Брашпили и шпили: конструкции и принципы работы

Судовые брашпили и шпили играют ключевую роль в обеспечении безопасности и эффективности судна. Эти механизмы позволяют контролировать положение судна во время стоянки, швартовки и других операций. В данном материале мы подробно рассмотрим конструкции и принципы работы электрических и паровых брашпилей и шпилей, а также особенности парораспределения и реверса вспомогательных паровых машин, применяемых в этих механизмах.

Брашпили и шпили являются основными компонентами якорных и швартовных систем, и их надежная работа имеет решающее значение для безопасности судна и экипажа. Прежде всего, рассмотрим основные компоненты и принципы работы якорных механизмов, а также безопасность при эксплуатации якорных и швартовных механизмов. Мы изучим различия между электрическими и паровыми конструкциями, а также особенности их применения в различных условиях эксплуатации.

Общие сведения о якорных и швартовных механизмах

Как работают якорные и швартовные механизмы на судне. Якорные и швартовные механизмы входят в состав якорного и швартовного устройств, обеспечивающих надежную стоянку судна на рейде и у причала порта. Якорные механизмы делятся по расположению оси вала цепного барабана на:

• брашпили, у которых эта ось расположена горизонтально;
• и шпили, у которых она расположена вертикально.

Часто брашпили и шпили выполняют также функции швартовных механизмов, хотя имеются и специальные механизмы для этой цели. Кроме того, имеются якорно-швартовные лебедки.

Используются брашпили и шпили при подходе судна к порту, когда производится Становление судна на якорь – принципы и особенности швартовкипостановка судна на якорь на внешнем рейде в ожидании лоцмана или портовых властей, и при швартовке к причалу, а также при выходе судна из порта, прохождении каналов, узкостей и т. д.

Широкое применение бульбообразных носовых образований на морских судах, позволяющее увеличить скорость судна при той же мощности механизмов, затруднило применение традиционных двухъякорных брашпилей, установка которых потребовала бы для изменения направления якорной цепи дополнительного применения громоздких отводов или цепных барабанов. Последнее вызывается большим расстоянием якорного клюза от форштевня и диаметральной плоскости на судах с бульбообразным носом. Поэтому распространение стали получать якорные шпили и одноякорные брашпили (якорно-швартовные лебедки).

В якорно-швартовной лебедке от якорного механизма использованы:

• звездочка;
• стойки грузового вала;
• тормоз и одна ступень редуктора, соединенные муфтой и валом с обычной швартовной лебедкой, имеющей вал отбора мощности (иногда используют вал турачки).

Применение якорно-швартовных лебедок позволяет сократить габаритные размеры, массу и стоимость механизмов якорно-швартовных устройств. Такими механизмами оснащен построенный в ПНР теплоход «Ленинская гвардия», такой же комплекс предусмотрен и на танкере «Крым».

Автоматизация и механизация процессов, связанных с отдачей, подъемом якоря и швартовкой, позволяют значительно снизить объем ручного труда и создают предпосылки для повышения производительности, безопасности, надежности и скорости выполнения отдельных операций.

Применение автоматических швартовных лебедок позволило значительно упростить и ускорить швартовку морских судов. При этом оказалось возможным исключить такие операции, как выбирание и потравливание швартовных концов, крепление швартовных концов на кнехтах, сматывание и наматывание швартовных концов вручную на вьюшки и ручная укладка тросов в бухты. Если каждый швартов обеспечен автоматизированной швартовной лебедкой, то трудозатраты уменьшаются втрое, а число людей, занятых на швартовке, – в 2 раза.

Автоматизированные якорные устройства на судах морского флота получили меньшее распространение, чем автоматизированные швартовные лебедки. Устройствами дистанционной отдачи якоря и счетчиками вытравленной якорь-цепи оборудованы только несколько морских транспортных судов.

Дистанционная отдача якоря осуществляется на супертанкере «Крым».

При нажатии кнопки на капитанском мостике происходит экстренная отдача 18-тонных якорей.

Для сокращения стояночного времени суда в будущем должны быть в максимальной степени приспособлены для механизации и автоматизации якорно-швартовных операций.

Приведем основные технико-эксплуатационные требования к Якорные устройства буксирных судовякорным устройствам судов ближайшего пополнения по классам автоматизации:

• класс А1 – дистанционная отдача предварительно подготовленного якоря на заданную глубину и немедленная – в аварийных случаях, дистанционное потравливание и выбирание якорной цепи на стоянке, дистанционное выбирание якоря с закреплением цепи на звездочке с помощью тормоза механизма;
• класс А2 – дистанционная отдача предварительно подготовленного якоря с контролем длины вытравленной цепи.

Соответствующие данные по швартовным устройствам:

• класс А1 – швартовка судна при ветре отжимном до 7 баллов и течении до 3 уз;
• класс А2 – швартовка судна обеспечивается лебедками, а для надежного удержания у причала заводятся дополнительные швартовы с использованием имеющихся механизмов.

Якорное устройство должно обеспечивать:

• отдачу якоря и плавную остановку вытравляемой цепи (при любой ее длине);
• отрыв якоря от грунта, его подъем;
• надежное крепление якорной цепи как на ходу, так и на стоянке;
• удобство уборки якоря и возможность проведения швартовных операций.

Кроме того, якорные механизмы должны обеспечивать возможность быстрых (срочных) переключений, необходимых при немедленной отдаче якорей для избежания опасности столкновений, которая может возникнуть при плавании в узкостях и в обстановке ограниченных акваторий.

Скорость подъема двух якорей должна быть не менее 8 м/мин. Согласно РС-596-63 (технический документ) брашпили, шпили и швартовные лебедки морских судов должны быть закрытой конструкции, т. е. с приводными механизмами, заключенными в плотные кожухи, предотвращающие попадание в них воды, пыли, грязи и обледенение механизмов в зимнее время.

По роду двигателя, приводящего в действие якорные и швартовные механизмы, они подразделяются на:

• электрические,
• гидравлические,
• паровые и с ДВС.

Гидравлические шпили, брашпили, швартовные и Судовые гидравлические траловые лебедкитраловые лебедки приводятся в действие насосами пластинчато-ротационного типа (для систем низкого давления) и поршневыми с перемещающимися цилиндрами (для систем высокого давления). Гидравлические палубные механизмы могут иметь автономный и групповой подвод энергии. Применение гидропривода вместо электропривода снижает габаритные размеры и массу. Эти механизмы встречаются на судах и имеют перспективу развития.

Конструкции электрических и паровых брашпилей

В данном пункте будет рассмотрена конструкция и устройство электрических брашпилей. Как паровые, так и электрические брашпили конструктивно могут быть выполнены с радиальной и осевой муфтами включения якорной звездочки. Кроме того, применяется фрикционная муфта включения цепных звездочек небольших брашпилей.

На рис. 1 изображен электрический брашпиль с радиальной кулачковой муфтой включения якорной звездочки.

Электродвигатель 3 через фрикционную эластичную муфту 2 приводит во вращение червяк, находящийся в зацеплении с червячной шестерней 20. Нижняя часть корпуса 10, в котором работает червячная передача, заполняется маслом. Вал червяка лежит в шариковых опорных и роликовых опорно-упорных подшипниках. На валу 21 червячной шестерни насажены шестерни 9 на втулках 24 (узел Б). Шестерни 9 входят в зацепление с зубчатыми колесами 8, которые закреплены шпонками на валу 7. На том же валу также шпонками закреплены турачки 4 и посажены звездочки 11. В этом брашпиле грузовой (якорный) вал является также швартовным валом. Каждая из шестерен 9 жестко соединена с валом 21 полумуфтами 23, которые надеты на квадратные головки концов вала 21. Так как торец шестерни 9, обращенный к полумуфте, и торец самой полумуфты имеют выступы и впадины, то при повороте болта 22 вал 21 входит в зацепление с шестерней 9. Жесткое соединение звездочек 11 с валом, на который они насажены, достигается при помощи радиальной кулачковой муфты. Звездочки 11 отлиты заодно с дисками 12 ручных ленточных тормозов 13. Внешние торцы тормозных дисков 12 снабжены прорезями; такими же прорезями снабжена и направляющая втулка 16, сидящая на шпонках вала 7.

Читайте также: Расчет рулевых устройств и их эксплуатация на судне

В прорезях торцов тормозных дисков и направляющей втулки 16 помещены кулачки 17, цапфы которых 19 входят в прорези 15 дисков маховиков включения 1. При повороте маховика включения 1 вследствие криволинейного очертания прорези 15 кулачки 17 будут передвигаться радиально в прорезях направляющей втулки, вводя или выводя ее из зацепления с тормозными дисками 12, а значит, и со звездочками 11, т. е. грузовой вал будет соединен со звездочками. Стопорение маховика включения 1 в определенных положениях производится стопорным винтом 14 с головкой. Для подъема якоря ручным приводом необходимо отсоединить полумуфты 23 от шестерен 9, в результате чего последние будут вращаться вхолостую на своем валу. Это устраняет необходимость затрачивания усилий на проворачивание механической передачи и электродвигателя. Качковый механизм, при помощи которого производится подъем якоря вручную, состоит из балансира 6 с рукоятками 5. Брашпиль снабжен ленточным тормозом. Помимо ленточного тормоза, торможение на многих электрических брашпилях осуществляется электромагнитным тормозом соленоидного типа, устанавливаемым на валу электродвигателя обычно на соединительной эластичной фрикционной муфте (рис. 2).

Муфта, являясь предохранительной, не допускает также больших перегрузок электродвигателя и предохраняет от поломок части брашпиля. Муфта имеет цилиндрический корпус 10, который с торцов закрыт фланцем 4, закрепленным на ведущем валу, и крышкой 6. Фланец и крышка присоединены к корпусу шпильками 7. Внутри корпуса помещаются нажимные диски 9, связанные через шлицевое соединение с корпусом и покрытые дисками трения 8. Последние связаны при помощи шлицевого соединения с втулкой 5, закрепленной на ведомом валу. В отверстиях фланца 4 помещены шесть направляющих стаканов 2, внутри которых расположены пружины 1, прижимающие диски 9 и 8 один к другому. Сила нажатия пружины регулируется диском 3, насаженным на нарезную ступицу фланца 4. Крутящий момент, передаваемый муфтой, зависит от сил трения между дисками, которые, в свою очередь, зависят от силы нажатия пружин. Нажатие пружин должно быть отрегулировано так, чтобы при повышении нормальной нагрузки на 50 % муфта проскальзывала. Корпус муфты является одновременно ободом для ленты электромагнитного тормоза.

Электрические брашпили имеют электродвигатель, устанавливаемый как на палубе (электродвигатель закрытого типа), так и под палубой. Преимуществами электрических брашпилей перед паровыми являются постоянная готовность их к действию, большие периоды между обязательными осмотрами, а также отсутствие необходимости иметь длинные паропроводы. Характеристики электрических брашпилей даны в табл. 1.

Конструкции электрических и паровых якорно-швартовных и швартовных шпилей

Швартовный шпиль имеет сидящий на баллере (вертикальном валу) барабан, предназначенный для выполнения Швартовые операции танкера перед грузовыми операциямишвартовных операций. Баллер якорно-швартовного шпиля несет также цепную звездочку, обеспечивающую якорные операции. Кроме того, конструктивной особенностью шпилей может быть отсутствие баллера. Безбаллерные шпили появились на судах сравнительно недавно и получают все большее распространение. Двигатели шпилей – паровая машина, электродвигатель гидравлический и, реже, пневматический двигатель. Российские электрические и паровые шпили обозначаются ШЭ, ШП и ШЭР с добавлением числового индекса. Электрический шпиль обеспечивает скорость выбирания швартовного каната 10-15 м/мин и имеет удельную мощность от 3 до 4 кВт на 1 тс тягового усилия. Широко распространены шпили с тяговым усилием 3 000, 5 000, 8 000 кгс.

По своей конструкции судовые швартовные шпили подразделяются на двухпалубные (рис. 3) и однопалубные (рис. 4).

У первых на верхней палубе размещается только головка (барабан), а электродвигатель и редуктор располагаются в подпалубном помещении.

У вторых же электродвигатель, редуктор и швартовный барабан размещены на фундаментной раме, причем электродвигатель может располагаться над палубой или под ней. Чаще устанавливаются однопалубные шпили с электродвигателем над палубой и червячным редуктором. При подпалубном расположении электродвигателя, при котором электродвигатель и редуктор устанавливают в подвешенном положении с нижней стороны фундаментной рамы шпиля или на специальном водонепроницаемом фундаменте (расположенном также под палубой), обслуживание привода производят через вырез в палубе или через люки фундамента шпиля, снабженные водонепроницаемыми крышками.

Якорно-швартовный шпиль имеет ручной запасный привод, если он предназначен для работы с якорными цепями:

• калибром до 28 мм – в морских условиях;
• и калибром до 34 мм – в речных условиях.

Все другие модели шпилей запасный привод, в том числе и ручной, иметь не должны. На рис. 3 выше показано современное якорно-швартовное устройство с двумя шпилями, применяемое на ТОП 10 самых больших круизных лайнеровморских лайнерах и ледоколах. На палубе находятся головка шпиля 1 и тормозная тумба 8, под палубой расположены редуктор и тормозное устройство. Чтобы отдать якорь, необходимо зажать ленточным тормозом 6 диск 7, снять с цепи стопор и разъединить звездочку со швартовным барабаном. После этого масса якоря воспринимается цепной звездочкой. От звездочки вниз идет палгед (удлиненная втулка), на который и насажен диск 7. Если ослабить тормоз, диск начнет вращаться, якорь вывалится из клюза 3 и пойдет вниз. Цепь из цепного ящика по трубе 2 проходит на звездочку и через клюз 3 за борт. Для подъема якоря надо соединить звездочку со швартовным барабаном, полностью освободить тормоз и включить электродвигатель. Вал 5 начнет вращаться вместе с палгедом, и звездочка будет выбирать цепь вместе с якорем. Якорная цепь со звездочки по трубе 2 будет поступать в цепной ящик 4.

Электроручной шпиль ШЭР-11 (см. рис. 4 выше) является однопалубным якорно-швартовным шпилем, нижняя часть которого представляет корпус редуктора, заполняемый смазочным маслом для непрерывной смазки червячного колеса и червяка, расположенных в масляной ванне.

Вертикальный полый баллер закреплен в корпусе редуктора неподвижно на шпонке при помощи гайки. В верхней части на баллер насажен фланец на шпонке, во фланце закреплены три вертикальных пальца, являющихся осями сателлитов (промежуточных шестерен). Сателлиты оборудованы подшипниками скольжения. Подшипники смазываются густой смазкой, подаваемой через отверстия в пальцах. Внутри баллера проходит вертикальный червячный вал с двумя подшипниками скольжения. На нижнем конце вала на шпонке при помощи гайки закреплено червячное колесо. Верхний конец вала имеет кулачки для зацепления с осью ведущей шестерни. Ось имеет собственный подшипник скольжения. Смазка этого и верхнего подшипников вертикального вала производится тавотом, набиваемым внутрь маховика и выдавливаемым из него к подшипникам по центральному сверлению оси и вала ввинчиванием крышки. Маховик шпиля зафиксирован от осевого перемещения, и при вращении его центральная шестерня навинчивается на втулку маховика или свинчивается с нее.

К верхней части барабана присоединен зубчатый венец, к нижней части – шесть собачек, опирающихся на специальные поддержки. При работе шпиля от электродвигателя центральная шестерня перемещается вниз до отказа и вводится в зацепление с вертикальным валом. Вращение передается швартовному барабану через:

• червяк;
• червячное колесо;
• червячный вал;
• центральную шестерню;
• сателлиты;
• зубчатый венец.

При работе шпиля от ручного привода центральная шестерня поднимается вверх и выводится из зацепления с вертикальным валом. Вращение передается барабану через:

• центральную шестерню;
• сателлиты;
• зубчатый венец.

Зубья шестерен и венца верхней передачи покрывают периодически густой смазкой.

Предлагается к прочтению: Электрические и электрогидравлические рулевые машины

Помимо кулачкового соединения, на ряде конструкций шпилей сцепление барабана шпиля с его баллером осуществляется дисками трения. Недостатком конструкций шпилей с цельнолитыми звездочкой и швартовным барабаном является необходимость снятия якорной цепи для возможности проведения швартовных операций. Швартовные шпили, аналогично якорно-швартовным, по конструкции подразделяются на двухпалубные и однопалубные.

В качестве двигателя для швартовных шпилей применяют главным образом электродвигатель. Приведенный на рис. 5 швартовный двухпалубный шпиль состоит из:

• швартовного барабана 1;
• электродвигателя 3;
• редуктора 4;
• вертикального вала 2;
• дискового электромагнитного тормоза 5.

Швартовный барабан получает вращение от электродвигателя через механическую передачу (рис. 6).

Вращающий момент электродвигателя передается через конические зубчатые шестерни 4 и 5, вал 3 (на противоположном от шестерни 5 конце которого насажен червяк), червячную пару с червячной шестерней, закрепленной на шпонке на вертикальном валу.

При остановке электродвигателя на дисковый тормоз 1 (см. рис. 6 выше) автоматически нажимает электромагнит 6, и червяк, сидящий на валу 3, тормозится. Продольные усилия, действующие на червяк при его работе, воспринимаются шариковыми подшипниками 2, которые одновременно являются опорными и упорными. Вертикальный вал шпиля внизу упирается в подшипник. Вся механическая передача шпиля (редуктор) заключена в герметичный кожух, в который наливается масло. Электродвигатель шпиля поставлен вертикально для уменьшения габаритных размеров всей установки.

В качестве однопалубных шпилей широкое распространение получили безбаллерные шпили. На рис. 7 показано устройство безбаллерного шпиля российского производства Спроектирован бригадой конструкторов под руководством М. Д. Арсеньева.x.

В этих шпилях электродвигатель расположен вертикально и смонтирован внутри головки, а корпус редуктора является одновременно Установка и центровка фундаментной рамыфундаментной рамой шпиля. Швартовный безбаллерный шпиль состоит из неподвижного остова, включающего:

• корпус 1 редуктора с крышкой 2;
• опорного стакана 5;
• приводного вертикального электродвигателя 6, присоединенного к приливу крышки редуктора;
• швартовного барабана 7, вращающегося на шейках опорного стакана;
• зубчатой передачи от вала электродвигателя к швартовному барабану.

Зубчатая передача состоит из трех пар цилиндрических косозубых шестерен, заключенных в залитый маслом корпус редуктора, и одной прямозубой пары шестерен (зубчатый обод 3, запрессованный в нижнюю часть швартовного барабана, и входящая с ним в зацепление шестерня 4).

Редуктор рассматриваемого шпиля имеет высокий механический КПД, так как все его валы установлены на шариковых подшипниках качения. Швартовный барабан, воспринимая горизонтальную нагрузку, передает ее на стакан 5. Вертикальная нагрузка швартовного барабана также воспринимается стаканом 5, для чего на его нижнем фланце установлены бронзовые сегменты, создающие опорную поверхность скольжения. Шайба 8, прикрепленная винтами к верхней торцевой части стакана 3, предотвращает смещение швартовного барабана вверх. Эта шайба установлена таким образом, что ее выступающий козырек предотвращает возможность попадания на электрооборудование масла, заливаемого через пробку 9 в крышке 10 для смазки подшипников скольжения. Последняя закреплена на швартовном барабане 7 винтами и защищает головку шпиля от попадания воды. Для смазки зубчатого обода 3 и шестерни 4 предусмотрены пресс-масленки 11, через которые подается густая смазка.

Технические характеристики безбаллерных шпилей приведены в табл. 2.

Преимущества безбаллерных шпилей, обусловившие их широкое распространение на судах зарубежной постройки, сводятся к следующему:

1. эти шпили имеют меньшие габаритные размеры за счет расположения электродвигателя и редуктора внутри барабана шпиля;
2. при монтаже безбаллерных шпилей нет нужды нарушать палубу, занимать помещение под верхней палубой и производить центровочные и пригоночные работы;
3. применяемый передаточный механизм в данных шпилях имеет высокий КПД;
4. количество деталей по сравнению со шпилями обычной конструкции уменьшено на 20-40 %;
5. простая конструкция шпиля обеспечивает легкую его разборку.

Парораспределение и реверс вспомогательных паровых машин. Паровые брашпили и шпили

На рис. 8 представлена схема парораспределения вспомогательной паровой машины.

Парораспределительное устройство состоит из цилиндров 1 и 8 с золотниками 9 и 10, пускового (дифференциального) золотника 5, поршней 11, 12 и кривошипно-шатунных механизмов каждого цилиндра, которые передают вращательное движение коленчатому валу паровой машины. Все золотники цилиндрические, без перекрыш. Пусковой золотник 5 имеет внешний подвод пара через пароподводящую трубу 4. Подвод пара к каналам 3 и 6 цилиндров меняется с внешнего на внутренний в зависимости от положения дифференциального золотника 5, в результате чего вал паровой машины вращается в одну или другую сторону.

Рассмотрим взаимодействие частей вспомогательной Главные паровые машины на судахпаровой машины. Если сдвинуть пусковой золотник 5 вправо (см. рис. 8 выше), то при внешнем подводе пара к пусковому золотнику последний через трубу 2 будет также подведен к золотникам цилиндров паровой машины. Если в правом цилиндре паровой машины пар не сможет переместить поршень, так как паровпускные окна закрыты золотником, то в левом цилиндре подведенный свежий пар заполнит нижнюю полость цилиндра через открытый нижний паровпускной канал. Поршень левого цилиндра начнет двигаться вверх, как указано стрелкой а, что вызовет поворот коленчатого вала по часовой стрелке, а следовательно, и смещение вниз золотника 10, соединенного со своим эксцентриком, насаженных на коленчатый вал. В результате свежий пар начнет поступать в верхнюю полость через паровпускной канал и поршень цилиндра 8, двигаясь вниз, будет через свой кривошипно-шатунный механизм вращать коленчатый вал в ту же сторону по часовой стрелке. Отработавший пар из нижней полости цилиндра паровой машины отводится по трубопроводу 7 под пусковой золотник 5 и далее через трубу отработавшего пара в конденсатор. Паровая машина остановится, когда пусковой золотник возвратится в среднее положение и прекратится впуск пара. Кривошипы вала паровой машины и эксцентриков расположены под углом 90°, чтобы обеспечить страгивание машины с любого положения поршней и получить более равномерный вращающий момент. Перемещение пускового золотника влево (см. рис. 8 выше) приведет к внутреннему подводу пара к золотникам цилиндров по трубе 7, после чего поршни в них будут двигаться вверх и коленчатый вал будет вращаться влево (указано стрелкой b), т. е. против часовой стрелки.

Паровые машины с парораспределением, осуществляемым золотниками без перекрыш, неэкономичны вследствие того, что пар в них не расширяется и поступает в цилиндры в течение всего времени движения поршня от одной до другой мертвой точки. Изменение вращения паровой машины на обратное перемещением каждого золотника тем же самым эксцентриком возможно только тогда, когда угол между эксцентриситетом и мотылем один и тот же как при внутреннем, так и при внешнем впуске пара, и равен первоначальному (90°).

Паровые машины, имеющие описанную машину, являются быстроходными, так как работают с числом оборотов 300-400 в минуту (иногда 200).

Работа пара в цилиндре паровой машины. Общие понятия о работе пара в цилиндре паровой машины можно установить из рассмотрения приведенных на рис. 9 теоретических диаграмм, показывающих изменение величины давления пара в полости цилиндра при движении поршня от левой до правой мертвой точки и обратно.

Принцип парораспределения в судовых вспомогательных машинах определяет, что во вспомогательных паровых машинах рабочие процессы пара в цилиндре могут протекать без расширения и с расширением (рис. 9, а), в зависимости от конструктивного выполнения парораспределения и назначения машины. Диаграммы построены в координатной системе U-P (объем-давление) для левой полости цилиндров, изображенных под каждой из диаграмм. На рис. 9, а показана диаграмма 1-2-3-4 процесса без расширения пара в цилиндре машины, площадь которой в некотором масштабе изображает теоретическую работу пара в полости цилиндра за один оборот коленчатого вала (площадь 1-2-3-4 = L₁).

Линия 1-2 обозначает впуск свежего пара в цилиндр в течение всего хода поршня при неизменном давлении P₁. В крайнем правом положении поршня (точка 2) теоретически мгновенно открывается окно для выпуска из цилиндра отработавшего пара, вследствие чего давление пара в цилиндре падает (линия 2-3) до величины P₂. Далее пар при неизменном давлении P₂ выпускается (линия 3-4). В крайнем левом положении поршня (точка 4) выпуск отработавшего пара прекращается и начинается впуск свежего пара. При впуске давление пара возрастает теоретически мгновенно (линия 4-1) до P₁. На рис. 9, а обозначены:

• U_вр – вредное пространство, представляющее собой объем цилиндра между поршнем и крышкой (включая объем парового канала), заполняемый свежим паром при крайнем положении поршня;
• U₁ – объем, описываемый поршнем за один ход и называемый рабочим или полезным объемом цилиндра. При протекании рабочего процесса с расширением пара при наполнении цилиндра (линия 1-2) тем же количеством свежего пара U₁ при неизменном давлении P₁ для возможности осуществления процесса расширения данного количества пара полезный объем цилиндра машины должен быть соответственно увеличен до объема U₂. С момента прекращения впуска свежего пара в точке 2 (отсечка впуска пара) начинается расширение пара, которое будет происходить до конца хода поршня (линия 2-3). В конце хода поршня открывается окно для выпуска пара, давление пара мгновенно падает до P₂ по линии 3-4, а при обратном ходе поршня происходит выпуск пара по линии 4-5 при постоянном давлении P₂. Площадь диаграммы 1-2-3-4-5 в некотором масштабе также выражает работу пара в цилиндре. При этом работа, выраженная площадью 2-3-4-2′, совершается за счет расширения, без расходования свежего пара.

Таким образом, одно и то же количество пара при одинаковых давлениях P₁ и P₂ в машинах с расширением совершает значительно большую работу, чем в машинах без расширения. Приращение работы выражается площадью теоретической диаграммы L₁ – L₂ = площади 2-3-4-2′.

Следовательно, расширение пара в машине экономически целесообразно, так как при этом используется более полно его внутренняя энергия и расход пара на единицу мощности уменьшается. Для паровой машины, работающей без расширения пара, требуется меньший полезный объем цилиндра, и она будет конструктивно компактнее, чем машина, работающая с расширением пара. Судовые вспомогательные паровые машины работают с расширением пара, если они являются приводами циркуляционных и других насосов, парогенераторов, лебедок и других Анализ конструкции вспомогательных механизмов на судневспомогательных механизмов, которые по условиям эксплуатации непременно работают в течение длительного времени.

Вспомогательные механизмы сравнительно меньшей мощности и с кратковременным действием, например:

• рулевые машины;
• брашпили;
• шпили;
• некоторые типы лебедок,

приводятся в действие вспомогательными паровыми машинами, работающими без расширения пара. В отличие от изображенных теоретических диаграмм, индикаторная (действительная) диаграмма, снятая с работающей машины, будет отличаться отсутствием резких переходов периодов работы пара. Из рис. 9, б видно, что индикаторная диаграмма 1-2-3-4 по площади меньше теоретической диаграммы a-b-c-d-e, что объясняется наличием различного рода потерь при работе вспомогательной паровой машины. По индикаторным диаграммам определяют мощность машины, а также проверяют правильность парораспределения. При определении мощности парового привода рулевой машины, брашпиля, шпиля, а также при определении тягового усилия по данным, снятым с натуры, пользуются уравнением акад. В. Л. Поздюнина, в которое входит степень полноты индикаторной диаграммы a_i. Из приведенного рисунка легко определить это понятие. Для одной и той же машины площади индикаторной и теоретической диаграмм неодинаковы. Отношение площади индикаторной диаграммы к площади теоретической диаграммы называют степенью полноты индикаторной диаграммы:

Численные значения степени (коэффициента) полноты индикаторной диаграммы a_i = 0,76-0,85 для паровой машины, работающей без расширения пара и при абсолютном давлении отработавшего пара 1,2 кгс/см². Для вспомогательных машин однократного расширения степень полноты индикаторной диаграммы a_i = 0,16-0,58 в зависимости от состояния пара и работы на конденсатор или противодавление.

Паровые брашпили стали применяться сравнительно реже. Они еще находят применение на танкерах, так как обеспечивают взрывобезопасность, и устанавливаются на тех судах, где это целесообразно. Давление пара перед паровой машиной брашпиля равно 9-12 атм. Пар используется с подогревом до 200 °С.

На рис. 10 в трех проекциях изображен пароручной брашпиль с разъемным грузовым валом.

Этот брашпиль имеет двойную зубчатую передачу и ручной привод. Брашпиль монтируется на фундаментной плите 11, установленной на подушке 54 и станине 10. Он имеет двухцилиндровую сдвоенную горизонтальную паровую машину, управление которой осуществляется пусковым золотником 38 при помощи рукоятки 46. Паровые машины брашпилей работают без расширения пара и имеют пусковой золотник, аналогично описанной вспомогательной паровой машине (см. рис. «Электрические и электрогидравлические рулевые машиныРЭГ с валиковой системой управления НПП»). Давление пара в цилиндрах 34 передается через поршни 35 штока 33 и шатуны 16 кривошипным дискам 22 и валу 24 паровой машины. На этом же валу насажены эксцентрики 23 распределительных золотников 37. Цилиндры снабжены продувочными каналами 36. Вал паровой машины и промежуточный вал 15, несущий швартовные барабаны 1 (турачки), связаны при помощи шестерен 26 и 25, сидящих на шпонках. На валу 15 на скользящих шпонках сидят подвижные кулачковые полумуфты 17 и свободно – шестерни 27.

Подвижные полумуфты 17, как и ступицы 27, снабжены впадинами и выступами. Разобщение и сцепление полумуфт 17 и шестерен 27 производится при помощи приводов. Каждый привод состоит из двуплечего рычага 19 с вилкообразными концами. Нижняя вилка рычага снабжена штырями с насаженными на них бронзовыми камнями, входящими в кольцевое углубление полумуфты 17. В верхней вилке рычагов между их плечами насажены на цапфах гайки 20, внутри которых проходят винтовые нарезные концы стержней 21 с закрепленными маховиками 5.

Вращающий момент от промежуточного вала 15 через шестерни 27 передается зубчатым колесам 43, имеющим скользящее шпоночное соединение с грузовым валом 29. Так как торцы ступиц шестерен 43 снабжены такими же выступами и впадинами, как и торцы ступиц звездочек 30, свободно сидящих на валу 29, то вращающий момент к звездочкам передается при сцеплении с шестернями 43. Это сцепление (и расцепление) осуществляется вращением рукояток 42 нарезных валиков 40, в результате чего происходит перемещение ползунов 41, насаженных на валики 40, на цапфах которых надеты тяги 39, шарнирно соединенные с угловыми рычагами 32. При повороте угловых рычагов вокруг точек опоры 31 их свободные концы входят в выточки ступицы шестерен 43, что вызывает перемещение последних вдоль вала 29 в необходимом направлении.

Ручной ленточный тормоз брашпиля состоит из ленты 13 с деревянной набойкой 51, уложенной в выемку тормозных дисков 3, изготовленных заодно со звездочками. Лента снабжена шарнирно соединенной с ней гайкой 45, закрепленной на оси 50. В гайку 45 входит нарезной конец стержня 49, имеющий рукоятку 9. Средняя, утолщенная часть этого стержня проходит через втулку 44, шарнирно соединенную с колодкой 48, которая поворачивается вокруг оси 47. Ось 47 прикреплена к верхнему концу ленты 13 ручного тормоза, вместе с которой она шарнирно связана тягой 53 с фундаментной плитой 11 брашпиля. Нижний конец колодки 48 тягой 52 шарнирно связан с другим концом ленты. Таким образом, при вращении стержня 49 рукояткой 9 нарезной конец его, передвигаясь по нарезке гайки 45, поворачивает колодку 48 вокруг оси 47, действуя на тормозную ленту и осуществляя требуемое от тормозов действие.

Будет интересно: Составные части рулевых устройств и предъявляемые к ним требования

Ручной привод данного брашпиля аналогичен рассмотренному выше и состоит из рычагов 4 с рукоятками 2, вставляемых в гнезда арматуры 8, которая может поворачиваться вокруг оси 7, лежащей в подшипниках. Последние расположены в стойке 6, которая прикреплена к станинам брашпиля. При работе брашпиля от паровой машины палы 56 ручного привода откидываются и ложатся на чеку 57, а балансир устанавливается горизонтально при помощи чеки 55.

Для подъема одного якоря вращением рукоятки 42 вводится в зацепление одна из звездочек 30, а при подъеме двух якорей в зацепление необходимо ввести обе звездочки 30 с их шестернями 43. В целях сохранения цепной линии смещаются шестерни, а не звездочки.

При швартовных операциях звездочки 30 и шестерни 43 должны быть разъединены. В этом случае турачки 1 приводятся в действие от вала 24 через пару шестерен 26 и 25.

При выбирании якоря вручную должны быть соединены соответствующие звездочки 30 и шестерни 43 и разъединены обе шестерни 27 со своими кулачковыми полумуфтами 17. Палы 56 при этом должны упираться в зубья шестерни 43, а чека 55 должна быть вынута.

Клапанная коробка пускового золотника брашпиля снабжена предохранительным клапаном. Подшипники звездочек получают смазку из масленок 28.

Для предотвращения заедания звеньев якорной цепи в звездочке и сбрасывания заклинивающихся звеньев брашпиль снабжен отбойными палами 12. Чтобы турачки и части промежуточного вала 15 при недопускаемых дефектах можно было заменить, его делают составным, соединяемым фланцами 14.

Характеристики паровых брашпилей приведены в табл. 3.

Брашпили малых моделей изготавливают однопалубными с горизонтальными сдвоенными паровыми машинами (см. рис. 10 выше), а брашпили крупных моделей – двухпалубными с вертикальными паровыми машинами, более удобными для компоновки в Организация вахтенной службы при плавании судна в стесненных условияхстесненных судовых условиях. Паровой брашпиль БП-1 – один из больших брашпилей российской постройки, установлен на танкерах типа «Варшава». Он имеет вертикальную двухцилиндровую паровую машину и обеспечивает операции с якорями массой 7 000 кг каждый и литыми цепями калибра 82 мм. На супертанкере 150 000 т масса якоря только 15-16 т.

Паровые шпили изготовляют в однопалубном исполнении с горизонтальным расположением сдвоенной паровой машины. Эти шпили, как и паровые брашпили, с 40-х годов стали заменяться электрическими шпилями. Российские швартовные паровые шпили (ШП4, ШП5-1, ШП7) имеют номинальное тяговое усилие на швартовном барабане в 3 000, 5 000, 8 000 кгс и мощность паровой машины (соответственно) 25,3; 42,7; 58,7 л. с.

Автор

Ольга Коцофан

Фрилансер

Список литературы

1. Александров А. В. Судовые системы. Л., «Судостроение». 1966. 200 с.
2. Богомольный А. Е. Судовые вспомогательные и рыбопромысловые механизмы. Л., «Судостроение», 1971. 384 с.
3. Валдаев М. М. Гидравлические приводы судовых палубных механизмов. Л., «Судостроение», 1973. 295 с.
4. Гурович А. Н. и др. Судовые устройства. Справочник. Л., «Судостроение», 1967. 412 с.
5. Дубровский О. Н., Руфин Б. А., Артамонов М. Н. Гидравлические приводы судовых механизмов. Л., «Судостроение», 1969. 383 с.
6. Ермилов В. Г. Эксплуатация испарительных установок теплоходов. М., «Транспорт», 1969. 92 с.
7. Епифанов Б. С. Судовые системы. Л., «Судостроение», 1973. 136 с.
8. Завиша В. В., Декин Б. Г. Судовые вспомогательные механизмы. М., «Транспорт», 1974. 392 с.
9. Инструкция по химической очистке судовых испарителей. ММФ, 1968.
10. Коваленко В. Ф. и др. Водоопреснительные установки морских судов. М., «Транспорт», 1964. 304 с.
11. Кравченко В. С. Монтаж судовых вспомогательных механизмов. Л., «Судостроение», 1968. 219 с.
12. Михайлов С. С., Мартынов Б. М. Пневматические приводы судовых механизмов и устройств. Л., «Судостроение», 1974. 190 с.
13. Петрина Н. П. Судовые насосы. Л., Судпромгиз, 1962, 376 с.
14. Плявин Н. И. Эксплуатация морского танкера. М., «Транспорт», 1968. 336 с.
15. Правила классификации и постройки морских судов. Регистр СССР. Л., «Транспорт», 1967. 311 с.
16. Правила классификации и постройки морских судов. Регистр СССР. Л., «Транспорт», 1970. 855 с.
17. Правила техники безопасности на судах морского флота. М., Реклам-бюро ММФ, 1970.
18. Правила технической эксплуатации судовых вспомогательных механизмов и оборудования. М., «Транспорт», 1975.
19. Правила технической эксплуатации корпуса, помещений, устройств и систем судна. М., «Транспорт», 1965. 164 с.
20. Положение о технической эксплуатации морского флота. М., Реклам-бюро, 1973. 151 с.
21. Справочник судового механика. Т. 2. Под ред. Л. Л. Грицая. М., «Транспорт», 1974. 697 с.
22. Шмаков М. Г. Рулевые устройства судов. Л., «Судостроение», 1968. 364 с.
23. Ясинский А. С. Судовые паросиловые установки. М., «Транспорт», 1969. 192 с.