Монтаж валопроводов

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

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

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

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

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

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

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

Рекомендуется к прочтению: Монтаж главных деталей

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

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

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

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

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

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

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

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

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

В практике судостроения применяют три способа окончательной центровки валопровода:

• по нагрузкам на подшипники скольжения;
• по смещениям и изломам осей валов;
• по соосности относительно оптической оси водопровода (только для подшипников качения).

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

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

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

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

Количе­ство расчетных вариантов определяется:

• положением судна в море (на тихой воде, на волне);
• состоянием двигателя (холодный, горячий);
• зна­ками амплитуд гидродинамических сил и их моментов;
• нагрузкой суд­на.

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

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

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

$F\left(y_i\right) = max S_{\delta –\phi }$

где:

• y_i – смещение i-гo подшипника;
• S_δ-φ – площадь диаграммы δ-φ, учитывающая все ограничения нагру­зок и напряжений, а также положения судна и двигателя, изгиб корпуса.

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

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

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

$R_{в} = R_{п}+R_{л} – G$

где:

• R_п и R_л – нагрузки на динамометры, установлен­ные в правой и левой лапах подшипни­ка;
• G – сила тяжести подшипника.

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

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

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