Вал гребной , представляет один или несколько соединенных в одну линию валов, передающих движение от паровой машины, турбины или другого судового двигателя к гребному винту или гребным колесам (см.).
Линия Вала большого военного судна состоит из следующих главных частей: коленчатый Вал машины или шпинделя паровой турбины, промежуточные Валы, упорный Вал, дейдвудный Вал и, наконец, гребной или концевой Вал.
Иногда некоторые из перечисленных частей (например, дейдвудный Вал и концевой) соединяются в один общий Вал, а при короткой линии отсутствуют промежуточные Валы.
Каждая из частей Вала имеет специальное назначение и к каждой из них предъявляются свои требования.
I. Коленчатый Вал составляет неотъемлемую часть паровой машины, на которую передается работа цилиндров.
В многоцилиндровых машинах он состоит обыкновенно из нескольких кусков, соединенных между собою фланцевыми муфтами. Каждый кусок вала имеет одно, два или три колена и отковывается для судовых машин военного флота в целом виде.
Для облегчения веса, коленчатый Вал делается пустотелыми; отношение диаметра внутреннего высверленного отверстия к диаметру Вала обыкновенно берется равным половине.
Во избежание продолжительного вывода корабля из строя в случае поломки коленчатого Вала, при самой постройке судна заготовляется запасная часть этого Вала, и все его части конструируются по возможности взаимозаменяемыми.
Исключение делается для машин большой мощности, у которых поломки Вала, изготовляемых при современном состоянии техники, бывают крайне редки.
Шейки Вала вращаются в рамовых подшипниках машины, пушечного металла, залитых антифрикционным металлом, шейку же мотыля обхватывает подшипник нижней головки шатуна той же конструкции. Принимая на себя все удары от сил инерции движущихся масс паровой машины и составляя существеннейшую часть последней, коленчатый Вал требует при проектировании самого внимательного расчета. Для расчета коленчатого Вала существует ряд эмпирических формул; таковы, например, формулы английского Ллойда и бюро Веритас, приводимые в справочных изданиях и специальных технических источниках.
В этих формулах диаметр Вала определяется в зависимости от числа и величины цилиндров машины, длины хода поршня, давления пара в котлах и некоторых других данных, характеризующих мощность машины. Хотя практические формулы и дают хорошие результаты, но необходимо точно проверить коленчатый Вал на сложный крутящий и изгибающий моменты по теоретической формуле:
где: d - диаметр Вала в дм., f - допускаемое напряжение материала в английском фн. на кв. дм., T1 - крутящий момент и M - изгибающий момент.
Все напряжения в материале, как для изгиба и кручения Вала, так на смятие и работу трения в подшипниках, в виду особо тщательного изготовления всех этих частей и стремления облегчить вес механизмов, принимаются при проектировании машин военного флота гораздо большими, чем для судов коммерческого флота.
В паровых турбинах коленчатый Вал отсутствует, - его заменяют, так. наз., шпинделя роторов турбин.
I. Промежуточный Вал служит для соединения коленчатого Вала машины или шпинделя паровой турбины с упорным или дейдвудным Валом. Промежуточный Вал также избегают делать длинными, дабы их можно было вынуть из машинного отделения, не снимая громоздких частей механизмов. Поэтому часто промежуточных Валов бывает несколько; они покоятся на промежуточных подшипниках, иногда называемых "коридорными", вследствие нахождения их в коридоре гребного Вала.
Так как промежуточный Вал не подвергаются ударам и хорошо поддерживаются промежуточными подшипниками, то диаметр их рассчитывается только на кручение и делается обыкновенно меньшего, чем другие Валы того же судна, размера.
Подшипники делаются подобно рамовым при турбинных и быстроходных вообще установках, или же просто чугунными, залитыми антифрикционным металлом в своей нижней половине.
На промежуточном Вале или на фланце коленчатого устанавливается червячное колесо поворотного привода, служащего для проворачивания вручную всей линии Вала во время бездействия машин. Вал полагается проворачивать в кампании ежедневно.
Упорный Вал, это один из промежуточных Валов, только с особым назначением. Он несет на себе несколько колец, составляющих одно целое с телом Вала и входящих в соответствующие впадины упорного подшипника.
Эти кольца воспринимают упорное давление винта, сообщающее движение судну (см. Винт гребной).
Число колец рассчитывается так, чтобы дать достаточную поверхность для воспринятия упорного давления, не прибегая к чрезмерному увеличению диаметра колец.
Необходимые требования:
1) точная пригонка колец упорного Вала к кольцам упорного подшипника, дабы давление воспринималось всеми кольцами одновременно и
2) правильное расположение поддерживающих Вала промежуточных подшипников, дабы избежать его провеса, нарушающего правильную работу упорных колец.
Упорные подшипники, принятые в нашем флоте, в большинстве случаев бывают системы Модзлея со съёмными подковообразными кольцами, для облегчения пригонки их и ремонта; но в небольших установках применяются и подшипники обыкновенного закрытого типа с впадинами для колец упорного Вала. Недостаток последних - недоступность для осмотра во время работы и трудность пригонки.
Корпус упорного подшипника делается обыкновенно чугунный или литой стали.
Подковообразные скобы - пушечного металла, пустотелые, чугунные или литые стальные; в последних двух случаях они обязательно облицовываются антифрикционным металлом, кроме того, делается всегда охлаждение колец водой. Судовой фундамент под упорный подшипник делается, возможно, жестким и соединяется надлежащим образом с корпусом судна. В турбинных установках упорные подшипники находятся непосредственно у самых турбин и потому специальных упорных Валов для них не требуется; но для разобщения линии Вала от турбин на одном из промежуточных Валов делают специальное кольцо и подшипник для него, который удерживает Вал в надлежащем положении при свободном вращении его от хода судна после разобщения этого Вала от турбин.
Одно кольцо сравнительного малого диаметра оказывается в этом случае достаточным в виду того, что Вал никакой работы не передает и лишь свободно вращается.
III. Дейдвудный Вал проходит через корпус судна в т. наз. дейдвудной трубе (см.) и на всей длине бакаутовой набивки этой трубы облицовывается насаженными на него в горячем состоянии втулками пушечного металла, во избежание ржавления, т. к. ему приходится работать с водяной смазкой; если же дейдвудная труба делается со специальной нагнетательной смазкой, то Вал не облицовывается.
Часть Вала между облицовками покрывается или специальным каучуковым составом (Виллениуса), предохраняющим эту часть от разъедания, или медью. При установке на судно дейдвудные Валы вводят через дейдвудную трубу, отверстие которой слишком мало для прохода фланца; поэтому муфта Вала делается насадной в горячем состоянии или со специальным кольцом на шпонках.
К внутреннему концу дейдвудного Вала обыкновенно приспособляют тормоз, на случай необходимости остановить Вал во время хода судна, например, для разобщения или сообщения линии Вала с двигателем.
IV. Концевой Вал, - последняя, кормовая часть линии Вала, одним фланцем соединяющаяся с дейдвудный Вал; на другой, конический конец этого Вала насаживается гребной винт, укрепляемый шпонками и гайкой, навинченной на нарезанный конец Вала.
У самого винта концевой Вал поддерживается наружным кронштейном, прикрепленным к корпусу судна и снабженным, подобно дейдвудной трубе, втулкой с бакаутовым набивкой, почему часть Вала, входящая в эту втулку, также облицовывается пушечным металлом.
Концевой Вал, как и коленчатый Вал, рассчитывается на сложный крутящий и изгибающий моменты в виду того, что он обыкновенно делается значительной длины и, как наружная часть, легко подвергается ударам.
В турбинных установках, где в виду большого числа оборотов гребных винтов, концевой Вал бывают сравнительного малого диаметра при значительной длине, они проверяются еще подсчетом на возможность разрушения от центробежной силы, на так называемое "критическое число оборотов".
При недостаточном диаметре может получиться провес вала и его поломка, как результат развившейся с возрастанием числа оборотов центробежной силы.
Как концевой Вал, так и дейдвудный делаются в настоящее время пустотелыми; отверстия Вала заделываются плотно пробками на резьбе.
При изготовлении всей линии Вала обращается самое серьезное внимание на качество стали и на их выделку. Требуется, чтобы площадь сечения болванки была, по крайней мере, в 5 раз больше площади сечения готовой отковки. При испытании пробных планок сталь должна давать сопротивление на разрыв от 27 до 30 тн. на 1 кв. дм. и удлинение свыше 30% на 2 дм. длины.
После проковки Вала тщательно отжигаются, при обточке в металле не допускается никаких пороков; диаметр Вала по всей длине его д. быть один и тот же, а высверленное отверстие вполне концентрично с наружной окружностью Вала. Фланцы Вала д. быть строго перпендикулярны к его оси.
При сборке Валов на судне и во время их службы обращается самое серьезное внимание на то, чтобы вся линия Вала была строго прямая и Валы лежали плотно на своих подшипниках.
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.
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.
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.
