критическое число оборотов".

При недостаточном диаметре может получиться провес вала и его поломка, как результат развившейся с возрастанием числа оборотов центробежной силы.

Как концевой Вал, так и дейдвудный делаются в настоящее время пустотелыми; отверстия Вала заделываются плотно пробками на резьбе.

При изготовлении всей линии Вала обращается самое серьезное внимание на качество стали и на их выделку. Требуется, чтобы площадь сечения болванки была, по крайней мере, в 5 раз больше площади сечения готовой отковки. При испытании пробных планок сталь должна давать сопротивление на разрыв от 27 до 30 тн. на 1 кв. дм. и удлинение свыше 30% на 2 дм. длины.

После проковки Вала тщательно отжигаются, при обточке в металле не допускается никаких пороков; диаметр Вала по всей длине его д. быть один и тот же, а высверленное отверстие вполне концентрично с наружной окружностью Вала. Фланцы Вала д. быть строго перпендикулярны к его оси.

При сборке Валов на судне и во время их службы обращается самое серьезное внимание на то, чтобы вся линия Вала была строго прямая и Валы лежали плотно на своих подшипниках.

Гребной вал

Опорные подшипники

Служат опорами для промежуточных валов;

Упорный вал и подшипники

Служат для передачи упорного давления создаваемого гребным винтом корпусу судна;

Дейдвудное устройство

Служит для опоры гребного вала (или промежуточного) и уплотнения места выхода последнего из корпуса судна. В местах прохода вала через водонепроницаемые переборки устанавливаются переборочные сальники .

Длина валопровода зависит от архитектуры судна и его размеров. При кормовом расположении МО - может достигать 12-20 метров; при среднем - 50-70 метров. При больших длинах валопровод помещают в коридор (коридор гребного вала ), защищающий его от повреждений и выполняемый герметичным.

Нагрузки, действующие на валопровод

Во время работы валопровода на него действуют такие нагрузки: основные - вращательный момент , передающийся от гребного винта; гидродинамические силы , которые возникают при работе винта; вес валов, гребного винта и других механизмов, закрепленных на валах. Вспомогательные - изгибающие моменты, появляющиеся в результате разцентровки валопровода; нагрузки, появившиеся из-за неуравновешенности гребного винта; усилия из-за работы винта в косом потоке и при качке.Случайные - усилия, возникающие при ударах лопастей гребного винта о твёрдые предметы.

Литература

• «Морской энциклопедический словарь», Ленинград, «Судостроение», 1991 год

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Валопровод (судовой)" в других словарях:

Конструктивный комплекс, обеспечивающий передачу крутящего момента от корабля двигателя гребному винту. Валопровод состоит из системы валов, соединенных болтами на фланцах. Включает в общем случае гребной вал, промежуточный вал и упорный вал… … Морской словарь

ВАЛОПРОВОД судовой - устройство, соединяющее главный судовой двигатель с движителем. Предназначен для передачи крутящего момента от главного двигателя движителю, а также для восприятия упора, создаваемого движителем, и передачи его корпусу судна. В состав Валопровода … Морской энциклопедический справочник

Судовой валопровод - 1. Судовой валопровод Конструктивный комплекс, кинематически связывающий главный двигатель с движителем и предназначенный для передачи крутящих моментов и осевых нагрузок, возникающих при работе судовой двигательно движительной установки (далее… …

ГОСТ 24154-80: Валопроводы судовые. Термины и определения - Терминология ГОСТ 24154 80: Валопроводы судовые. Термины и определения оригинал документа: 12. II роставочный вал Короткий вал с припуском на длине, встраиваемый в валовую линию при сборке с пригонкой по месту во время монтажа валопровода… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

- (Туннель гребного вала) водонепроницаемый туннель, в котором проходит судовой валопровод от машинного отделения до ахтерпиковой переборки. Изолирует валопровод от соседних помещений, дает возможность осмотреть его, вместе с тем предохраняет… … Морской словарь

Сюда перенаправляется запрос «Судовой двигатель». На эту тему нужна отдельная статья. Судовая энергетическая установка комплекс машин, механизмов, теплообменных аппаратов, источников энергии, устройств и трубопроводов и прочих систем … … Википедия

- … Википедия

Плавающее сооружение, предназначенное для перевозок грузов и пассажиров, промысла рыбы и морского зверя, выполнения вспомогательных работ с другими судами, обеспечения на водных путях судоходных условий, а также для спорта, отдыха, туризма и др.… … Энциклопедия техники