Судовой упорный подшипник гребного вала. Схемы дейдвудных устройств Материалы гребных винтов и крыльчатых движителей

Двигатель устанавливается на фундамент, представляющий собой систему продольных и поперечных балок, надежно прикрепленных к набору судна. С одним из вариантов такой конструкции, рассчитанной на установку двигателя весом до 350 кг, можно ознакомиться по чертежам катера «Суперкосатка» (см. стр. 187). Конструкция этого фундамента предназначена для размещения двигателя в корме, у самого транца судна. Такая планировка привлекательна тем, что механическая установка, во-первых, занимает минимум полезного места, а во-вторых, в пассажирском помещении в меньшей степени ощущаются и шум от ее работы, и запах бензина и масла. Плохо то, что в этом случае никак не обойтись без реверсредуктора или угловой колонки, приобрести которые в настоящее время можно только случайно, а изготовить самим довольно сложно. С простейши ми конструкциями этих устройств мы познакомимся ниже, а сейчас рассмотрим более доступный для любительского исполнения вариант крепления двигателя, при котором гребной вал соединен с двигателем напрямую.

С конкретной конструкцией фундамента можно ознакомиться по чертежам катера «Тюлень» (см. стр. 196). Фундамент этого катера принципиально не отличается от фундамента катера «Суперкосатка». Наибольшее применение прямое соединение двигателя с гребным валом находит на водоизмещающих катерах и яхтах. На судах этого типа двигатель располагается на уровне ватерлинии либо даже ниже ее. Гребной вал благодаря этому можно установить горизонтально либо с незначительным уклоном в корму и пропустить прямо через ахтерштевень. Не представляет трудности выбрать и место для двигателя: его можно расположить в любой точке по длине судна, сообразуясь с требованиями планировки помещений и центровки.

Другое дело, если речь идет о глиссирующем судне. Чтобы не слишком смещать двигатель в нос (это неприемлемо по условиям центровки), приходится устанавливать гребной вал с изломом в вертикальной плоскости. Такие изломы могут быть выполнены либо с помощью упругих муфт, либо за счет шарниров Гука. Эффективная работа таких соединений обеспечивается при изломе на угол, не превышающий 5-7°. Если требуется изогнуть вал под большим углом, приходится ставить два шарнира и больше.

Монтаж валопровода во всех случаях представляет собой ответственную задачу. Имеет смысл разобраться в этом поподробнее. Предварительно, однако, следует остановиться на некоторых деталях валопровода.

Одной из основных деталей валопровода является гребной вал, опорами которого служат резинометаллическая втулка (подшипник) кронштейна и упорно-опорный подшипник, установленный в месте соединения вала с двигателем или редуктором.

Резинометаллический подшипник, работающий на водяной смазке„ имеет несложную конструкцию и может быть изготовлен с помощью приспособления, показанного на рис. 148. Сначала вытачивается латунная, стальная или бронзовая втулка 3 подшипника. Внутрь ее вваривается резина 5. Для более надежного сцепления резины с металлом на втулке нужно просверлить с десяток отверстий диаметром 4 мм и раззенковать их с наружной стороны.

Для осуществления вулканизации резины нужно изготовить приспособление, которое состоит из втулки 2, предотвращающей распира-ние корпуса подшипника в момент запрессовы-вания сырой резины, донышка 4, закрывающего

подшипник снизу, и плунжера / для запрессовыва-ния резины. Сырую резину, обычно применяемую для ремонта автомобильных шин, нужно нарезать кусочками примерно 20x20 мм и набить ими втулку 3, так чтобы они немного выступали сверху. Затем втулку помещают в приспособление, которое ставят под пресс. Постепенно увеличивая давление, добиваются того, что резина заполняет все пустоты, после чего устройство ставят на варочную плиту и выдерживают на ней не менее 2,5 час. Втулка 3 должна целиком заполниться резиной. Теперь остается просверлить в ней отверстие под гребной вал, диаметром на 2 мм меньше диаметра вала. Вдоль отверстия прорезают четыре продольные канавки треугольного сечения для подтока смазывающей воды к валу.

Очень удобен для монтажа кронштейн с регулируемым наклоном оси гребного вала по отношению к днищу катера (рис. 149). Такая конструкция дает возможность точно отцентровать вал, не прибегая к клиновым прокладкам под лапы двигателя, изготовление которых требует точных фрезерных или строгальных работ. При монтаже кронштейна его основание / сначала крепят на один винт 3, относительно которого шпора 4 имеет возможность поворачиваться на некоторый угол - до точного совпадения отверстия подшипника с гребным валом. Затем ставят винты 2, просверливая отверстия для них в шпоре 4 на месте. Шпору от смещения во время эксплуатации катера предохраняет штифт 5.

Дейдвудные сальник и труба могут быть выполнены по-разному. На рис. 150, например, показана конструкция, состоящая из самоподжимного сальника 5 (рис. 151), эластично, с помощью дюритовой муфты, прикрепленного к металлическому кожуху вала, который монтируется на днище. За счет дюритового соединения компенсируются неточности монтажа вала.

Диаметр d гребного вала выбирается в зависимости от мощности N двигателя, числа его оборотов п и коэффициента В, характеризующего прочность металла на скручивание (для углеродистой стали В = 82, для легированной - 69), по формуле

Наибольший допустимый пролет гребного вала между опорами определяется в зависимости от его диаметра по формуле

При большей длине пролета необходимо устанавливать дополнительные опорные подшипники.

Для установки двигателя сначала необходимо сделать эскиз его расположения, положения вала и подшипников, по эскизу отметить точку выхода гребного вала на киле или на ахтерштевне и в этой точке просверлить центровочное отверстие под дейдвудную трубу. Чтобы не ошибиться в направлении, следует, пользуясь сделанным эскизом, прикрепить к килю кронштейн-кондуктор / (рис. 152, а) с отверстием для сверла 2. Если сверлить киль 3 придется под очень острым углом, лучше сде-

Рис. 152. Приспособление для сверления отверстия под дейдвудную трубу: а - кронштейн-кондуктор; б - расточка.

1 - направляющие крокштенн-конд! и.гор, 2 - сверло. 3 - киль с вырубкой, 4 - направляющий стержень, 5 - резец, 6"- стопорный винт.

лать в нем вырубку с таким расчетом, чтобы сверло входило в древесину под прямым углом.

Для рассверливания на полный размер используются либо специальные расточки (рис. 152, б) с направляющим стержнем по диаметру центрового отверстия, либо надетая на сверло фреза, либо труба с заточенными по торцу зубцами. Отверстие под трубу большого диаметра приходится растачивать за два и за три раза, соответственно применяя расточки все большего диаметра.

Имеется два способа монтажа гребного вала. Первый, наиболее простой, заключается в следующем. В соответствии с эскизом, по возможности точнее, устанавливается дейдвудная труба. Она и задает направление оси гребного вала. В трубу вставляется втулка опорного подшипника и дейдвудный сальник, которые и будут в дальнейшем строго фиксировать положение гребного вала.

На вставленный в дейдвудную трубу вал надевают по очереди кронштейн, опорный и упорный подшипники, следя за тем, чтобы не было провеса. Затем с использованием прокладок крепят кронштейн и подшипники так, чтобы вал легко проворачивался вручную. На балках фундамента размечают места крепления угольников под опоры двигателя. Рама двигателя должна иметь возможность перемещаться по угольникам в пределах, обеспечивающих центровку.

Соосность гребного вала и выходного вала двигателя проверяют при помощи стрелок (рис. 153, а), укрепленных на фланцах обоих

Рис. 153. Определение неточности установки гребного вала; а - смещение осей; б - излом линии вала.

валов. Сначала фланцы поворачивают так, чтобы стрелки вверху оказались на одном уровне, затем оба вала поворачивают на 180° и замеряют расстояние h между стрелками в этом положении по высоте. Замеренное расстояние и будет показывать смещение валов по вертикали, которое устраняется путем установки прокладок под лапы двигателей. Подобным же образом замеряется горизонтальное смещение / валов, которое устраняется перемещением двигателя поперек фундаментных угольников.

Теперь остается устранить возможный излом линии вала. Для этого устанавливают на одном уровне стрелки, замеряют расстояние 1г между их концами (рис. 153, б) и поворачивают валы за фланцы на 180°. Замеряют расстояние /2 между концами стрелок. Если расстояния окажутся разными, то это будет означать, что линия вала имеет излом. Излом устраняют перемещением двигателя.

Рассмотрим монтаж двигателя. Наметив отверстия в угольниках фундамента, снимают двигатель и просверливают эти отверстия. Устанавливая двигатель на свое место, надо не забыть положить все подрамные прокладки.

Поставив гайки на все болты, постепенно затягивают их, проворачивая вал и следя за тем, чтобы его не заедало.

Другим, более точным способом монтаж гребного вала осуществляется с помощью струны, которая, будучи натянутой по линии вала, определит положение его опор (рис. 154). Практически работа выполняется в следующем порядке. В отверстие под дейдвудную трубу вставляется деревянная втулка, к которой снаружи прикрепляется металлическая пластинка (дейдвудная мишенька) с центровочным отверстием диаметром 3 мм, которое является первой контрольной точкой. По эскизу находится вторая контрольная точка - на носовой переборке 7 машинного отделения либо на временно установленной доске. В этой точке также крепится металлическая пластинка (монтажная мишенька) с отверстием 1 мм. Для определения места крепления кронштейна гребного вала нужно установить еще одну мишеньку (мишеньку /) в самой кормовой части корпуса - на транце или ахтерштевне. В отличие от двух пречыду-

щих, эта мишенька подвижная, она представляет собой тонкую металлическую пластинку с миллиметровым отверстием в центре и четырьмя отверстиями по углам для крепления гвоздиками по месту. Устанавливается эта мишенька при помощи монтажного щита 2, который крепится на транце так, чтобы плоскость его была перпендикулярна оси вала. В месте установки мишеньки в щите выпиливается отверстие диаметром 75 мм.

Струну пропускают через отверстие в подвижной мишеньке и в кормовом щите, а чтобы она не выскакивала, на конце ее привязывают гвоздь. Далее струна протягивается через кронштейн с вставленным в него макетным валиком (рис. 155), дейдвуд и носовую мишеньку. За переборкой машинного отделения струна перебрасывается через установленный здесь блок 8 и натягивается с помощью привязанного к ее концу груза 9. Передвигая кормовую мишеньку /, нужно установить струну так, чтобы она не касалась краев отверстия дейдвудной мишеньки 4. После этого кормовую мишеньку необходимо прикрепить к щиту гвоздиками.

После того как линия вала будет обозначена струной, остается установить промежуточные мишеньки всех центрируемых частей вала и закрепить их.

Для установки кронштейна гребного вала необходимо сделать из твердого дерева макетный валик 3 в размер втулки кронштейна, в центре валика просверлить отверстие диаметром 3 мм под струну (чтобы заводить струну в отверстие, можно прорезать валик, как показано на рис. 155). Сдвигая кронштейн, добиваются того, чтобы струна проходила через отверстие в макетном валике с одинаковым радиальным зазором. После этого кронштейн крепят к корпусу окончательно, подложив под его опоры пропитанную суриком парусину или, если надо, прострогав обшивку (прокладка нужна и в этом случае).

Аналогичным образом, с помощью макетного валика, устанавливается и дейдвудная труба. Рассверливать отверстия для нее в киле до окончательного размера лучше не сразу, а после предварительной центровки по струне. Вначале же можно сделать отверстие диаметром на 5- 10 мм меньше, это даст возможность при центровке сдвигать трубу в любом радиальном направлении в пределах допусков. Сначала центровку ведут с помощью макетного валика. Надев валик на натянутую струну, рассверливают по его размерам киль или ахтерштевень. Затем на валик надевают дейдвудную трубу. Фланец трубы подгоняют рубанком по месту к корпусу судна.

Отцентрованная дейдвудная труба сначала прикрепляется шурупами. Затем по имеющимся отверстиям в дейдвудной плите просверливают во фланце отверстия для болтов. Болты перед постановкой обматывают паклей, обмазывают суриком и затягивают в порядке, указанном на рис. 156.

Центровка подшипников также проводится по мишенькам, с помощью макетных валиков.

Центровку самого двигателя удобнее производить до его установки в корпус, при помощи фундаментной рамы. Делается это так. На собранный из двух продольных (углового сечения, например) и нескольких поперечных балок фундаментной раме монтируют двигатель. К концевым поперечным балкам фундаментной рамы крепят фанерные щитки с наклеенными листами ватмана на сторонах, обращенных к двигателю. К храповику и маховику двигателя прочно привязывают карандаши, которые при проворачивании вала двигателя вычерчивают на ватмане окружности.

Снимают двигатель с фундаментной рамы, а саму фундаментную раму ставят на место в корпус судна. Находят центры окружностей на листах и сверлят по ним отверстия диаме-

Монтаж гребного вала следует вести от кронштейна к двигателю. Вал нужно при этом постоянно проворачивать, одновременно производя затяжку болтов на соединительных фланцах.

При использовании шарнирных соединений монтаж вала упрощается. В этом случае достаточно только наметить линию вала. Двигатель устанавливается по шарниру. Для этого он вместе с фундаментной рамой ставится на место, но не крепится, а подвешивается на талях, чтобы его можно было легко перемещать в любом направлении. Затем монтируется шарнир, соединяющий гребной вал с валом двигателя (нужно, чтобы опорный подшипник гребного вала был расположен возможно ближе к фланцу, на котором крепится шарнир). Теперь остается расклинить двигатель прокладками и отдать тали. Если после этого двигатель и гребной вал будут легко прокручиваться, их закрепляют окончательно. В противном случае центровку нужно будет повторить.

Морской сайт Россия нет 21 сентября 2016 Создано: 21 сентября 2016 Обновлено: 24 ноября 2016 Просмотров: 27123

Назначение дейдвудного устройства состоит в том, чтобы обеспечить необходимую водонепроницаемость корпуса судна, а гребному валу - одну или две опоры, воспринимать статические нагрузки от веса вала и винта и динамические от работы гребного винта в условиях различного погружения.

Дейдвудные устройства морских судов подразделяются на две группы: с неметаллическими и металлическими вкладышами.

В качестве антифрикционного материала подшипника в первом случае применяется бакаут, текстолиты, древесно-слоистый пластик, резинометаллические и резиноэбонитовые сегменты, термопластические материалы (капрографит, капролон) и др.

У металлического подшипника с масляной смазкой вкладыши опорных подшипников заливаются баббитом.

При эксплуатации судна в дейдвудном устройстве возникают постоянные и переменные нагрузки под действием сил и моментов, передаваемых гребному валу от гребного винта, которые вызывают напряжения в дейдвудных подшипниках и трубах. Двигатель передает на винт крутящий момент, который не является постоянным.

Периодические изменения крутящего момента в системе двигатель- валопровод-винт вызывают крутильные колебания. При совпадении частоты возмущающих сил с частотой собственных крутильных колебаний возникают условия резонанса, при которых усилия в деталях резко возрастают.

Значительные усилия наблюдаются и в околорезонансных зонах, когда происходит частичное совпадение частот. В диапазоне 0,85-1,05 расчетной частоты вращения вала наличие запретных резонансных зон не допускается.

В процессе работы гребного винта на его лопастях возникают периодические возмущающие силы и моменты, которые воспринимаются дейдвудным устройством и передаются корпусу судна через его подшипники. Данные усилия возникают в результате изменения за один оборот винта его упора и тангенциальной силы сопротивления вращению каждой лопасти. При этом могут создаться условия, при которых частота возникающих усилий на винте совпадает с частотой собственных изгибающих колебаний валопровода, что приведет к резонансным колебаниям гребного вала и высоким напряжениям в его основных участках.

Суммарный изгибающий момент складывается из момента от массы винта, гидродинамического изгибающего момента и момента от инерционных усилий при изгибающих колебаниях валопровода.

Гидродинамическая неуравновешенность гребного винта возникает из-за различия по шагу каждой лопасти или при работе частично погруженного винта. При изготовлении лопастей их шаг отличается незначительно, но в процессе эксплуатации при поломке или деформации отдельных лопастей возникающие при этом силы могут привести к опасной для дейдвудных опор вибрации. При балластных переходах вследствие разницы упора создается дополнительный изгибающий момент, что приводит к значительной гидродинамической неуравновешенности и как следствие к повышенной вибрации корпуса судна.

Нагрузка от массы гребного вала и винта воспринимается дейдвудными подшипниками, которые также воспринимают построечную статическую неуравновешенность гребного винта. Максимальная часть нагрузки приходится на кормовой дейдвудный подшипник и его кормовую часть. В процессе эксплуатации могут возникнуть дополнительные нагрузки на дейдвудное устройство при ударе гребных винтов о посторонние предметы.

Дейдвудное устройство одинаково для всех судов независимо от их размерений и назначения и состоит из дейдвудной трубы, внутри которой находятся подшипники, и из уплотнительного устройства, предотвращающего проникновение забортной воды внутрь судна. На рис. 1 показано дейдвудное устройство одновинтового судна с неметаллическими подшипниками, наиболее широко распространенное на морском флоте. Носовой конец дейдвудной трубы 4 фланцем 11 прочно крепится к ахтерпиковой переборке 12, а кормовой конец вводится в яблоко ахтерштевня 3, уплотняется резиновыми кольцами 15 и затягивается накидной гайкой 16 со специальным стопором 2. Уплотнительная резина устанавливается между ограничительным буртом 14 дейдвудной трубы и яблоком ахтерштевня с носовой стороны и накидной гайкой и яблоком ахтерштевня с другой стороны для предотвращения проникновения забортной воды в пространство между дейдвудной трубой и яблоком ахтерштевня.

В районе выхода дейдвудной трубы внутрь судна ставится сальниковое уплотнение, которое включает набивку 9, установленную между валом и трубой, и нажимную втулку 10. К сальнику имеется доступ со стороны машинного отделения или тоннеля гребного вала. В средней части дейдвудную трубу поддерживают флоры 13, которые могут быть приварены к трубе или опираться на подвижную опору, как показано на рис. 1.

Внутри дейдвудной трубы установлены кормовая дейдвудная втулка 5 и носовая 7 с набранными в них бакаутовыми планками или его заменителем 6 и 8 по схемам "в бочку", реже "ласточкин хвост". От проворачивания дейдвудные втулки крепятся к трубе стопорными винтами, продольному смещению планок кормового подшипника препятствует кольцо 1.
Для обеспечения надежной смазки и охлаждения подшипники принудительно прокачивают забортной водой, для чего в наборе из планок подшипника у их стыков предусмотрены канавки для свободного прохода воды. В наборе бакаута нижние планки имеют торцовое расположение волокон, верхние - продольное (см. рис. 1, разрез А-А), так как нижние воспринимают большие удельные нагрузки. Между нижними и верхними планками из бакаута установлены латунные упорные планки 18, с помощью которых исключается их проворачивание в дейдвудной втулке. Для предохранения гребного вала от коррозионного воздействия забортной воды в районе дейдвудной трубы он имеет бронзовую облицовку 17 или защищен специальным покрытием.

В дейдвудные трубы монтируются подшипники - они воспринимают усилия от винта и валопровода. Для изготовления дейдвудных труб применяется сталь, реже серый чугун марки СЧ 18-36. Они могут изготовляться вварными или вкладными. В первом случае труба соединяется сваркой с яблоком ахтерштевня, флорами набора корпуса судна и ахтерпиковой переборкой, во втором - заводится в корпус судна с кормы или носа и крепится. Вкладные трубы изготовляются литыми, сварно-литыми или ковано-сварными. Соединение дейдвудной трубы с яблоком ахтерштевня по длине в подавляющем большинстве цилиндрическое, а в отдельных случаях - коническое. Толщина стенки дейдвудной трубы должна быть не менее (0,1-0,15) dr, где dr - диаметр гребного вала по облицовке.

В целом яблоко ахтерштевня, дейдвудная труба, корпус и усиленная ахтерпиковая переборка должны представлять собой единую хорошо скрепленную жесткую конструкцию. Недостаточная жесткость этого узла, отсутствие жесткой связи трубы с флорами набора, наличие ослабленных посадок в соединениях дейдвудной трубы с яблоком ахтерштевня не обеспечивают надежной и безаварийной работы дейдвудных устройств, способствуют усилению вибрации кормовой части судна.

Уплотнительные сальники являются важным узлом в дейдвудном устройстве. Опыт эксплуатации дейдвудных устройств крупнотоннажных судов показывает, что наиболее надежны в эксплуатации такие конструкции, которые обеспечивают не только жесткость узла, но и надежное сальниковое уплотнение, препятствующее попаданию забортной воды внутрь корпуса судна.
При этом предпочтение должно быть отдано таким сальниковым устройствам, которые размещают в себе как основной, так и вспомогательный сальник, дающий возможность его перебивки на плаву без дифферентовки. Сальниковое устройство может быть установлено в носовой части дейдвудной трубы, как показано на рис. 1, либо иметь выносной корпус.

Рис. 2. Сальники гребных валов

Выносной сальник дейдвудного устройства (рис. 2, а) состоит из корпуса 4, который крепится к фланцу ахтерпиковой переборки при помощи шпилек 7. Внутри корпуса сальника находится набивка 3, которая уплотняется нажимной втулкой 6 с помощью гаек 5. Вспомогательный сальник может быть уплотнен специальным латунным кольцом 1, осевое перемещение которого обеспечивается одновременным повертыванием трех латунных винтов 2.

Конструкция выносного отдельно закрепляемого сальника нерациональна, так как перегружает дейдвудное устройство и сам сальник дополнительными нагрузками из-за нарушения центровки осевой сальниковой набивки и вала.

Широкое распространение на судах получила конструкция сальника, показанная на рис. 2, б. Отдельная сальниковая втулка 5 вместе с набивкой 4 полностью утоплена в дейдвудную трубу 3, благодаря чему увеличивается жесткость уплотнения и улучшается работа сальникового узла. Равномерное поджатие сальника осуществляется вращением одной из шести ходовых шестерен 1, связанных между собой зубчатым колесом 2.

В рассмотренной конструкции, как и во многих других, не предусматриваются вспомогательные сальники и, следовательно, исключается возможность перебивки сальника на плаву без дифферентовки судна. В этом случае представляет интерес уплотнение "Пневмостоп" (рис. 3) ледокола типа "Киев", которое устанавливается в кормовой части сальниковой коробки.
В корпус 1 носовой дейдвудной втулки вставляется до упора водораспределительное кольцо 2, которое уплотняется двумя резиновыми кольцами 5 и стопорится винтами 9. Водораспределительное кольцо имеет проточку для размещения в нем резинового кольца 3 (пневмостопа) с бронзовым внутренним кольцом жесткости 4.
Пневмостоп закрепляется крышкой 8 и болтами 7, после которых расположено пространство для набивки сальника. При необходимости прекращения доступа воды в корпус нужно подать воздух под давлением по каналу 6 в теле дейдвудной втулки внутрь фигурного резинового кольца пневмостопа, которое обожмет вал. При нормальной работе зазор между пневмостопом и гребным валом находится в пределах 3-3,5 мм, благодаря чему исключается их контакт.

Или гребное колесо). Передача вращения от главной машины судна (паровой поршневой машины, двигателя Дизеля, паровой турбины) движителю осуществляется при помощи нескольких соединенных между собой валов, совокупность которых называется линией вала . Фиг. 1 дает расположение отдельных частей, составляющих линию вала (для винтового судна): 1 - гребной вал; 2 - дейдвудный вал (в одновинтовых судах гребной вал является в то же время и дейдвудным); 3 - промежуточный вал; таких валов может быть несколько, называют их также коридорными, по месту их расположения; 4 - упорный вал; кроме того, к линии вала относится коленчатый вал поршневой машины, не показанной на фиг.; в турбинных установках без передачи коленчатый вал заменяется валом турбины, а в турбинных установках с передачей - валом, несущим большую шестерню.

Кроме перечисленных, необходимыми принадлежностями линии вала являются: 1) сальник дейдвудного вала, устраиваемый в месте прохода дейдвудного вала через переборку и препятствующий прониканию забортной воды вдоль дейдвудного вала внутрь судна; 2) опорные подшипники (фиг. 2), служащие для поддержания собственного веса валов и в то же время являющиеся направляющими опорами при передаче упорному подшипнику осевого давления, развиваемого винтом; каждый промежуточный вал обычно покоится на двух опорных подшипниках; 3) упорный подшипник, прочно соединенный при помощи особого фундамента с корпусом судна и служащий для передачи судну осевого усилия, развиваемого винтом и сообщающего судну движение.

Линия валов должна представлять собой правильную прямую линию, т. к. всякий излом этой линии (угол между двумя жестко соединенными друг с другом валами) при вращении валопровода будет вызывать нагревание и износ подшипников.

На фиг. 3, представляющей гребной вал (который в то же время является и дейдвудным) одновинтового судна: а - гребной вал; б - чугунная дейдвудная труба, один конец которой крепится к переборке судна, а другой - к ахтерштевню судна; в - бакаутовые вкладыши, служащие подшипниками, на которых лежит дейдвудный вал; г - бронзовая облицовка (непрерывная); д - дейдвудный сальник.

Если облицовка не сделана непрерывной, то вал, лишенный металлической облицовки, часто защищают от действия морской воды специальной облицовкой из резины. Из характерных деталей линии вала необходимо отметить еще упорный подшипник. До появления подшипника системы Мичеля (Michell) упорными подшипниками исключительно служили или подшипники со скобами системы Модслея (фиг. 4) или (для малых судов) подшипники с кольцевыми выточками, состоящие из двух половин.

В подшипниках этих систем удельное давление допускается в пределах от 3 до 6 кг/см 2 , и вал имеет несколько упорных колец. Разработанный Мичелем, на основании новой теории смазки, подшипник дал возможность поднять удельное давление до 25 кг/см 2 , вследствие чего оказалось возможным ставить на валу только одно кольцо; конструкция подшипника весьма компактна. Сущность устройства, которое допускает такие высокие удельные давления, состоит в следующем (фиг. 5):

между подшипником L и упорным кольцом R имеются упорные подушки z, которые опираются лишь в одной точке на болты а. Когда кольцо начинает вращаться, то смазочное масло, приходя в движение, отодвигает подушки и удерживает их в наклонном положении по отношению к кольцу, причем наружные концы подушек отодвигаются от упорного кольца дальше, чем внутренние. В образующиеся между кольцом и подушками клинообразные пространства непрерывно поступают все новые количества смазки, и, таким образом, трущиеся металлические поверхности нигде не соприкасаются.

Конструкция и расчет . При определении прочных размеров валов коммерческих судов приходится пользоваться теми формулами и нормами, которые дают классификационные общества. В СССР наряду с правилами «Регистра Союза ССР» применяются правила Английского Ллойда, Германского Ллойда и Бюро Веритас. Размеры валов, определенные по правилам этих обществ, довольно близко подходят друг к другу. Для расчета по правилам Английского Ллойда служат следующие формулы. Промежуточные валы для судов с паровой поршневой машиной:

где d – диаметр промежуточного вала в мм, D – диаметр цилиндра низкого давления в мм, S – ход поршня в мм, WP – рабочее давление в котлах в кг/см 2 , r – отношение площади поршня цилиндра низкого давления к площади поршня цилиндра высокого давления, с - коэффициент, даваемый табл. 1.

Диаметр коленчатого вала д. б. не меньше 1,05d; диаметр гребного вала - не меньше, чем d + P/c, где Р - диаметр винта в мм, а с - коэффициент, равный 144, если бронзовая облицовка вала непрерывная, и 100, если облицовка не является непрерывной. Диаметр упорного вала в районе между упорными кольцами должен быть не меньше 1,05d; от упорных колец к муфте диаметр упорного вала м. б. сведен путем постепенного перехода к диаметру, равному диаметру дейдвудного вала (не несущего винт) - не меньше 1,05d. Если вал подвержен действию морской воды, то его диаметр д. б. не меньше 1,075d. Для судов с паровыми турбинами диаметр промежуточных валов должен быть вычислен по следующей формуле:

где S - максимальное число л. с. на валу, развиваемых турбиной, R - число об/мин., F - коэффициент, для океанских судов равный 64, для речных и озерных - 58. Диаметр вала, при турбинах с зубчатой передачей д. б. не меньше 1,05d-1,1d, в зависимости от числа и расположения малых шестерен. Для судов с дизелями диаметр промежуточного вала д. б. не меньше

где D - диаметр цилиндра в мм, S - ход поршня в мм, с - коэффициент, который берется из табл. 2 путем интерполирования в зависимости от величины коэффициента А, вычисляемого по формуле:

где W - полный вес махового колеса в кг, dw - диаметр махового колеса в мм, R - число об/мин., D - диаметр цилиндра в мм, S - ход поршня в мм.

Если ход поршня не меньше 1,2 и не больше 1,6 диаметра цилиндра, то вместо выражения м. б. взято выражение 0,735·D+0,273·S. Вычисление диаметра коленчатого вала дизелей производится по следующей формуле, при условии, что максимальное давление в цилиндре не выше 35 кг/см 2:

где D - диаметр цилиндра в мм, S - ход поршня в мм, и h - расстояние в мм между внутренними кромками подшипников, на которых лежит колено вала. Значения коэффициентов А и В берутся из табл. 3.

Вышеприведенные формулы дают минимальные, требуемые Английским Ллойдом, размеры валов. Для судов военного флота, где конструктор не стеснен предписаниями страховых обществ, размеры валов определяются по обычным формулам сопротивления материалов. Коленчатый вал, подвергающийся одновременному действию изгиба и кручения, рассчитывается по формуле Сен-Венана (Saint-Venant):

где R изг. - допускаемое напряжение на изгиб, W - момент сопротивления, М изг. и М кр. - соответственно изгибающий и крутящий моменты. Вместо формулы Сен-Венана, построенной на теории прочности, предполагающей, что причина разрушения тел кроется в величине наибольших деформаций сжатия или растяжения, применяется в Англии и входит в употребление в других странах формула:

Эта формула построена на допущении, что причиной разрушения являются возникающие в теле наибольшие деформации сдвига. Очень часто расчет ведется по формулам, учитывающим только касательные напряжения, а именно:

где d - диаметр вала, d 1 - внутренний диаметр вала, если вал пустотелый, M t - крутящий момент, N - число индикаторных л. с. машины, n - число об/мин., R t - допускаемое напряжение на сдвиг, которое берется в следующих пределах: 240-320 кг/см 2 (для товарных и пассажирских судов), 350-400 кг/см 2 (для военных судов тяжелой постройки), 400-480 кг/см 2 (для военных судов легкой постройки), 480-580 кг/см 2 (для миноносцев). Расчет промежуточных валов, работающих гл. обр. на скручивание, производится по указанным выше формулам (1), (2), (3).

В случае турбинной установки под N понимается число эффективных л. с., передаваемых валом. R t берется на 10-15% больше, чем в коленчатых валах; при турбинных установках R t берется: 420-450 кг/см 2 (для коммерческих судов), 500-650 кг/см 2 (для броненосцев и крейсеров) и 750-850 кг/см 2 (для миноносцев). Очень большое влияние на прочность валов имеют крутильные колебания, возникающие в валопроводе при работе машины. В случае резонанса, т. е. совпадения периода собственных колебаний валопровода с периодом действующих сил, в валах могут получиться опасные напряжения, вызывающие их поломку. Определение числа собственных колебаний валопровода и сравнение его с числом оборотов машины дают возможность определить, насколько близко лежат эти пределы. В случае их совпадения, чтобы избежать резонанса, приходится или менять число оборотов машины или изменять размеры валопровода. Крутильные колебания, возникающие в валопроводах, опасны еще и в том отношении, что вал, закручиваясь то в одном то в другом направлении, периодически меняет напряжение, что в конечном результате при соответствующих значениях напряжения может вызвать явление «усталости» материала и повести к поломке.

Гребной вал отковываются из болванок, отлитых из сименс-мартеновской стали. Чтобы обеспечить поковку от следов усадочных раковин, вес болванки, предназначаемой для вала, определяют с таким расчетом, чтобы ее прибыльная часть, составляющая 30-40% от общего веса, осталась неиспользованной; это относится к случаю, когда стальная болванка отливается обычным способом. Если же при отливке болванки будут приняты особые меры для уменьшения размеров усадочной раковины (подогрев прибыльной части, отливка с насадкой, выложенной огнеупорным кирпичом, прессование жидкой стали), то в таком случае размеры неиспользованной прибыльной части болванки соответственно уменьшаются. Размер болванки в поперечном сечении должен быть таков, чтобы была обеспечена надлежащая проковка вала; считается достаточным, если площадь сечения откованного вала составляет не более 20% от площади поперечного сечения выбранной болванки. Большие судовые гребные валы отковываются под гидравлическими или парогидравлическими прессами, причем мощность пресса в 3000 т достаточна для проковки самых больших валов. Колена в коленчатых валах располагают в поковке сначала в одной плоскости; надлежащее их взаимное расположение под разными углами, согласно чертежу, достигается путем скручивания в нагретом состоянии соединительных между отдельными коленами частей вала. Валы обрабатываются резанием на станках со всех сторон; припуск на обработку зависит от размеров вала и колеблется от 5 до 30 мм на сторону. Судовые гребные валы изготовляются из стали качества обыкновенной углеродистой с временным сопротивлением на разрыв в 40-50 кг/мм 2 . В некоторых случаях коленчатые валы двигателей внутреннего сгорания (например, дизелей) предпочитают делать из специальной стали - никелевой или хромоникелевой, т. к. эти сорта стали являются более стойкими при работе изделия, когда возможны удары и вибрации.

По отковке валы простой углеродистой стали подвергают отжигу, причем температура нагрева должна соответствовать содержанию углерода в стали; валы из специальных сортов стали подвергаются также по отковке соответствующей составу стали термической обработке. Пробы для испытания качества металла отбирают от концов вала после отжига или окончательной термической обработки; от малых валов (весом до 10 т) пробы берут с одного конца; от валов весом свыше 10 т пробы берут с двух концов. Облицовка дейдвудного вала отливается из бронзы состава: красной меди 86%, олова 10% и цинка 4%. Облицовка насаживается на вал нагретой или под прессом и должна удерживаться трением; крепление ее к валу винтами или гужонами не допускается.

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.

0

Валопровод на судне служит для передачи энергии от главного двигателя к движителю. Валопровод включает валы, подшипники и гребной винт. Упор от винта на корпус судна также передается через валопровод.

В состав валопровода входят упорный вал, несколько промежуточных валов и гребной вал, которые вращаются соответственно на упорных, опорных и дейдвудных подшипниках. Дейдвудная труба с обеих сторон уплотняется сальниками. Все элементы валопровода показаны на рис. 11.1.

Упорные подшипники. Эти подшипники служат для передачи упора, возникающего при работе винта, на корпус судна, поэтому упорный подшипник должен иметь прочную конструкцию и быть установлен на достаточно жесткой опоре. Подшипник может выполняться отдельно или составлять единую конструкцию с главным двигателем. Подшипник должен быть рассчитан на передачу упора при переднем и заднем ходе, а также на различные нагрузки, включая аварийные.

Корпус автономного упорного подшипника (рис. 11.2) состоит из двух половин, соединяемых точными болтами. Упорная нагрузка воспринимается упорными подушками, благодаря которым можно изменять угол наклона. Эти подушки устанавливают в направляющих или на опорах и облицовывают белым металлом. В показанной на рис. 11.2 конструкции упорные подушки занимают три четверти окружности и передают весь упор на нижнюю часть корпуса подшипника. В других конструкциях упорные подушки расположены по всей окружности. Масло, увлекаемое упорным гребнем, при помощи скребка снимается с него и направляется к распорке, удерживающей подушки. Отсюда масло струей направляется к подушкам и подшипникам. Упорный вал имеет фланцы, при помощи которых он болтами крепится к фланцам валов двигателя или редуктора или к фланцу промежуточного вала.

В тех случаях, когда упорный подшипник является частью главного двигателя, корпус подшипника составляет продолжение фундаментной рамы, к которой он крепится болтами. Принудительная смазка этого подшипника осуществляется от системы смазки двигателя, а в остальном конструкция подшипника такая же, как и у независимого подшипника.

Рис. 11.1. Схема валопровода:

1 -дейдвудные подшипники, поддерживающие вал и винт; 2 - кормовая втулка; 3 - носовая втулка (устанавливается не всегда); 4 - дейдвудная труба; 5 - гребной вал; 6 - ахтерштевень; 7 - переборка ахтерпика; 8 - промежуточный вал; 9 - опорные подшипники (устанавливаются не всегда); 10 - упорный вал; 11 - двигатель внутреннего сгорания, непосредственно передающий мощность на гребной вал; 12 - двигатель внутреннего сгорания или турбина с передачей мощности на вал через редуктор; 13 - главный двигатель; 14 - автономный упорный подшипник, служащий для передачи упора винта на корпус судна; 15 - промежуточные опорные подшипники, поддерживающие вал снизу; 16 - кормовой опорный подшипник, поддерживающий вал сверху и снизу; 17 - дейдвудный сальник в машинном отделении; I - мощность двигателя; II - упор винта

Опорные подшипники. Не все опорные подшипники валопровода имеют одинаковую конструкцию. Крайний кормовой опорный подшипник имеет как нижний, так и верхний вкладыш, так как он должен воспринимать и массу винта и вертикальную составляющую упора при работе винта, направленную вверх. Другие опорные подшипники служат лишь для поддержания массы вала и поэтому имеют только нижние вкладыши.

Один из средних опорных подшипников вала показан на рис. 11.3. Обычный для подшипников вкладыш заменен здесь по душками на шарнирной опоре.

Рис. 11.2. Упорный подшипник:

1 - указатель уровня масла; 2 - масляный скребок; 3 - упорный гребень 4 - дефлектор; 5 - вал; 6 - стопор упорных подушек; 7 - упорная подушка; 8 - змеевик охлаждения; 9 - вкладыш опорного подшипника

Рис. 11.3. Опорный подшипник:

1 - масляное кольцо; 2 - масляный скребок; 3 - дефлектор; 4 - шарнирные опорные подушки

Такие подушки лучше воспринимают перегрузки и способствуют сохранению масляного клина достаточной толщины. Смазка осуществляется из масляной ванны, расположенной в нижней части корпуса. При помощи кольца, опущенного в ванну, масло при вращении вала увлекается вверх и поступает на смазку. Охлаждается масло в холодильнике трубчатого типа, помещенном в ванне, через которую пропускается забортная вода.

Дейдвудные подшипники выполняют две основные функции: поддерживают гребной вал; выполняют роль сальника, который предотвращает попадание забортной воды вдоль вала в машинное отделение. В дейдвудном подшипнике в качестве облицовки ранее применялось бакаутное дерево (отличающееся особо высокой плотностью), а смазка осуществлялась забортной водой. В применяемых в последнее время подшипниках используются залитые белым металлом вкладыши, смазываемые маслом. Одна из таких конструкций подшипника показана на рис. 11.4.

Масло подается к втулке подшипника через наружные каналы, расположенные аксиально, и через радиальные боковые отверстия с двух сторон во внутренние аксиальные каналы. В торцовой части втулки масло выходит и направляется к насосу и маслоохладителю. В системе смазки имеются два напорных масляных бака, причем для поддержания системы в рабочем состоянии в случае выхода из строя масляного насоса достаточно использовать один масляный бак.

Рис. 11.4. Кормовой дейдвудный подшипник, смазываемый маслом:

I - подвод масла; II - отвод масла; III - слив масла через клапан слива

На каждом из баков устанавливается аварийная сигнализация, предупреждающая о снижении уровня масла ниже допустимого.

На наружном и внутреннем концах гребного вала установлены специальные уплотнения. Давление в системе смазки устанавливается несколько выше статического давления забортной воды, чтобы предотвратить попадание воды в дейдвудную трубу, если уплотнение будет повреждено.

Валы валопровода. В составе валопровода на участке между упорным и гребным валом, в зависимости от расположения на судне машинного отделения, может быть один или несколько промежуточных валов. Все валы цельнокованые стальные с выполненными заодно фланцами соединяются при помощи кованых стальных точных болтов. Каждый промежуточный вал имеет фланцы с обеих сторон и, если он опирается на подшипник, в этом месте его диаметр увеличен.

На гребном валу также имеется фланец для соединения его с промежуточным валом. Другой конец гребного вала имеет коническую форму, которая соответствует коническому отверстию в ступице гребного винта. На конце конического хвостовика вала расположена резьба для гайки, которой гребной винт крепится к валу.

Используемая литература: "Основы судовой техники"

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.