Установка стационарных двигателей на суда из стеклопластика

В настоящей статье рассматривается влияние, которое может оказывать установка двигателя на конструкцию и постройку стеклопластикового судна.

Балки машинного фундамента

Для всех стационарных двигателей необходимы фундаментные балкиУстановка и центровка фундаментной рамы, однако рекомендуемый способ крепления этих балок к корпусу весьма отличается от применяемых на деревянном судне. Балки должны сохранять свою прочность и массивность, поскольку передают толкающее усилие от винта судну и вос­принимают массу двигателя. Они распределяют массу двига­теля и поглощают вибрацию. Балки фундамента могут быть такими же, как крупные шпангоуты коробчатого сечения с де­ревянным сердечником или легким заполнителем, имеющим твердые вставки, в которые можно устанавливать болты. Они могут представлять собой также свободные деревянные или стальные опоры, крепящиеся к корпусу посредством приформовочных угольников на основе стекломата.

Крепление опор болтами через корпус, если даже он имеет значительную толщину обшивки, является неудачным. Это создает значительные местные напряжения вокруг болтов вместо распределения нагрузки на обширной зоне.

При оснащении корпуса после его отверждения для изгото­вителя является важным встроить балки фундамента в корпус при формовании или, по крайней мере, заформовать внутрь те конструктивные элементы, к которым фундаментные балки бу­дут крепиться болтами.

Формовать балки коробчатого сечения с соблюдением точ­ности, необходимой для фундаментных балок, непросто даже при использовании заполнителя, специально подготовленного по форме. Удобнее, когда балки коробчатого сечения формуются более низкими, чем собственно фундаментные балки, и пред­ставляют собой жесткие продольные связи, к которым крепятся деревянные или стальные фундаментные балки (рис. 1).

Это создает возможность регулирования и более жесткой установки, так как балки фундамента в этом случае могут крепиться бол­тами через формованные продольные связи. При непосредствен­ном креплении двигателя болтами к формованным балкам фун­дамента достаточно шурупов, вворачиваемых в сердечник, но при этом число их заворачиваний (или вытаскиваний) весьма ограничено (рис. 2). Можно применять металлические вставки, но при этом требуется обеспечивать очень точное их расположение.

Поскольку можно ожидать, что срок службы стеклопласти­кового суднаМалотоннажные суда из стеклопластика будет весьма продолжительным, необходимо обес­печить возможность замены менее долговечных частей, в част­ности двигателя, без значительных трудностей.

Стеклопластиковые балки следует устанавливать в корпус, пока он еще не отвержден и находится в стадии желатенизации. При этом можно обеспечить более качественное соедине­ние, чем при последующей их установке. Наиболее подходящим является перцод времени, когда корпус еще остается в матрице или формуется. Тогда балки могут быть заформованы между слоями материала фор­муемого корпуса.

Кроме того, при установке балок внутрь корпуса в период его нахождения в матрице фиксируются его правильные геометрические обводы и не возникает дополнительных про­блем, связанных с искривле­ниями.

При установке длинных жестких фундаментных балок очень важно избегать жестких точек. Если массивные эле­менты изготовлены недоста­точно правильно, могут возникать высокие местные концентра­ции напряжений, равно как и избыточные напряжения, статиче­ские и динамические, от массы двигателя и толкающего усилия винтов. Установленные балки фундамента двигателя или фор­мованные балки не должны резко обрываться. Они должны быть скошены заподлицо и сливаться с корпусом или заканчи­ваться на поперечном элементе конструкции. Особенно важно иметь это в виду при внесении любых изменений или удлине­нии опор.

Формованный корпус легче и гибче, чем большинство дере­вянных корпусов. В связи с этим продление опор до района дейдвудной трубы представляется логически обоснованным. В противном случае в силу естественного изгиба корпуса может произойти смещение, способное исказить линию вала. Поскольку смещение происходит под настилом и вызывает нарушение со­осности, его невозможно мгновенно исправить. Для двигателя, имеющего гибкое соединение с валом, необходимо установить упругую муфту, иначе дейдвудная труба окажется вырванной.

Металлические установочные лапы двигателя или стальные балки фундамента не должны крепиться болтами непосредственно к поверхности любой формованной конструкции. На по­верхности формованной детали неизбежно создается значитель­ное давление от тяжелого двигателя и туго затянутых болтов. Поскольку поверхность формованной детали при обычной внут­ренней отделке неровная, все давление будет приходиться на выступы (рис. 3). Гладкая формованная поверхностьСоздание защищенных от износа конструкций судна, обра­зованная декоративным слоем вспомогательной формованной конструкции, обогащена смолой и, следовательно, становится ломкой.

Твердая металлическая поверхность, создающая высокое давление при непосредственном контакте с формованной конст­рукцией, вызывает разрушение ее поверхности. Вибрация усугубляет это положение, и чем больше разрушается формован­ная конструкция, тем сильнее ослабляются крепления и значи­тельнее нарастает вибрация. Необходимо помнить, что смола невязкий материал, она не деформируется под действием боль­шого поверхностного давления, а разрушается подобно камню или бетону.

Разрушения можно избежать, установив тонкую мягкую прокладку между металлической поверхностью и поверхностью формованной детали. Тогда поверхностный слой смолы будет защищен от грубой металлической поверхности и разрушаю­щего действия затянутой гайки. Эффективную защиту обеспе­чивает тонкий слой неопрена толщиной 1,5 или 3 мм. Можно использовать также резину, ткань и другие материалы. При не­большом двигателе пригодна каучукоподобная краска. Можно применять деревянную прокладку.

На поверхности с неровной внутренней отделкой, которая может оказаться под металлической поверхностью, сильно при­жатой болтами, следует снять напильником выступающие не­ровности, а также установить мягкую защитную прокладку. С этой целью необходимо увеличить толщину стенки, исполь­зовав при этом смоляную шпаклевку.

Дейдвудная труба

Большинство дейдвудных труб имеют большую длину, поскольку предполагается, что они должны проходить через слой древе­сины значительной толщины. Однако на формованном судне они короткие (длиной до 25 мм), за исключением устанавливаемых на крупных судах, и их следует заказывать индивидуально. Для достижения необходимой длины с целью использования боль­шей стандартной опоры не возбраняется производить заформовку внутрь корпуса деревянного бруска, создающего доста­точную толщину, а также увеличивающего жесткость.

Предлагается к прочтению: Механическая обработка стеклопластика в судостроении

Вероятно, в целях обеспечения толщины, необходимой для монтажа дейдвудной трубы, потребуется устанавливать вкла­дыш внутрь корпуса. Однако при узкой формованной конструк­ции допускается также заполнение соответствующего района стеклосмоляной шпаклевкой или смесью опилок со смолой. Сле­дует предусмотреть возможность увеличения диаметра полости на строящемся судне при формовании, чтобы установить в слу­чае необходимости более крупный винт для большего по срав­нению со стандартным двигателя.

Размеры полости могут быть стандартизированы путем использования особых вставок, уста­навливаемых внутрь матрицы для получения большого от­верстия.

Укрупнение полости впоследствии потребует значительных усилий; любая срезаемая часть должна быть тщательно изго­товлена дополнительной наформовкой изнутри, чтобы ее можно было заменить. Срезание может потребоваться для доступа внутрь наформовки, после чего часть кормил придется восста­навливать формованием. Следует иметь в виду, что мощность вспомогательных двигателей, устанавливаемых на парусных яхтах, возросла и сейчас вдвое превышает предвоенный уро­вень. Поскольку увеличение размеров винта представляет труд­ности, связанные с увеличением размеров полости, имеются основания для стандартизации крупного двигателя, а не мел­кого.

Высокоэффективное гоночное судно часто оснащается двига­телем установленного размера, но большинство гоночных судов довольно быстро заменяются более совершенными по мере уста­ревания судна, если только конструкция тех и других не соответ­ствует в точности одному классу. В этом случае двигатель мо­жет быть заменен одним из подходящих по мощности. Устано­вив деревянную или формованную заполняющую вставку, легко удаляемую при последующем переоборудовании, можно ограни­чить размер отверстия на период всего срока службы.

Район дейдвудной трубы должен быть армирован и иметь увеличенную толщину для обеспечения жесткой посадки.

Сверление в толще формованной конструкции крупными сверлами создает большую нагрузку. Прикрепив к матрице деревянную пробку (как съемную выступающую часть), можно избавиться от многих хлопот. Ее можно установить временно с использованием шпильки или винтов. Отделение пробки не представляет сложности. При вывернутой шпильке или снятых винтах она удаляется последующим выколачиванием или вы­рубкой. В случае установки ее по линии разъема она автомати­чески отделяется при раскрытии матрицы.

Вибрация валаЦентровка и монтаж валопровода способствует увеличению диаметра отверстия в корпусе. Под действием вибрации смола вокруг трубы может истираться и крошиться. Важными факторами являются качественное крепление, а также дополнительное армирование и из­быточная толщина. Необходимо учитывать не только нормаль­ные условия эксплуатации, но и возможность возникновения неожиданных поломок, например погиби лопасти винта. Дейдвудная труба не должна разбалтываться внутри корпуса, по крайней мере до завершения плавания. Нам кажется предпо­чтительнее применять толстый деревянный вкладыш для обес­печения сквозного прохода дейдвудной трубы. При возникнове­нии любой резкой вибрации будут поглощаться и сдерживаться колебания за счет увеличенной толщины и упругости древесины.

Выносные кронштейны гребного вала

Выносные кронштейны являются элементом центровки двига­теля и должны быть установлены жестко. Следует применять сквозное крепление их болтами через формованную конструк­цию увеличенной толщины с накладками.

Гибкость корпуса может нарушить центровку; балки машин­ного фундамента и соответствующие элементы жесткости, равно как и дейдвудную трубу, следует продлевать в корму, в район выносных кронштейнов. При посадке на мель выносные крон­штейны могут воспринимать значительную часть массы судна, а также возникающие удары, в связи с чем район их установки должен быть тщательно подкреплен. Разумеется, обстоятельства могут сложиться так, что вал и гребной винт получат поврежде­ния и выйдут из строя, но при этом важнее сохранить целост­ность корпуса. Судно с погнутым валом может быть отбукси­ровано к месту стоянки, если оно остается на плаву; но если вы­носной кронштейн, взломав днище, проникнет насквозь (а подобное случалось наблюдать), может возникнуть необхо­димость в спасении экипажа.

Истирание и кавитация

Истирание на мелководье поверхности песком и обломками по­роды, перемешиваемыми винтами, происходит постепенно, но им нельзя пренебрегать. При повреждении декоративного слоя обнажаются стеклянные волокна, что ведет к их распаду. Для предотвращения этого в одних случаях окажется достаточным регулярное подновление антиобрастающего покрытия, в других потребуется наносить износостойкий декоративный слой с целью обеспечения восстановления защиты или даже предусмотреть наружные защитные накладки.

Более сложная проблема обусловлена кавитацией, возни­кающей от вращения высокооборотного винта. Поскольку тол­стый слой смолы хрупок, он может отламываться и разрушаться под влиянием кавитационных ударов. КавитацияМетоды обнаружения дефектов и повреждений оказывает расслаивающее действие, выдергивая или засасывая частицы, чему слоистая стеклопластиковая структура недостаточно про­тивостоит.

Уменьшить или устранить кавитацию можно при оптималь­ной конструкции винта. Возникновение кавитации на днище корпуса высокоскоростного судна приносит большие трудности, поскольку такая кавитация является функцией геометрических обводов корпуса и изменяется в зависимости от условий, ско­рости и дифферентовки.

Выпускная труба

Горячие выпускные трубы должны находиться в отдалении от стеклопластика, так же как и от деревянных частей. Выпуск­ная труба обычно охлаждается водой и бывает совершенно хо­лодной, однако следует учитывать возможность уменьшения охлаждения. Опасность какого бы то ни было разрушения стек­лопластика должна быть исключена даже в наиболее тяжелых условиях перегрева.

Существенно важно обеспечить, чтобы выпускная труба не являлась источником повреждений как при нормальных усло­виях эксплуатации, так и при перегреве. Она должна иметь свободный проход, а не проходить сквозь рундуки или простран­ства, где ее могут касаться расположенные вблизи:

• оборудова­ние;
• проводка;
• изоляция и др.

Она должна быть в достаточной степени удалена от пластмассовых водопроводных труб, так как они способны плавиться, а также от топливных трубопроводов любого типа. Водостоки кокпита, изготовляемые, как правило, из пластмассы, обычно проходят сквозь моторный отсек и, ко­нечно, в подводной части корпуса.

Декоративные слои вокруг выпускного отверстия иногда по­крываются трещинами, что вызывается чрезмерным нагревом воды. Термостойкость стандартных декоративных слоев значи­тельно ниже температуры кипения воды. Решение вопроса со­стоит в снижении температуры воды сменой терморегулятора или перестановкой выпускного отверстия для обеспечения- сво­бодного выброса воды.

Меры пожарной безопасности

Стеклопластик не создает опасности воспламенения, однако по­добно древесине может сильно гореть. Большинство пожаров возникает из-за некачественного оборудования. Мерами, направ­ленными на предотвращение возможности возникновения по­жара, являются:

1. поддержание оборудования в исправном состоянии; зна­ние командой соответствующих практических правил по обес­печению пожаробезопасности;
2. установка одобренных к эксплуатации огнетушителей и поддержание их в работоспособном состоянии (см. статью Подвесные моторыПодвесные моторы малотоннажных судов);
3. использование стеклопластика на основе огнестойких смол;
4. покрытие поверхности вспенивающимися смолами или красителями;
5. уменьшение количества других воспламеняющихся мате­риалов.

Самозатухающие смолы применяются давно, однако они не получили общего признания, так как обычно подвержены вы­ветриванию, сложнее в эксплуатации и более дороги. Приемле­мое компромиссное решение заключается в использовании сна­ружи обычных декоративных слоев для создания стойкости к выветриванию (опасность возникновения пожара извне мала), а также самозатухающих смол для формования конструкций и особенно для получения внутренних отделочных декоративных слоев. Самозатухающие смолы перестают гореть при устранении источника горения.

Читайте также: Строение судна на подводных крыльях

Стеклопластик труднее зажечь, чем древесину, но это не иг­рает существенной роли, поскольку опасность пожара на судне возникает при возгорании, например, бензина, газа или оби­вочного материала. Следует подчеркнуть, что надежное обору­дование и строгое соблюдение правил пожаробезопасности яв­ляются единственными факторами, предотвращающими угрозу возникновения пожара. При этих условиях можно ничего не ме­нять в составе смолы. Даже несмотря на использование огне­стойких материалов в случае пожара судну, двигателю и обо­рудованию может быть причинен значительный ущерб и жизнь членов команды будет в опасности. Более того, это не предот­вратит конструктивных повреждений от вспышки газа или бен­зина. Ведь горят не стальные конструкции судна, а краска, де­тали меблировки и грузы, то же относится и к конструкциям из стеклопластика. На большинстве прогулочных судов имеется значительное количество воспламеняющейся древесины и оби­вочных материалов. Пенополиуретановые прокладки пожаро­опасны и при горении образуют токсичные продукты.

Самозатухающие смолы не являются источником токсичных продуктов, но выделяют большое количество дыма (то же происходит с обычными стеклопластиками), что само по себе пред­ставляет опасность. Правда, большое количество дыма помогает привлечь внимание спасательных служб.

Стеклопластик, особенно содержащий ровничную ткань, спо­собен расслаиваться под действием тепла. Такое расслоение может быть вызвано также при воздействии внешнего огня, например, от расположенного по соседству судна, здания или костра. Даже когда приносимый им вред мал или незаметен, он может оказаться непоправимым. После любого пожара судно следует подвергнуть обследованию.