Валопроводы судов и гребные винты являются частями системы привода или подводного объекта. Они играют важную роль в обеспечении движения и маневренности таких объектов.
Валопроводы судов, иногда называемые также валами и валовой линией, представляют собой систему вращающихся валов и соединений, которые передают мощность от двигателей или подводного объекта на гребные винты или другие приводные механизмы. Валопроводы обычно состоят из нескольких валов, соединенных шарнирами и опорными подшипниками.
Гребные винты, также известные как пропеллеры или винтовые воздушные винты, являются основными элементами привода для многих типов транспортных средств, включая самолеты, корабли и подводные лодки. Эти вращающиеся винты создают силу тяги, преобразуя движение воздуха или воды во вращательное движение.
Валопроводы
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 Центровка и монтаж валопроводаэлементы валопровода показаны на рис. 1.
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
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. 2) состоит из двух половин, соединяемых точными болтами.
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
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. 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.
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. 3.
1 – масляное кольцо; 2 – масляный скребок; 3 – дефлектор; 4 – шарнирные опорные подушки
Обычный для подшипников вкладыш заменен здесь подушками на шарнирной опоре. 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. 4.
I – подвод масла; II – отвод масла; III – слив масла через клапан слива
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. 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 Руль и гребной винт суднагребной винт крепится к валу.
Гребные винты
Гребной винт. Он представляет собой ступицу с несколькими лопастями геликоидальной формы, закрепленными на ней. При вращении винт как бы ввинчивается в воду, опираясь на столб воды, через который он проходит. Упорное усилие через Ремонт валопроводов и судовых гребных винтоввалопровод передается к упорному подшипнику, а через него – на корпус судна.
На рис. 5 показан винт фиксированного шага, у которого лопасти выполнены заодно со ступицей.
1 – лицевая сторона лопасти; 2 – обратная сторона лопасти; 3 – ступица винта; 4 – проектированный контур лопасти; 5 – развернутый контур лопасти.
I – откидка лопасти; II – откидка лопасти в плоскости вращения; III – радиус; IV – сечение лопасти
Хотя подобные винты называют винтами фиксированного шага, шаг их меняется по мере удаления от ступицы. Однако в каждой данной точке он постоянный, а для расчета берется некоторое усредненное значение шага.
Вращающийся по часовой стрелке винт, если смотреть на него со стороны кормы, называют винтом правого вращения. Большинство одновинтовых кораблей имеют винт правого вращения. У двухвинтовых судов винт правого вращения обычно располагается по правому борту, а винт левого вращения – по левому борту.Крепление гребных винтов. Гребной винт крепится на коническом хвостовике гребного вала, и для передачи вращающего момента может быть применена шпонка. Встречаются, однако, конструкции без шпонки. На конец гребного вала навинчивается и фиксируется большая гайка. Затем при помощи болтов к торцу гребного вала крепится конус, служащий обтекателем для потока отходящей от винта воды.
Читайте также: Влияние гребного винта фиксированного шага (ВФШ) и руля на управляемость судна
Одним из способов бесшпоночной посадки винта на вал является посадка его на масле. На внутренней конической поверхности ступицы протачивается ряд аксиальных и поперечных кольцевых канавок. В конический зазор между ступицей и валом подается масло под высоким давлением. Благодаря этому значительно снижается трение между ступицей и валом. Насадка винта производится при помощи кольцевого гидропрессового устройства. После того как винт установлен на место, давление в масляных каналах снимается, масло сливается, а винт остается плотно посаженным на вал.
Существует еще одно устройство для посадки винта на конический хвостовик вала с натягом. Это патентованная гайка «Пилигрим». Используя эту гайку, можно добиться того, что вращающий момент с двигателя на винт будет передаваться благодаря трению, а не через шпонку, даже если она установлена. Гайка «Пилигрим» представляет собой гидравлический домкрат, навинчивающийся на конец хвостовика гребного вала при монтаже и демонтаже гребного винта (рис. 6).
а – при посадке винта на вал; б – при снятии винта с вала.
1 – ступица гребного винта; 2 – прокладка ; 3 – нажимное кольцо; 4 – шина из нитриловой резины; 5 – соединительный шток; 6 – уплотнение; 7 – дистанционная трубка; 8 – гидравлический штуцер; 9 – пробка; 10 – стопорная пластина; 11 – гребной вал; 12 – шпилька; 13 – съемная плита
Под давлением от гидравлической системы в шине, выполненной из нитриловой резины, возникает усилие, передаваемое на нажимное кольцо. Через кольцо это усилие передается на ступицу винта при его посадке на конический хвостовик гребного вала. Для снятия винта гайка «Пилигрим» устанавливается в обратную сторону и к ней добавляется съемная плита, которая в этом случае крепится шпильками к ступице винта. При повышении давления в шине винт снимается с конуса. На рис. 6 показано действие гайки при установке и снятии гребного винта с вала.
Винты регулируемого шага. Эти винты состоят из ступицы прикрепленных к ней лопастей. Механизм, расположенный внутри винта, позволяет производить одновременный поворот всех лопастей винта вокруг оси лопасти для изменения шагового угла, а следовательно, и шага винта. На рис. 7 показана типовая конструкция установки винта регулируемого шага.
1 – шток поршня; 2 – поршень; 3 – уплотнение лопасти; 4 – болт крепления лопасти; 5 – лопасть; 6 – кривошип; 7 – цилиндр главного сервомотора; 8 – поворотное кольцо; 9 – золотник; 10, 12 – штоки золотника; 11 – гребной вал; 13 – главный насос; 14 – зубчатое колесо; 15 – зубчатое колесо с внутренними зубьями; 16 – невозвратный клапан; 17 – ползун; 18 – скользящий упор; 19 – штырь; 20 – вспомогательный сервомотор; 21 – корпус; 22 – уплотнение
При получении сигнала на изменение шага приводится в действие золотниковый клапан, регулирующий подачу масла низкого давления во вспомогательный сервомотор. Последний служит для перемещения ползуна, через который движение передается к штоку золотника, проходящего внутри вала к ступице винта. Золотник в свою очередь служит для подачи масла высокого давления в ту или иную полость цилиндра главного сервомотора. Поступательное движение цилиндра через шатуны и поворотное кольцо преобразуется во вращательное движение лопастей вокруг своей оси. Все лопасти продолжают свое вращение до тех пор, пока сигнал обратной связи не уравновесит сигнала на изменение шага, и тогда подача масла низкого давления во вспомогательный сервомотор прекращается. Для аварийного изменения шага винта золотниковый клапан управления вспомогательным сервомотором имеет ручной привод. Масляные насосы приводятся во вращение от валопровода.
Механизм управления шагом винта обычно гидравлический, подача масла производится через гребной вал. Управление механизмом осуществляется непосредственно с мостика. Изменение шага винта вызывает изменение упора винта, и так как существует положение нулевого шага, то двигатель при маневрировании можно не останавливать. Лопасти винта могут поворачиваться, создавая упор для получения заднего хода, так что исчезает необходимость в реверсировании двигателя.
Кавитация. Сущность кавитации заключается в том, что на задней стороне лопасти винта при его вращении в результате изменений давления образуются и исчезают пузырьки водяного пара. Последствиями кавитации являются:
- снижение упора винта;
- эрозия на поверхности лопастей;
- вибрация и шум в кормовой части судна.
Однако эти явления возникают при вращении винта с большой частотой при высоких нагрузках на винт. Если же винт подобран удачно, то в обычных условиях эксплуатации кавитация не наблюдается.
Обслуживание гребных винтов. При стоянке судна в сухом доке появляется возможность тщательно осмотреть винт. Квалифицированный персонал дока выполняет все необходимые ремонтные работы. Особенно тщательно следует осматривать кромки лопастей для выявления трещин. Даже мельчайшие трещины нельзя упускать из виду, так как они являются причиной возникновения местных напряжений, и если винт подвергнется удару, то может сломаться лопасть. Трещины в лопастях необходимо заваривать с применением специальных электродов.
Особое внимание следует обращать на погнутые лопасти. За исключением случаев, когда погнутость лопастей небольшая, ее следует устранять с применением нагрева. Однако после этого нужно произвести общий нагрев винта для снятия напряжений в ранее нагретом месте.
