Модуль 2.1
2.1.1. Судовой валопровод: назначение, состав и основные элементы
Валопровод предназначен для передачи вращающего момента ГД движителю, восприятия осевой силы и передачи ее корпусу судна с целью обеспечения его движения. От надежной работы валопровода зависит эффективность и безопасность эксплуатации судна (особенно одновинтового).
Состав валопровода, его длина и число валовых линий обусловлены: типом, мощностью и расположением ЭУ; требованиями, предъявляемыми к ЭУ (надежность, маневренность и пр.); условиями размещения, обслуживания, проведения монтажных и ремонтных работ.
В состав валопровода входят следующие элементы: валы и их соединения, опорные и упорные подшипники, дейдвудные устройства и переборочные уплотнения, специальные устройства и механизмы, вспомогательное оборудование. При этом, если отдельные элементы (например, упорный подшипник с упорным валом и пр.) встроены в ГД, они в состав валопровода не включаются.
На рис. 2.1.1, а и б дана схема расположения валопровода одно- и двухвальных СЭУ. На кормовом конце гребного вала закреплен гребной винт. На выходе из корпуса судна установлено дейдвудное устройство, состоящее из дейдвудной трубы, жестко соединенной с корпусом, опорных подшипников и сальниковых уплотнений. Оно препятствует попаданию забортной воды в машинное отделение (МО) или в коридор гребного вала.
Длина гребного вала может достигать 30 м. Поскольку по условиям металлургического производства невозможно изготовить цельную заготовку такой длины, ее делят примерно на две равные части. Носовая часть, проходящая через дейдвудную трубу, называется дейдвудным валом, а кормовая - гребным валом. Такое сочетание валов характерно для двухвальпых судов с острыми обводами кормовой оконечности. В этом случае кормовая часть дейдвудной трубы заканчивается короткой втулкой - мортирой, в которой размещен опорный подшипник для дейдвудного вала; гребной вал опирается на подшипник кронштейна.
Гребной и упорный валы соединяются посредством промежуточных валов. При выборе их длины для конкретного судна необходимо учитывать следующее: удобство проведения погрузочно-разгрузочных, сборочных и демонтажных работ; местоположение опорных подшипников; унификацию заготовок валов, технико-экономическую целесообразность изготовления заготовок и обработки валов; данные расчета центровки валопровода.
На судах также применяют валопроводы с одним промежуточным валом (кормовое расположение МО) или без него (малые суда, катера). Промежуточные валы опираются на один или два опорных подшипника. Если вал опирается на один подшипник, то для проведения монтажных работ применяют монтажный подшипник.
Рис. 2.1.1. 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; 6 - промежуточный вал;
8 - переборочное уплотнение; 9 - проставочный вал; 10 - монтажный подшипник; 11 - валоповоротное устройство; 12 - ГУП; 13 - ГД;
б - двухвальной:
1 - гребной винт; 2 - кронштейн; 3 - гребной вал; 4 - глухое коническое соединение; 5 - мортира; б, 8 - кормовой и носовой подшипники дейдвудного вала; 7 - дейдвудная труба; 9 - дейдвудный сальник; 10 - дейдвудный вал; 11 - соединительная полумуфта;
12 - тормозное устройство; 13 - монтажный подшипник;
14 - промежуточный вал (ВУВ); 15 - опорно-упорный подшипник;
16 - линия вала левого борта; 17 - быстроразъемное соединение;
18 - проставочный вал; 19 - переборочное уплотнение; 20 - ГУП;
21 - ГД; 22 - торсиометр.
Упорный вал соединяется с промежуточными валами через фланец одного из валов, изготовленный с припуском (обрабатывается по замерам на месте), или через проставочный вал. Такое соединение позволяет компенсировать неточности корпусных конструкций, облегчить монтажные и ремонтные работы, унифицировать заготовки промежуточных валов. Кроме того, проставочный вал проектируют как слабое звено, которое может выйти из строя при ударе гребного винта о лед или в другом случае перегрузки валопровода.
Упорный вал предназначен для восприятия реакции упора двигателя и передачи ее корпусу судна через ГУП. В зависимости от принятой схемы ГУП может быть встроен в ГД, в редуктор или размещен в отдельном корпусе.
В многовальных установках быстроходных судов кормовые опорные подшипники промежуточных валов выполняют в виде опорно-упорных. В этом случае вал называется вспомогательным упорным (ВУВ). При нормальной эксплуатации работают опорные части подшипника, а при аварии - упорные (например, в случае поломки одного из ГД). Для возможности движения судна при работе остальных ГД с жесткой передачей и с целью снижения потерь в подшипниках валопровода предусмотрено разобщение валопровода от движителя через быстроразъемиое соединение.
Упорные подушки ВУВ имеют значительно меньшую поверхность, так как воспринимают реакцию нагрузки свободно вращающегося винта. Поэтому во избежание подплавления при нормальной эксплуатации эти подушки должны быть отведены от упорного гребня на 10-20 мм с помощью червячной передачи, смонтированной на корпусе подшипника.
Самым коротким валопровод будет при кормовом расположении МО, либо при центральном или носовом расположении - в случае использования электрической передачи. При любом другом расположении МО и других типах передач длина валопровода может достигать 90-100 м. В этих случаях валопровод прокладывают через грузовые помещения в водонепроницаемом туннеле от кормовой переборки МО до носовой переборки ахтерпика. Туннель защищает валопровод от возможных повреждений при проведении грузовых работ, однако уменьшает полезный объем судна и создает неудобства при выполнении грузовых работ.
Габариты туннеля (коридора гребного вала) должны быть достаточными для обслуживания и проведения монтажных и ремонтных работ (свободный проход между поручнями и переборкой туннеля не должен быть меньше 500 мм). В местах выхода валопровода через кормовую переборку МО, а также через другие водонепроницаемые переборки ставят переборочные водонепроницаемые сальники. Отсеки отделяют водонепроницаемыми дверями, которые закрываются со стороны МО. Для безопасного обслуживания вращающегося валопровода его ограждают поручнями. Коридор оборудуют двумя выходами - один в МО, другой в районе дейдвудной трубы через специальную вертикальную шахту на верхнюю палубу.
1 - обтекатель; 2 - лопасть гребного винта; 3 - ступица гребного винта; 4 - кронштейн; 5 - гребной вал; 6 - дейдвудное устройство; 7 - промежуточный вал; 8 - опорный подшипник; 9 - тормоз; 10 - упорный подшипник; 11 - упорный вал; 12 - вал главного двигателя.
Основными элементами валопровода являются:
Гребной вал;
Промежуточные валы;
Главный упорный подшипник;
Опорные подшипники;
Дейдвудное устройство.
ДЕЙДВУДНЫе ТРУБы И ОБЛИЦОВКи
В качестве дейдвудных подшипников применяют подшипники скольжения с водяной или масляной смазкой, устанавливаемые в дейдвудной трубе. Дейдвудная труба крепится носовым концом к последней ахтерпиковой переборке, а другим - к кормовой оконечности корпуса, например в отверстии мортиры.
В настоящее время в судостроении широко применяют два конструктивных типа неметаллических подшипников с охлаждением и смазкой водой: наборные из отдельных вкладышей и монолитные в виде цилиндрических втулок.
Для изготовления втулок дейдвудных подшипников, работающих в морской воде, используют коррозионно-стойкие материалы: латуни ЛЦ40Мц1,5, ЛЦ40МцЗЖ, ЛЦ16К4, бронзы БрА9Мц2Л, БрОЮЦ2 и ряд других латуней и бронз. В качестве антифрикционного материала для вкладышей неметаллических подшипников применяют бакаут, текстолит, резину, ДСП, полиамиды; для металлических подшипников - баббит. Характеристики неметаллических материалов приведены в табл. 6.2. Бакаутом называют древесину гваякового (железного) дерева.
Судовые движители.
Движителем наз. такое судовое устройство, которое, используя работу двигателя, создает в воде упор – силу, способную двигать судно в заданном направлении.
Движители делятся на:
Лопастные - гребные винты, крыльчатые движители, гребные колеса;
Водометные.
Гребной винт (рис.7) имеет от 3 до 6 лопастей, установленных радиально на ступице. Поверхности лопастей, обращенные в нос судна наз. засасывающими , обращенные в корму-нагнетающими. Различают винты правого и левого вращения. Для повышения эффективности гребных винтов применяют направляющие насадки и пропульсивные наделки на руль. Направляющие насадки бывают неподвижными и поворотными, применяются на больших и малых судах. Пропульсивная наделка на руль упорядочивает поток воды за ступицей и повышает КПД винта, а также улучшает условия руля.
Рис.7 Винт
Винт регулируемого шага (ВРШ) имеет лопасти, поворачивающиеся вокруг их вертикальной оси. Их можно устанавливать под любым углом, образуя шаг,необходимый для данного режима работы судна. ВРШ позволяет не только использовать двигатель судна в разных условиях эксплуатации, но и удерживать его на месте, не выключая двигатель.
Рис. 10. Винт регулируемого шага ,
/ - ползун; 2-шатун; 3 - кривошипный диск; 4 - шток; 5-поршень! 6-золотниковый регулятор; 7 -привод управления; 8 - масляный насос; 9 - электродвигатель; 10 - масляная цистерна.
По способу соединения лопастей со ступицей различают гребные винты цельные и со съемными лопастями. Широкое распространение получили гребные винты регулируемого шага (ВРШ), у которых шаг лопастей можно изменять путем их поворота на ходу судна. Число лопастей гребных винтов современных транспортных судов изменяется в пределах от трех до шести, редко - более.
Диаметр гребных винтов современных судов большого водоизмещения достигает 10 м и более.
Крыльчатый движитель представляет собой диск, вмонтированный заподлицо с днищевой обшивкой и приводящийся во вращение вокруг вертикальной оси судовым двигателем. По окружности диска перпендикулярно к нему расположены 4-8 погруженных в воду лопастей, каждая из которых вращается вместе с диском, а также вокруг своей оси.
Водометные движители
Водометный катер «Мурена»
На катере предусмотрена установка одноступенчатого водометного движителя. Основными его деталями являются: водозаборник с защитной решеткой на входе и фланцем для крепления движителя к транцу катера; четырехлопастной ротор, имеющий дисковое отношение A/Ad = 0,8, диаметр 189 и шаг 190 мм; сопло с вмонтированным в него спрямляющим аппаратом; реверсивно-рулевое устройство и гребной вал с подшипниками и дейдвудным уплотнением.
1 - гребной вал; 2 - крышка корпуса дейдвудного подшипника; 3 - сальник Ø 20X42X11; 4 - гайка М8, 10 шт.; 5 - шайба 8, 10 шт.; 6 - прокладка; 7 - подшипник № 46205; 8 - пресс-масленка; 9 - сальник Ø 25X47X11, 2 шт.; 10 - корпус дейдвудного подшипника; 11 - водозаборник; 12 - корпус смотрового лючка; 13 - гайка-барашек М10, 2 шт.; 14 - крышка лючка; металл, пенопласт, стеклопластик; 15 - статор (кольцо с фланцем); 16 - болт М8X70, 6 шт.; 17 - шплинт 2,5X45; 18 - гайка-обтекатель; 19 - реверсивно-рулевое устройство; 20 - резино-металлический подшипник; 21 - винт М4X12; 22 - гайка М24X1; 23 - стопорная шайба; 24 - сопло - спрямляющий аппарат; 25 - ротор; 26 - шпонка Б 8X50; сталь 2X13; 27 - заполнитель - пенопласт; 28 - приформовка, стеклопластик; 29 - винт М6Х12, 8 шт.; 30 - полоса защитной решетки 3Х18; 31 - планка 4X20X150, 2 шт.; 32 - штуцер - водозаборник системы охлаждения двигателя; 33 - штуцер вентиляции ротора; 34,35 - фланцы; 36 - ступица спрямляющего аппарата; 37 - лопатка спрямляющего аппарата; 38 - насадка реверсивно-рулевого устройства; 39 - шпилька М8X24; 40 - обтекатель.
Судовые устройства.
Служат для обеспечения необходимых эксплуатационных и навигационных качеств судна. К основным судовым устройствам, которыми оборудуют почти все суда, относятся: рулевое,якорное, швартовное, кранцевое, шлюпочное, грузовое, буксирное, леерное, тентовое и др.
Рулевое и подруливающее устройство.
Рулевое устройство, в состав которого входят руль и привод руля, предназначено для управления судном.
Руль состоит из пера и баллера. Перо - это плоский или двухслойный обтекаемый щит с внутренними подкрепляющими ребрами. Баллер - это стержень, при помощи которого поворачивают перо руля. Различают: обыкновенные рули, балансирные рули, полубалансирные рули.
Рис.12 Рулевое устройство с электрическим приводом:
а - расположение рулевого устройства.
1 - рулевая машина; 2 - рулевой штырь; 3 - полубалансирный руль; 4 - баллер руля.
b - секторная рулевая передача с электрическим приводом.
1 - ручной штурвальный привод (аварийный привод); 2 - румпель; 3 - редуктор;
4 - рулевой сектор; 5 - двигатель; 6 - пружина; 7 - баллер руля;
8 - профильный фигурный руль; 9 - сегмент червячного колеса и тормоза; 10 - червяк.
Рис.13 Рулевое устройство с гидравлическим приводом:
а - схема гидропривода рулевого устройства типа Атлас с телемоторами;
b - поршень гидравлической рулевой машины.
1 - подключение к бортовой сети; 2 - кабельные соединения; 3 - запасная канистра;
4 - рулевой насос; 5 - рулевая колонка с датчиком телемотора; 6 - индикаторный прибор;
7 - приемник телемоторов; 8 - двигатель; 9 - гидравлическая рулевая машина;
10 - баллер руля; 11 - датчик указателя положения руля.
Рис. 7.14. Схема рулевого устройства
1,2- втулки баллера; 3 - компенсирующее кольцо; 4 - упорный подшипник баллера; 5 - бугель; б - масленка; 7 - гельмпортова труба; 8 - резиновое кольцо; 9 - уплотнение ра; 10 - пятка ахтерштевня; 11 - упор; 12 - штырь; 13- облицовка штыря; 14 - втулка бронзовая; 15 - баллер; 16 - перо руля; 17 - рулевая машина
Привод руля состоит из механизмов и устройств, предназначенных для перекладки руля на борт. В их число входят рулевая машина, рулевой привод. Рулевую машину обычно размещают в специальном румпельном отделении. Передача на руль усилий. Развиваемых в рулевой машине, осуществляется с помощью рулевого привода . Различают румпельный, секторный и винтовой приводы.
Привод управления рулевой машины (рулевая передача) служит для передачи команд из рулевой рубки на рулевую машину.
Дополнительные средства управления:
Носовой руль;
Активный руль;
Поворотная насадка;
Подруливающее устройство.
Рулевая машина состоит из следующих основных конструктивных узлов: привода к баллеру (румпель, гидравлические цилиндры, плунжеры, ползуны); насосов постоянной или переменной производительности; электроприводов насосов; аварийного привода; системы управления и масляного трубопровода с ручным насосом, арматурой и баками.
Рис. 17.1. Привод к баллеру руля рулевой машины в четырехцилиндровом
Исполнении
Цилиндры (рис. 17.2) небольших рулевых машин изготовляют цельными, а больших размеров (для упрощения получения заготовки и обработки) - сварными либо собранными из двух частей: цилиндра и донышка.
Рис. 17.2. Цилиндр
Рис. 17.3. Плунжер
Рис. 17.4. Румпель
Основные детали должны обладать высокой прочностью, иметь большую точность взаимного расположения, высокую точность и шероховатость рабочих поверхностей.
Цилиндры, состоящие из двух частей, обрабатывают в следующем порядке. Вначале обрабатывают каждую часть в отдельности с припуском на дальнейшую механическую обработку и торцы под сварку. Чтобы получить высокую точность соосности и параллельности, расточку ведут двух пар цилиндров с проверкой индикатором их установки по поверхности сопряжения с направляющими балками с точностью 0,01 мм. При этом вначале растачивают поверхности первой пары цилиндров, а затем, не изменяя установку шпинделя по вертикали, - второй пары цилиндров одной рулевой машины.
Якорное устройство.
Служит для обеспечения надежной стоянки в море, на рейде и в других местах, удаленных от берега, путем крепления за грунт с помощью якоря и якорной цепи. В его состав входят: якоря (рис.9), якорные цепи (рис.9), якорные машины, якорные клюзы и стопоры.
Рис.9 Якорь, якорная цепь
Якоря различают на становые и вспомогательные .
Основными частями любого якоря являются веретено и рога (лапы).
Якорная цепь служит для крепления якоря к корпусу судна.
Якорными машинами для подъема якоря служат лебедки с горизонтальной осью вращения барабана- брашпили - или с вертикальной осью вращения барабана- шпили.
Рис. 7.13 Схема якорного устройства
1 - якорь; 2 - якорная ниша; 3 - труба якорного клюза; 4 - палубный клюз; 5 - якорная Цепь; б - винтовой стопор; 7 - брашпиль; 8 - труба в цепной ящик; 9 - цепной ящик; 10- зашивка цепного ящика; 11 - привод отдачи коренного конца якорной цепи; 12 - глаголь-гак
Якорно-швартовные шпили бывают одноголовые и двухголовые с вертикальным расположением швартовного барабана и цепной звездочки. Двухпалубные шпили изготовляют в виде отдельных узлов: головки с баллером, привода с редуктором и ручного привода тормоза,- из которых они собираются на стенде и на судне. Однопалубные шпили более компактны - у них отсутствует баллер; все узлы и детали располагаются в одной плоскости, что позволяет изготовлять их в агрегатном виде.
Двухпалубный одноголовый с электрическим приводом якорно-швартовный шпиль (рис. 18.1) включает в себя головку шпиля, состоящую из швартовного барабана 2, надетого на баллер на двух шпонках, и цепную звездочку 3,
. 
Рис. 18.1. Якорно-швартовный двухпалубный шпиль с электрическим
приводом
.
Стопоры предназначены для крепления якорных цепей и удержания якоря в клюзе в походном положении.
Швартовное и кранцевое устройства.
Швартовное устройство служит для обеспечения надежной стоянки судна у пирса или около другого плавучего сооружения (судна, бочки).
В состав входят:
-кнехты- стальные или чугунные тумбы для крепления швартовов на судне;
-клюзы- стальные или чугунные отливки с овальным отверстием в фальшборте для направления швартова к швартовному кнехту;
Лебедки (рис.10) или шпили (рис.11) (паровые, электрические, гидравлические)- предназначены для подтягивания судна к пирсу после закрепления на нем швартовов. Лебедки бывают простые и автоматические.
Чтобы предотвратить повреждения борта при швартовке к причалу, особенно при швартовке судов друг к другу в открытом море на волнении, на судах предусматривают кранцевое устройство - мягкие или деревянные подушки, вываливаемые за борт или закрепленные постоянно на борту в местах, наиболее подверженных ударам.
Спасательные средства.
Спасательные средства - это совокупность предусмотренных на судне средств спасания пассажиров и экипажа, включающая:
§ шлюпочное устройство , предназначено для спасения людей в случаи гибели судна, а также для сообщения с берегом и другими судами. В состав входят: спасательные шлюпки (рис.12), плоты, капсулы , рабочие шлюпки, разъездные катера, шлюпбалки ;
§ спасательные плоты ;
§ плавучие приборы и спасательные средства индивидуального пользования.
Рис.12 спасательные шлюпки.
Грузовые устройства.
Предназначены для выполнения погрузочно-разгрузочных работ судовыми средствами. В состав грузовых устройств на сухогрузных судах входят стрелы или краны, закрытия грузовых люков и средства внутритрюмной механизации.
Рис. 23 Грузовые мачты: а) – одиночная; б) – Л-образная; в) – П-образная
Буксирные устройства буксирных судов.
Буксирное устройство , устанавливаемое на буксирных и спасательных судах, предназначено для буксировки несамоходных судов и плавсредств, а также самоходных судов, потерявших возможность двигаться своим ходом.
В состав входят:
Буксирная лебедка,
Гак, или направляющий блок,
Буксирная дуга,
буксирный клюз и ограничители буксирного троса.
Специальные устройства (например, передачи грузов, рыбопромысловые, научно-исследовательские и т.п.).
Арматура судовых трубопроводов служит для пуска и выключения системы, разобщения отдельных ее участков, регулирования количества и давления рабочей среды, изменения направления ее движения. Арматуру разделяют на краны, клапаны, клинкеты , захлопки и заслонки.
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.
Главное назначение валопровода - передавать крутящий момент от главного двигателя гребному винту (движителю), а также воспринимать и передавать корпусу судна упор, создаваемый гребным винтом. Количество валопроводов на судах может быть от одного до трех. На некоторых катерах применяют четырехвальные установки. Для лучшей работы гребного винта валопровод устанавливают с наклоном в корму (до 5°). В трехвальных установках, а иногда и в двухвальных, валы правого и левого бортов могут быть установлены под углом (до 2°) и к диаметральной плоскости судна.
Длина валопровода зависит от размеров судна и места расположения главных двигателей. Валопровод обычно состоит из нескольких частей, жестко соединенных между собой и уложенных на опорные подшипники. Каждая из этих частей в зависимости от назначения имеет свое название.
На рис. 67 показан судовой валопровод, состоящий из упорного вала 17, промежуточных валов 11 и гребного вала 3 с гребным винтом 1. Опорами промежуточных валов служат опорные подшипники 10 и 12, а опорами гребного вала - подшипники (втулки) дейдвудной трубы 6 и кронштейна 2. Дейдвудная труба носовой частью крепится в наварыше 9, а кормовой в мортире 4; ее средняя часть лежит в опорных кольцах 5 и 7. Для обеспечения водонепроницаемости на носовой части дейдвудной трубы установлен дейдвудный сальник 8, а на переборках в местах прохода валопровода - переборочные сальники 16, обеспечивающие водонепроницаемость. Упорный вал 17 соединен с главным двигателем 19 с помощью упорного подшипника 18. В дополнение к нему иногда устанавливают вспомогательный упорный подшипник: 15. Для стопорения вала предусмотрен тормоз 14; в паротурбинных установках для определения мощности, передаваемой на вал, устанавливают торсиометр 13.
Рис. 67. Судовой валопровод.
Гребной вал является концевым валом валопровода и устанавливается в дейдвудной трубе или в специальном кронштейне. Кормовой конец вала, выходящий наружу, выполнен конусным; на него напрессовывают гребной винт. Если предусмотрена установка винта регулируемого шага (ВРШ), то гребной вал вместо конуса имеет фланец для присоединения ступицы ВРШ. Носовой конец гребного вала с помощью муфты соединен с первым промежуточным валом. Соединение гребного и дейдвудного валов часто осуществляют с помощью двух конусов: наружного - на носовом конце гребного вала и внутреннего - в специально утолщенной части кормового конца дейдвудного вала. Установка специальной чеки и плотная посадка конусов обеспечивают совместную работу обоих валов без проворачивания в конусном соединении. Рабочие шейки концевых валов облицованы бронзовыми рубашками, если вал работает во втулках, набранных из планок текстолита или лигнофоля.
Промежуточные валы изготовляются обычно пустотелыми вместе с соединительными фланцами; их соединяют между собой болтами. Каждый промежуточный вал, как правило, лежит на одном опорном подшипнике. Во время монтажа устанавливают так называемый монтажный подшипник. Для опорного и монтажного подшипников на каждом валу предусмотрены шейки, обработанные с большой точностью. Когда в качестве опор применяют роликовые подшипники, то валы имеют съемные муфты для соединения между собой. Это позволяет напрессовать роликовые подшипники на валы.
Назначение опорных подшипников - воспринимать нагрузку от массы валопровода, обеспечивать правильное расположение валопровода но отношению к корпусу судна, а также длительное и надежное вращение валопровода на всех режимах работы главного двигателя. Обычно применяют опорные подшипники скольжения для длинных валопроводов и роликовые подшипники качения для коротких. Валопровод условно считают коротким, если его длина от носовой дейдвудной втулки до кормовой опоры вала двигателя не превышает 22 √d, где d диаметр вала в метрах. Обычно опорный подшипник скольжения имеет литой стальной корпус с горизонтальным разъемом. Нижняя половина корпуса отлита заодно с лапами, которыми подшипник крепится к судовому фундаменту. В нижнюю и верхнюю половину (крышку) корпуса устанавливают вкладыши из двух половин, рабочая поверхность которых залита антифрикционным сплавом. Обе половины подшипника соединяются болтами. Смазка подается в подшипник под давлением. Нагретое масло отводится через отверстия в нижней части корпуса подшипника.
С торцов подшипника устанавливают крышки, имеющие канавки, в которые вставляют фетровые или войлочные полукольца, препятствующие просачиванию масла из подшипника по шейке вала наружу.
Корпус роликового подшипника состоит из двух половин (верхней и нижней), соединенных болтами. В корпусе устанавливается роликовый подшипник. С торцов корпус закрывается крышками с уплотнением. Роликовые двухрядные сферические (самоустанавливающиеся) подшипники выпускаются для валов диаметром до 530 мм, поэтому они в последнее время применяются и для валопроводов с валами большого диаметра. Однако применение таких подшипников ограничено, так как они не имеют разъема. Поэтому их напрессовывают на промежуточный вал (со снятой соединительной муфтой) с торца, что несколько усложняет процесс сборки валопровода. Смазывают подшипники качения обычно консистентными смазками.
Упорный подшипник, как уже отмечалось, воспринимает упор, создаваемый гребным винтом. Существуют различные конструкции главных упорных подшипников. Значительное распространение получили одногребенчатые упорные подшипники (рис. 68). Корпус подшипника отлит из стали и состоит из двух половин - нижней 1 и верхней 12, соединенных по горизонтальному разъему болтами. Сверху корпус закрыт крышкой 10, предназначенной для осмотра подшипника. Крышка закреплена барашками 11. Внутри корпуса расположен упорный вал 8 с упорным гребнем 6, откованным заодно с валом. Заодно с валом откованы также фланцы (на рисунке не показаны) для соединения упорного вала с другими частями валопровода. Вал опирается на бронзовые вкладыши 5, имеющие баббитовую заливку 4. Кольцевые бурты вкладышей, входящие в пазы корпуса подшипника, предохраняют вкладыши от осевого смещения.
Рис. 68. Одногребенчатый упорный подшипник.
С обеих сторон к упорному гребню примыкают упорные подушки (сегменты) 9, расположенные симметрично по его окружности. Каждая подушка со стороны рабочей поверхности залита баббитом, а с обратной стороны в нее плотно запрессованы каленые чечевицы 7. Сферическими поверхностями чечевицы опираются на каленые плоские шайбы 3, в свою очередь запрессованные в полукольца 2, установленные в выточки корпуса. Под полукольца могут быть поставлены прокладки соответствующей толщины, что позволяет регулировать масляный зазор между подушками (сегментами) и упорным гребнем. Для уплотнения упорного вала в местах его выхода из корпуса подшипника предусмотрены крышки с фетровыми или войлочными уплотнительными кольцами, устанавливаемыми в пазах крышек.
Масло к упорному подшипнику поступает под давлением через дроссельный клапан. Охлаждение масла производится с помощью змеевика, расположенного в нижней части корпуса подшипника. Для контроля за режимом смазки в подшипнике предусмотрены термометр, манометр и указатель уровня масла.
Тормоз валопровода предназначен для стопорения валопровода на ходу судна в случае необходимости - например, для устранения повреждений самого валопровода или главного двигателя. Чаще всего применяют тормоз бугельного типа. Он состоит из опорной плиты, укрепленной на судовом фундаменте, и двух тормозных скоб, нижними концами шарнирно соединенных с плитой; внутренняя поверхность скоб облицована лентами из фрикционного материала. Верхняя часть скоб стянута двумя стержнями и обеспечивает плотное прижатие фрикционных лент (скоб) к тормозному фланцу вала валопровода. При нормальной работе валопровода тормозные скобы находятся в отжатом состоянии.
Соединение промежуточных валов между собой, а также промежуточного вала с дейдвудным валом может осуществляться при помощи обычного фланцевого соединения, выполненного заодно с валом; иногда применяют специальные шпоночные муфты, насаженные на концы валов, или бесшпоночные муфты и полумуфты, напрессованные на концы валов гидропрессовым способом. Вал двигателя с валопроводом часто соединяют специальными муфтами: фрикционными, гидравлическими, электромагнитными и шинно-пневматическими.
Переборочные сальники устанавливают в местах прохода промежуточных валов через водонепроницаемые переборки. Они предотвращают проникновение воды из одного отсека судна в другой. Переборочный сальник состоит из корпуса, который крепят на шпильках к приварышу - стальному кольцу, приваренному к переборке. В корпусе переборочного сальника устанавливают грундбуксу и нажимную втулку, а также просаленную пеньковую набивку. Последняя уплотняется нажимным кольцом путем поджатия гаек шпилек, на которых установлен сальник.
Дейдвудное устройство является одним из основных элементов валопровода. Простейшее дейдвудное устройство состоит из трубы с фланцем. В трубу запрессованы втулки с вкладышами. Носовой конец дейдвудной трубы уплотнен дейдвудным сальником. Носовой фланец дейдвудной трубы крепится к стальному приварышу кормовой водонепроницаемой переборки. На кормовом фланце трубы имеется кольцевой выступ, которым он упирается в торец ахтерштевня (или мортиры) и закрепляется снаружи гайкой. Бронзовые втулки, запрессованные внутрь трубы с ее носового и кормового концов, являются подшипниками гребного или дейдвудного вала. Эти втулки могут состоять из двух половин. Кормовая втулка закреплена фланцем на торце дейдвудной трубы; обе втулки упираются в ее внутренние заплечики. Внутри втулок закреплены подшипники, набранные из планок твердой древесины - бакаута. В настоящее время вместо дорогостоящего бакаута иногда применяют вкладыши из древеснослоистого пластика, лигнофоля (пропитанного смолами и спрессованного в горячем состоянии фанерного шпона), текстолита (слоистого пластика, полученного в результате прессования ткани, пропитанной смолами) или специальных резинометаллических планок из водостойкой твердой резины, закрепленных во втулке винтами. В таких подшипниках сама вода является смазочным материалом. Набивку сальника в таких дейдвудных устройствах выполняют из просаленной и прографиченной пеньки специального прядения. В настоящее время внедряются более совершенные дейдвудные устройства с уплотнениями новых типов. Так, оправдало себя уплотнение типа «симплекс», выполняемое в виде манжет из специальной профилированной резины. Оно обеспечивает настолько надежную герметизацию дейдвудной трубы, что удается применить смазку подшипников дейдвуда минеральным маслом под давлением и обеспечить более надежную работу вала в районе подшипников. В этом случае и сами подшипники имеют иную конструкцию; в них применяются металлические антифрикционные материалы.
Причины поломок вала. Гребные или промежуточные валы ломаются относительно редко, гораздо чаще происходит их изгиб.
Естественно, что лопнувший вал не ремонтируют, а заменяют, но во всех случаях необходимо проанализировать характер поломки и выявить ее причину. Важно, чтобы поломка по той же причине не повторилась при дальнейшей эксплуатации установки с новым валом.
Если вал сломался при ударе о подводное препятствие и при этом его скрутило, причем угол закрутки достигает величины φ° = (0,3-0,5)L/d, где L - длина, a d - диаметр вала (см), то причина поломки или в отсутствии предохранительной муфты или в неправильном выборе ее срезного элемента - он слишком прочен.
Может произойти поломка вала без заметного скручивания, а иногда и без видимых внешних причин, причем излом проходит под углом примерно 45° к оси вала и имеет зернистую структуру. В таких случаях причиной излома, как правило, является трещина, проходящая в районе шпоночных пазов или уступов.
Возникновение же трещин объясняется действием усталостных напряжений, появляющихся, когда вал передает помимо основного постоянного крутящего момента от двигателя к винту еще какие-то дополнительные моменты, периодически меняющие направление.
Такие знакопеременные нагрузки возникают, например, из-за неравномерной работы двигателя (чем меньше число цилиндров, тем неравномерность больше) или перебоев в работе одного из цилиндров;
Из-за неравномерного износа или низкого качества изготовления зубчатых передач;
Из-за неправильной установки карданных шарниров;
Из-за появления сил, периодически действующих на каждую из лопастей при пересечении ею следа от кронштейна или дейдвуда либо при прохождении вблизи днища и у кронштейна;
Из-за плохой центровки или изгиба вала.
При правильно выполненной установке относительно корпуса катера и его выступающих частей и правильной установке карданных валов дополнительные напряжения, появляющиеся в валах от знакопеременных нагрузок, как правило, невелики и не могут служить причиной поломки. Поломка вала в этом случае (особенно если диаметр вала выбран минимально допустимым) может произойти только при возникновении резонансных крутильных колебаний. В том случае, когда собственная частота колебаний системы двигатель - вал - винт совпадает с частотами знакопеременных нагрузок, напряжения в валах и амплитуда их колебаний резко увеличивается, возникает резонанс. Внешними признаками возникновения крутильных резонансных колебаний являются: увеличение шумности; появление металлических стуков в шлицевых и шпоночных соединениях, особенно при наличии у них люфтов; усиление шума в зубчатом зацеплении.
В любительских условиях для предохранения валов от поломок из-за возникновения крутильных колебаний целесообразно увеличивать диаметры шеек валов в местах крепления муфт и винта, т. е. усиливать те места, где чаще всего возникают усталостные разрушения. Очень полезна установка упругих муфт (см. «КЯ» № 66), особенно на промежуточном валу. Целесообразно также использовать штатное сцепление автомобильных двигателей, которое оснащено эффективным упругим гасителем крутильных колебаний. При монтаже гребного винта расстояния до днища корпуса катера или дейдвуда и кронштейнами следует делать возможно большими.
При эксплуатации катера следует избегать даже кратковременной работы двигателя на больших нагрузках при перебоях в одном или нескольких его цилиндрах, с погнутым валом либо винтом, так как при этом амплитуда крутильных колебаний резко увеличивается.
Правка вала. Правку погнутых гребных или промежуточных валов лучше всего производить в токарном станке (рис. 1) или в простейшем приспособлении (рис. 2).
1 - индикатор; 2 - брусок (медь, алюминий).
Вынуть гребной вал для проверки и ремонта во многих случаях удается на плаву, если, конечно, не погнут кронштейн опорного подшипника. Для этого обычно сначала снимается перо руля, затем муфта (или полумуфта) отсоединяется от редуктора, вал сдвигается до упора в корпус сальника дейдвуда, муфта спрессовывается с конца вала и вынимается шпонка. После этого на конец вала и корпус сальника надевается резиновая перчатка (мешок из прорезиненной ткани, два-три полиэтиленовых пакета), которая плотно приматывается изолентой к корпусу сальника. Теперь вал с гребным винтом может быть вынут в корму, причем дейдвуд оказывается герметично закрытым. Эту операцию лучше проводить на мелком месте или с низких мостков.
Вынутый вал с винтом устанавливается в центрах токарного станка или на призмы приспособления, которые должны располагаться в районе заднего опорного подшипника и шейки муфты, крепящей его к реверс-редуктору.
При правке вала на токарном станке измерение его биения лучше всего производить при помощи индикатора 1 (см. рис. 1), укрепляя его на салазках продольного суппорта. Можно определить биение и по нониусу поперечного суппорта, последовательно подводя зажатый в резцедержатель брусок 2.
Часто концы валов имеют резьбовые шейки для крепления гребного винта и муфты, которые могут быть погнуты при затягивании гайки. Следует иметь в виду, что нас интересует биение вала относительно его опорных шеек, а не центровых отверстий, расположенных в резьбовых концах. Поэтому биение, прежде всего, необходимо проверить в районе шеек заднего опорного подшипника А и фланца полумуфты В. При этом биение опорных шеек более 0,2 мм указывает на чрезмерный прогиб резьбовых концов вала.
Править этот прогиб нужно, не снимая вал со станка, упором бруска 2 в шейки. При этом перемещение суппорта на первом этапе задается равным прогибу шеек Апр max, который равен половине биения. Далее вновь проверяется биение, определяется новое значение прогиба, и последующее перемещение суппорта задается большим на величину этого нового прогиба. Операция повторяется до тех пор, пока биение не уменьшится до 0,1-0,2 мм.
В тех случаях, когда биение шейки А связано в основном с сильным изгибом самого вала, производится первоначальная правка вала; далее при необходимости выполняется правка его резьбовых концов и только после этого - окончательная правка вала.
Перед окончательной правкой определяют местоположение и направление максимального прогиба вала. При правке вала следует иметь в виду, что из-за его относительно большой длины величина прогиба упругих деформаций может достигать величины 10-20 мм. Для того чтобы выправить вал, его необходимо деформировать на величину прогиба в области упругих деформаций (назовем его Δупр) плюс величина максимального прогиба вала Δпр max.
Именно из-за того, что Δпр max, как правило, намного меньше, чем Δупр, обычно не удается выправить вал при помощи ударов - рихтовкой: слабые удары не приводят к цели, а слишком сильные сразу же и намного прогибают вал в другую сторону. При помощи ударов удается выправить только короткие валы (L/d = 5-8), у которых Δупр меньше Δпр max.
Предварительную оценку величины прогиба вала в области упругих деформаций, т. е. до появления деформаций остаточных, можно произвести по формуле:
где k - коэффициент (k = 500 для обычных сталей и k = 400 для легированных); L - расстояние между опорами, см; dB - диаметр вала, см.
Чтобы сократить время правки вала, целесообразно на первом же этапе задать перемещение суппорта чуть меньше величины Δупр. Вначале брусок мягкого металла 2 (см. рис. 1) подводится к валу в месте максимального прогиба и со стороны «выпуклости»; показания нониуса записываются. Далее производится правка перемещением суппорта вперед на расстояние 0,9Δупр, после чего суппорт возвращается в нулевое положение (с обязательной выборкой люфта). Если после этого не появился зазор между валом и бруском, операция повторяется, но величина перемещения суппорта увеличивается на величину максимального прогиба вала. После того как при возвращении суппорта на нулевую отметку появился зазор, каждое последующее перемещение суппорта при правке делается больше предыдущего на величину максимального прогиба вала Дпр max за вычетом величины этого зазора.
После этого вал еще раз проверяется обязательно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Биение валов диаметром 25-35 мм в районе муфты, винта, опорной шейки и дейдвудного сальника не должно превышать 0,15-0,3 мм, в остальных местах - 0,3-0,5 мм (меньшие цифры относятся к коротким валам с длиной менее 1200 мм). При необходимости правка повторяется с учетом того, что положение места максимального прогиба может быть другим.
В тех случаях, когда основной изгиб вала произошел в районе заднего опорного подшипника, целесообразно весь вал до шейки опорного подшипника вставить в шпиндель, а правку производить упором в ступицу винта. Попытка произвести правку без гребного винта приведет к изгибу посадочного конуса под винт, в связи с чем после напрессовки винта снова возникнет некоторый прогиб вала. В связи с тем, что вылет вала в этом случае невелик и жесткость вала достаточно высока, первоначальное перемещение суппорта можно принять равным прогибу вала. Чтобы исключить возможность повреждений поверхности вала кулачками патрона, вал рекомендуется обернуть медной или алюминиевой полосой. Правка вала в приспособлении (см. рис. 2) происходит благодаря усилию, развиваемому винтом 2. Величина прогиба измеряется по изменению расстояний между валами при помощи штангенциркуля.
1 - гребной вал; 2 - винт M16; 3 - поперечина, сталь δ=15-20; 4 - полоса δ=3-4; 5 - призма; 6 - штанга; пруток диаметром не менее 1,3 диаметра вала или труба диаметром не менее 1,5 диаметра вала; 7 - винт стопорный; 8 - труба; 9 - призма δ=8-12, приварить к трубе 8; 10 - штангенциркуль.
Необходимо учитывать, что одновременно с валом изгибается и штанга, поэтому величину суммарного прогиба в области упругих деформаций вала можно определить по зависимости (аналогичной ранее приведенной):
где dш - диаметр штанги, см.
В остальном методика правки аналогична рассмотренной выше.
Другими видами ремонта вала являются восстановление резьбы (как правило, при помощи наплавки с последующей механической обработкой) и изношенной шейки сальника (лучше всего - при помощи установки втулки из нержавеющей стали на эпоксидном клее).
Ремонт гребного винта. Характерные повреждения гребных винтов - это загиб, частичное или полное обламывание лопасти, появление трещин и т. п. Причиной подобных повреждений чаще всего являются удары лопастей о твердые предметы, однако нередки случаи обламывания лопастей без видимых внешних причин: по аналогии с гребными валами такие поломки объясняются появлением усталостных трещин из-за действия на лопасть знакопеременных нагрузок.
Слишком малое расстояние между краем лопасти и днищем катера, расположение винта за плохо обтекаемым дейдвудом и кронштейном, чрезмерный наклон вала, работа валопровода в условиях крутильных колебаний и т. п. - приводят к появлению знакопеременных нагрузок, действующих на лопасть. В принципе, при правильно выбранной толщине лопасти знакопеременные нагрузки могут привести к ее обламыванию только в сочетании с действием других факторов, таких, как коррозия или кавитационная эрозия, появление внутренних напряжений при ремонте путем правки лопасти в холодном состоянии или заварке трещин без последующего отжига и т. д. Таким образом, технология ремонта гребного винта оказывает существенное влияние на его дальнейшую работоспособность.
Холодная правка латунных лопастей возможна лишь при загибе их на угол не более 30°. Гибку лучше всего производить при помощи двух-трех рычагов длиной до 1 м, имеющих на концах прорези глубиной 6-8 см, надеваемые на кромку винта (рис. 3). Можно воспользоваться тисками, универсальным съемником для подшипников или любым прессом.
1 - винт; 2 - рычаг, сталь листовая δ=10 мм. При толщине лопасти до 5 мм L=600 мм, b=60 мм; при толщине до 8-10 мм L=1000 мм, b=80 мм; 3 - подкладная планка (медь, алюминий); 4 - кувалда тяжелая; 5 - кувалда легкая; 6 - наковальня.
При правке ударами с целью уменьшения местных деформаций лопасти лучше пользоваться свинцовой кувалдой. При правке стальной кувалдой на лопасть нужно наложить пластину из свинца, отожженной меди или алюминия. Правку производят на наковальне или любом тяжелом предмете, одерживая противоположный край лопасти тяжелой кувалдой.
При загибе лопасти больше чем на 30° правку необходимо вести с нагревом. (Удается и холодной правкой выправить лопасть, загнутую на 90°, а иногда и более, однако при этом дальнейшая работоспособность отремонтированной лопасти оказывается весьма малой.) Температура нагрева для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 равна 550-700 °С, для ЛАМЦЖ 67-5-2-2 - 600-750 °С; при этом следует иметь в виду, что при недостаточном нагреве условия правки будут лишь незначительно отличаться от выполнения ее без нагрева. Нагрев лучше всего производить в горне или в печи; обеспечить плавный и равномерный нагрев при помощи ацетиленовых горелок обычно не удается.
После правки нужно обязательно произвести отжиг винта для снятия термических напряжений. Отжиг производят сначала медленным (не более 100 °С в час) нагревом до температуры 350-400 °С для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 и 500-550 °С - для ЛАМЦЖ 67-5-2-2, а затем еще более медленным охлаждением вместе с печью (скорость охлаждения не выше 50 °С в час).
Очень часто при ремонте винтов приходится выполнять сварочные работы. Лучше всего, если есть возможность применить аргонно-дуговую сварку, однако удовлетворительные результаты получаются и при обычной газовой сварке. Горелка при этом должна быть отрегулирована на окислительное пламя (отношение О 2 /С 2 Н 2 = 1,2 - 1,3) для предотвращения появления в пламени свободного водорода, вызывающего резкое снижение прочности сварного шва. В качестве присадки при сварке латуни лучше всего применять проволоку из алюминиевых бронз. После сварки также целесообразно произвести отжиг; для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 допускается замена отжига проколачиванием шва в холодном состоянии до появления заметных вмятин по всей его поверхности.
Стальные винты, особенно, если они изготовлены из нержавеющих сталей аустенитного класса 1-18 (например, 1Х18Н107), значительно менее чувствительны к остаточным напряжениям после гибки и сварки; применение отжига для них не обязательно.
Из-за малой пластичности алюминиевых сплавов холодную правку и гибку при ремонте отлитых из них винтов не применяют. Основным способом ремонта в данном случае является аргоно-дуговая сварка или обычная газовая сварка с применением специальных флюсов (АФ-4А). Присадочный материал должен быть идентичен основному металлу винта. После сварки желательно винт нагреть до температуры 300-350 °С и медленно охладить для снятия остаточных напряжений.
В процессе ремонта следует обратить особое внимание на восстановление первоначального шага лопасти. Напомним, что средний шаг лопасти определяется как среднее арифметическое значений шагов на пяти относительных радиусах R/0,5D = 0,3; 0,5; 0,7; 0,8; 9,95. Контроль шага лучше всего вести по фактической величине шага недеформированной лопасти того же винта. При этом различия в шагах в каждом из сечений не должны быть более 2-5%, а в среднем шаге более 1,5-4% (здесь и далее меньшие значения относятся к глиссирующим катерам).
Существуют различные приспособления для измерения шага. Одно из них изображено на рис. 4.
1 - втулка; 2 - гайка барашковая; 3 - шпилька М8; 4 - шаговый шаблон;
5 - винт; 6 - оправка.
При ремонте удобно пользоваться простейшим приспособлением (рис. 4), состоящим из оправки 6, имеющей коническую поверхность под отверстие в винте, и двух цилиндрических поверхностей (эта же оправка в дальнейшем может быть использована для балансировки винта). По меньшей цилиндрической шейке свободно перемещается втулка 1, к которой приварена шпилька 3, имеющая длину, несколько превышающую радиус винта. На шпильке двумя гайками-барашками крепится шаговый шаблон 4 из мягкой жести или алюминия. Шаблон изгибается приблизительно по проверяемому радиусу R изг подводится до упора в нагнетающую поверхность неповрежденной лопасти и фиксируется гайками-барашками. Затем, приподнимая втулку 1, шаблон подводят поочередно к другим лопастям, проверяя зазор между ним и лопастью. Далее шаблон перемещается на другое сечение лопасти и шаг проверяется на другом радиусе; шаблон, естественно, при этом должен быть изогнут по новому радиусу. Для винтов диаметром 300-400 мм зазор между лопастью и шаблоном не должен превышать 0,5-1,5 мм.
Если погнуты все лопасти винта, то вначале целесообразно выправить одну из них, наименее поврежденную, и уже по ней подгонять шаги остальных лопастей. При правке первой лопасти необходимо выдержать средний шаг лопасти и распределение шага вдоль радиуса (если, конечно, они известны).
Обычно считается, что фактический шаг лопасти не должен отличаться от расчетного более чем на 1,5-4%, однако эта рекомендация приемлема для гребных винтов, эксплуатирующихся с судовыми дизелями, работающими по внешней характеристике. Для конвертированных автомобильных двигателей работа по внешней характеристике не допускается, поэтому можно увеличить допустимое отличие действительного шага от расчетного до 10%. Отклонение значений местного шага по сечениям лопасти от закона распределения шага вдоль радиуса не должно превышать 5-10%. Однако следует иметь в виду, что отклонение величин местного шага на одних и тех же радиусах у разных лопастей должны быть значительно меньше (во избежание появления чрезмерной вибрации вала); это учтено в приведенных выше допусках на зазоры между шаговым шаблоном и лопастью. Крайне нежелательно увеличение шага в районе ступицы, приводящее к ухудшению антикавитационных свойств винта и увеличивающее вероятность подсоса воздуха.
После выполнения сварочных работ обычно возникает необходимость в опиловке шва с целью сохранения предусмотренной чертежом толщины лопасти. Небольшое изменение толщины практически не сказывается на тяге, развиваемой винтом, но может заметно ухудшить антикавитационные свойства винта. По этой причине допускаемое отклонение по толщине лопасти на водоизмещающих судах должно быть ограничено пределами от +20% до -10%, а для быстроходных глиссирующих - от +8% до -4%). (Меньшее значение отрицательного допуска объясняется опасностью чрезмерного снижения прочности лопасти.)
Лопасти винтов обычно имеют наклон в корму на угол 10-15°. После правки может оказаться, что эти углы у разных лопастей различны. Обнаружить это можно при вращении винта на оправке или, положив винт ступицей на ровную поверхность, замером расстояний до входящей и выходящей кромок на концевых радиусах. Разница в наклоне лопастей практически не оказывает влияния на упор винта, но нарушает динамическую уравновешенность и, следовательно, приводит к появлению вибрации. Поэтому существует рекомендация ограничить линейное отклонение конца лопасти величиной 1,5-3,0% диаметра винта.
Окончательной операцией является балансировка винта. Лишний вес лопасти удаляется опиловкой всей ее поверхности. Величина допустимого момента дисбаланса для винтов диаметром 300-400 мм - 50-200 г·см.
Loading...