Опорный подшипник гребного вала. Схемы дейдвудных устройств

Модуль 2.1

2.1.1. Судовой валопровод: назначение, состав и основные элементы

Валопровод предназначен для передачи вращающего момента ГД движителю, восприятия осевой силы и передачи ее корпусу судна с целью обеспечения его движения. От надежной работы валопровода зависит эффективность и безопасность эксплуатации судна (особенно одновинтового).

Состав валопровода, его длина и число валовых линий об­условлены: типом, мощностью и расположением ЭУ; требова­ниями, предъявляемыми к ЭУ (надежность, маневренность и пр.); условиями размещения, обслуживания, проведения монтажных и ремонтных работ.

В состав валопровода входят следующие элементы: валы и их соединения, опорные и упорные подшипники, дейдвудные устрой­ства и переборочные уплотнения, специальные устройства и меха­низмы, вспомогательное оборудование. При этом, если отдельные элементы (например, упорный подшипник с упорным валом и пр.) встроены в ГД, они в состав валопровода не включаются.

На рис. 2.1.1, а и б дана схема расположения валопровода одно- и двухвальных СЭУ. На кормовом конце гребного вала закреплен гребной винт. На выходе из корпуса судна установлено дейдвудное устройство, состоящее из дейдвудной трубы, жестко соединен­ной с корпусом, опорных подшипников и сальниковых уплотнений. Оно препятствует попаданию забортной воды в машинное отделение (МО) или в коридор гребного вала.

Длина гребного вала может достигать 30 м. Поскольку по ус­ловиям металлургического производства невозможно изготовить цельную заготовку такой длины, ее делят примерно на две равные части. Носовая часть, проходящая через дейдвудную трубу, на­зывается дейдвудным валом, а кормовая - гребным валом. Такое сочетание валов характерно для двухвальпых судов с острыми обводами кормовой оконечности. В этом случае кормовая часть дейдвудной трубы заканчивается короткой втулкой - мортирой, в которой размещен опорный подшипник для дейдвудного вала; гребной вал опирается на подшипник кронштейна.

Гребной и упорный валы соединяются посредством промежу­точных валов. При выборе их длины для конкретного судна не­обходимо учитывать следующее: удобство проведения погрузочно-разгрузочных, сборочных и демонтажных работ; местоположение опорных подшипников; унификацию заготовок валов, технико-эко­номическую целесообразность изготовления заготовок и обра­ботки валов; данные расчета центровки валопровода.

На судах также применяют валопроводы с одним промежуточ­ным валом (кормовое расположение МО) или без него (малые суда, катера). Промежуточные валы опираются на один или два опорных подшипника. Если вал опирается на один подшипник, то для проведения монтажных работ применяют монтажный под­шипник.

Рис. 2.1.1. Схема расположения валопровода СЭУ:

а - одновальной:

1 - гребной винт; 2 - дейдвудное устройство;

3 - гребной вал; 4 - тормозное устройство; 5, 7 - кормовой и промежуточный опорные подшипники; 6 - промежуточный вал;

8 - переборочное уплотнение; 9 - проставочный вал; 10 - монтажный подшипник; 11 - валоповоротное устройство; 12 - ГУП; 13 - ГД;

б - двухвальной:

1 - гребной винт; 2 - кронштейн; 3 - гребной вал; 4 - глухое коническое соединение; 5 - мортира; б, 8 - кормовой и носовой подшипники дейдвудного вала; 7 - дейдвудная труба; 9 - дейдвудный сальник; 10 - дейдвудный вал; 11 - соединительная полумуфта;

12 - тормозное устройство; 13 - монтажный подшипник;

14 - промежуточный вал (ВУВ); 15 - опорно-упорный подшипник;

16 - линия вала левого борта; 17 - быстроразъемное соединение;

18 - проставочный вал; 19 - переборочное уплотнение; 20 - ГУП;

21 - ГД; 22 - торсиометр.

Упорный вал соединяется с промежуточными валами через фланец одного из валов, изготовленный с припуском (обрабаты­вается по замерам на месте), или через проставочный вал. Такое соединение позволяет компенсировать неточности корпусных кон­струкций, облегчить монтажные и ремонтные работы, унифициро­вать заготовки промежуточных валов. Кроме того, проставочный вал проектируют как слабое звено, которое может выйти из строя при ударе гребного винта о лед или в другом случае перегрузки валопровода.

Упорный вал предназначен для восприятия реакции упора двигателя и передачи ее корпусу судна через ГУП. В зависимости от принятой схемы ГУП может быть встроен в ГД, в редуктор или размещен в отдельном корпусе.

В многовальных установках быстроходных судов кормовые опорные подшипники промежуточных валов выполняют в виде опорно-упорных. В этом случае вал называется вспомогательным упорным (ВУВ). При нормальной эксплуатации работают опор­ные части подшипника, а при аварии - упорные (например, в случае поломки одного из ГД). Для возможности движения судна при работе остальных ГД с жесткой передачей и с целью снижения потерь в подшипниках валопровода предусмотрено раз­общение валопровода от движителя через быстроразъемиое со­единение.

Упорные подушки ВУВ имеют значительно меньшую поверх­ность, так как воспринимают реакцию нагрузки свободно вращаю­щегося винта. Поэтому во избежание подплавления при нормаль­ной эксплуатации эти подушки должны быть отведены от упор­ного гребня на 10-20 мм с помощью червячной передачи, смонтированной на корпусе подшипника.

Самым коротким валопровод будет при кормовом расположе­нии МО, либо при центральном или носовом расположении - в случае использования электрической передачи. При любом другом расположении МО и других типах передач длина валопровода может достигать 90-100 м. В этих случаях валопровод прокладывают через грузовые помещения в водонепроницаемом туннеле от кормовой переборки МО до носовой переборки ахтерпика. Туннель защищает валопровод от возможных повреждений при проведении грузовых работ, однако уменьшает полезный объем судна и создает неудобства при выполнении грузовых работ.

Габариты туннеля (коридора гребного вала) должны быть достаточными для обслуживания и проведения монтажных и ремонтных работ (свободный проход между поручнями и перебор­кой туннеля не должен быть меньше 500 мм). В местах выхода валопровода через кормовую переборку МО, а также через другие водонепроницаемые переборки ставят переборочные водонепро­ницаемые сальники. Отсеки отделяют водонепроницаемыми дверями, которые закрываются со стороны МО. Для безопасного обслуживания вращающегося валопровода его ограждают поруч­нями. Коридор оборудуют двумя выходами - один в МО, другой в районе дейдвудной трубы через специальную вертикальную шахту на верхнюю палубу.

Гребной вал

Опорные подшипники

Служат опорами для промежуточных валов;

Упорный вал и подшипники

Служат для передачи упорного давления создаваемого гребным винтом корпусу судна;

Дейдвудное устройство

Служит для опоры гребного вала (или промежуточного) и уплотнения места выхода последнего из корпуса судна. В местах прохода вала через водонепроницаемые переборки устанавливаются переборочные сальники .

Длина валопровода зависит от архитектуры судна и его размеров. При кормовом расположении МО - может достигать 12-20 метров; при среднем - 50-70 метров. При больших длинах валопровод помещают в коридор (коридор гребного вала ), защищающий его от повреждений и выполняемый герметичным.

Нагрузки, действующие на валопровод

Во время работы валопровода на него действуют такие нагрузки: основные - вращательный момент , передающийся от гребного винта; гидродинамические силы , которые возникают при работе винта; вес валов, гребного винта и других механизмов, закрепленных на валах. Вспомогательные - изгибающие моменты, появляющиеся в результате разцентровки валопровода; нагрузки, появившиеся из-за неуравновешенности гребного винта; усилия из-за работы винта в косом потоке и при качке.Случайные - усилия, возникающие при ударах лопастей гребного винта о твёрдые предметы.

Литература

• «Морской энциклопедический словарь», Ленинград, «Судостроение», 1991 год

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Валопровод (судовой)" в других словарях:

Конструктивный комплекс, обеспечивающий передачу крутящего момента от корабля двигателя гребному винту. Валопровод состоит из системы валов, соединенных болтами на фланцах. Включает в общем случае гребной вал, промежуточный вал и упорный вал… … Морской словарь

ВАЛОПРОВОД судовой - устройство, соединяющее главный судовой двигатель с движителем. Предназначен для передачи крутящего момента от главного двигателя движителю, а также для восприятия упора, создаваемого движителем, и передачи его корпусу судна. В состав Валопровода … Морской энциклопедический справочник

Судовой валопровод - 1. Судовой валопровод Конструктивный комплекс, кинематически связывающий главный двигатель с движителем и предназначенный для передачи крутящих моментов и осевых нагрузок, возникающих при работе судовой двигательно движительной установки (далее… …

ГОСТ 24154-80: Валопроводы судовые. Термины и определения - Терминология ГОСТ 24154 80: Валопроводы судовые. Термины и определения оригинал документа: 12. II роставочный вал Короткий вал с припуском на длине, встраиваемый в валовую линию при сборке с пригонкой по месту во время монтажа валопровода… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

- (Туннель гребного вала) водонепроницаемый туннель, в котором проходит судовой валопровод от машинного отделения до ахтерпиковой переборки. Изолирует валопровод от соседних помещений, дает возможность осмотреть его, вместе с тем предохраняет… … Морской словарь

Сюда перенаправляется запрос «Судовой двигатель». На эту тему нужна отдельная статья. Судовая энергетическая установка комплекс машин, механизмов, теплообменных аппаратов, источников энергии, устройств и трубопроводов и прочих систем … … Википедия

- … Википедия

Плавающее сооружение, предназначенное для перевозок грузов и пассажиров, промысла рыбы и морского зверя, выполнения вспомогательных работ с другими судами, обеспечения на водных путях судоходных условий, а также для спорта, отдыха, туризма и др.… … Энциклопедия техники

Гребной вал и его работа

Спортивные, учебные и гоночные моторные суда имеют в качестве движителей почти исключительно гребные винты. Назначение движителя - создание за счет энергии (мощности), получаемой от двигателя, упорного давления (упора), преодолевающего сопротивление воды движению судна.

Гребной винт представляет собой реактивный движитель, поскольку развиваемый им упор создается реакцией масс воды, отбрасываемых гребным винтом в направлении, противоположном направлению движения судна.

Конструктивно гребной винт (рис. 144) состоит из ступицы 1 и расположенных на ней лопастей 2. Та часть лопасти, которая соединяется со ступицей, называется корнем лопасти.

Рис. 143. Валопроводы катеров: А - Валопровод быстроходного катера с кронштейном гребного вала: 1 -полумуфта для присоединения гребного вала к выходному валу двигателя; 2-гребной вал; 3-кронштейн гребного вала; 4-гребной винт; .5-обтекатель гребного винта; 6-дейдвудная труба; 7-дюритовое соединение; 8-сальник дейдвуда; 9- втулка сальника; 10-пружина сальника; 11 -кронштейн для крепления сальника; 12-грундбукса; 13-фланец выходного валаБ - Валопровод тихоходного катера с опорами гребного вала в дейдвудекорпуса катера: 1 -гребной вал; 2-сальник дейдвуда; 3-дейдвудная труба; 4-гребной винт; 5- обтекатель; 6 -резиновые подшипники; 7-шпора

Рис. 144. Типы катерных гребных винтов и сечения их лопастей:а-сегментная форма; б-авиационная (каплевидная) форма

Поверхность лопасти 3 обращенную вперед к носу судна, называют засасывающей. Противоположная, обращенная назад, поверхность 4 лопасти называется нагнетающей. Заостренная грань сопряжения этих двух поверхностей, являющаяся контуром лопасти, носит название кромки лопасти. Входящей кромкой называется кромка, направленная в сторону перемещения лопасти при вращении винта. Противоположную кромку называют выходящей.

Поверхности лопастей образованы из винтовых поверхностей более или менее сложной конфигурации.

К основным геометрическим характеристикам гребных винтов относятся: диаметр винта, шаг винта, число лопастей, направление вращения, ширина лопасти, площадь лопастей, форма и толщина сечения лопастей, диаметр ступицы.

Диаметром гребного винта называется диаметр окружности, описываемой теми точками кромок лопастей винта, которые наиболее удалены от оси вращения винта.

Шагом гребного винта называется путь, на который продвинулся бы гребной винт за один оборот, если бы он вращался не в воде, а в жесткой гайке.

Многие гребные винты имеют шаг, различный в разных участках лопасти. У таких винтов основной характеристикой принято считать некоторый средний шаг, например измеряемый на радиусе, равном 0,7 полного радиуса винта.

Число лопастей у гребных винтов, применяемых на спортивных моторных судах, обычно 2 или 3, иногда их бывает 4.

Гребные винты делятся на правые и левые - по направлению вращения. Правым называется винт, который вращается на переднем ходу по часовой стрелке, если смотреть на винт с кормы в нос судна. Гребной винт, который в этих же условиях вращается против часовой стрелки, называется левым.

Рис. 145. Проектирование лопастей винта на плоскость

Ширина лопасти измеряется от входящей до выходящей кромки лопасти на одном и том же радиусе. Основной характеристикой ширины лопасти обычно принимают ширину, измеренную на радиусе, равном 0,7 полного радиуса винта.

Для характеристики гребного винта и его работы большое значение имеет также дисковое отношение, т. е. отношение площади проекции всех лопастей винта на плоскость, перпендикулярную оси вращения гребного винта (рис. 145), к площади диска, отметаемого винтом, т. е. площади окружности диаметра, равного диаметру гребного винта.

Сечения лопастей гребных винтов имеют форму круговых сегментов или форму сечений самолетного крыла (авиационные профили) или специальные клиновидные профили, применяемые для винтов особо быстроходных, гоночных мотосудов с весьма высокими числами оборотов гребного вала.

Наибольшая толщина сегментного профиля находится на 1/4 ширины сечения; у авиационных профилей наибольшая толщина располагается на расстоянии около 1/3 ширины сечения от входящей кромки; у клиновидных профилей наибольшая толщина смещена к выходящей кромке лопасти.

Кроме формы (профиля) сечения лопасти, для характеристики существенна ее относительная толщина, т. е. отношение наибольшей толщины профиля лопасти к ширине. Для обеспечения прочности лопасти относительная толщина ее профиля делается наибольшей у корня (до 0,2-0,25) и уменьшается к концу лопасти до полного заострения, т. е. до абсолютной величины 0,02-0,05 мм.

Диаметр ступицы гребного винта обычно находится в пределах 1,8-2,0 диаметров гребного вала, но одновременно не должен превышать 0,15-0,20 диаметра гребного винта.

Гребной винт при работе по созданию упора полезно преобразует в упор лишь часть энергии, получаемой от двигателя. Это неизбежно связано с бесполезной затратой энергии на закручивание потока, трение, образование вихрей, сбегающих с концов лопастей, и т. д. В связи с этим мощность работающего на гребной винт двигателя моторного судна всегда больше той полезной мощности, которую гребной винт отдает на движение судна.

Отношение полезной мощности, которую гребной винт отдает в виде упора, двигающего судно, к мощности двигателя, передаваемой через гребной вал на вращение гребного винта, представляет собой основную характеристику качества работы (эффективности) гребного винта. Это отношение называется коэффициентом полезного действия (КПД) гребного винта.

У самых лучших гребных винтов коэффициент полезного действия не превосходит величины 0,65-0,75, т. е. по меньшей мере 1/3 мощности двигателя судна бесполезно утрачивается. Однако у многих гребных винтов, которые могут считаться удовлетворительными, величина потерь близка к половине мощности, затрачиваемой двигателем на вращение винта.

Величина КПД гребного винта зависит главным образом от расчетного выбора оптимальных (наивыгоднейших) соотношений между мощностью двигателя, числом оборотов гребного винта, геометрическими характеристиками винта (диаметром, шагом и площадью лопастей) и скоростью хода моторного судна, максимально достижимой судном с заданным или выбранным двигателем.

Расчет таких оптимальных соотношений для гребного винта представляет собой задачу довольно значительной трудности. Кроме того, для ее решения необходимо знание таких величин, как, например, сопротивление воды движению судна на различных скоростях, влияние корпуса судна на характеристики потока, набегающего на гребной винт, и т. д.

Практически при постройке спортивных мотосудов собственными силами спортсменов или отдельных коллективов получение таких данных является обычно невозможным. В этих случаях расчет гребных винтов для туристских и спортивных моторных судов выполняется упрощенными, приближенными методами.

На туристских катерах со скоростью хода до 15-20 км/час лучшие результаты дает установка гребных винтов с числом оборотов 600-1200 в минуту. Нижний предел указанного числа оборотов применяют для гребных винтов катеров с меньшими скоростями или для относительно больших катеров с более мощными двигателями, для которых нужны гребные винты больших диаметров.

На спортивных катерах средней мощности (25-70 л. с.) со скоростью хода 30-50 км/час целесообразно иметь число оборотов гребного вала в пределах 2000-3000 в минуту. При этом пределы выгоднейших чисел оборотов при прочих равных условиях уменьшаются с уменьшением скорости и увеличением мощности.

Оптимальные числа оборотов гребных винтов для весьма быстроходных гоночных моторных судов со скоростями 70 км/час и выше достигают 4000-5000 оборотов в минуту, а иногда оказываются даже более высокими.

Весьма многооборотные гребные винты наиболее быстроходных, гоночных, мотосудов работают в особых условиях, характеризуемых наличием кавитации - вскипания воды на передней (обращенной к носу судна), засасывающей поверхности лопастей. При этом вода как бы отрывается от поверхности лопастей, образуя пузыри, пустоты ("каверны"), ухудшающие работу винта, нередко разрушающие лопасти и приводящие их к эрозионному износу. Именно для борьбы с кавитацией и ее последствиями применяются лопасти с клиновидным сечением.

Если представить себе, что гребной винт вращается не в воде, а в твердой среде, как болт в гайке, то очевидно, что за один оборот он передвинулся бы на величину геометрического шага винта Н. Но в реальных условиях гребной винт вращается в жидкой податливой среде - воде, перемещаясь за один оборот на меньшее расстояние Л, которое называется поступью гребного винта. Разность между геометрическим шагом винта и поступью Н-h называется путем скольжения.

Путь скольжения Н-h, отнесенный к геометрическому шагу винта H , называется коэффициентом скольжения S = (Н-h)/H

Очевидно, что скорость судна v = h* n, где n - число оборотов гребного винта. Приведенное выше выражение для коэффициента скольжения 5 может быть легко преобразовано в болееудобное S =1-V/Hh ,где связаны легко измеряемые величины:

Скорость хода судна, число оборотов и геометрический шаг гребного винта. Для гребных винтов спортивных и туристских мотосудов величина S обычно находится в пределах 0,1-0,2, причем большая величина S относится к более тихоходным судам.

Имея расчетную (ожидаемую) скорость хода мотосудна и число оборотов гребного вала и задавшись величиной S, можно, преобразовав приведенное выше выражение, получить приближенно величину геометрического шага винта:

H=v/n/(1-S) , где

Н - шаг винта в м,

V -скорость хода судна в м/сек,

П -число оборотов винта в секунду,

S - относительное скольжение (коэффициент скольжения).

Понятно, что такое определение величины шага винта является приближенным и не может считаться расчетом этой важнейшей характеристики гребного винта.

Диаметр винта D, в общем, увеличивается с увеличением мощности двигателя и уменьшается с увеличением числа оборотов гребного винта. Величина шага гребного винта должна

Лежать в пределах от 0,8 до 2 D. Величина, называемая шаговым отношением, у гребных винтов спортивных и туристских мотосудов равна 0,8-2^2. При этом винты быстроходных спортивных и гоночных мотосудов имеют шаговое отношение более высокое, чем гребные винты относительно тихоходных туристских или прогулочных мотосудов.

Какого-либо простого соотношения между диаметром гребного винта, его числом оборотов и мощностью двигателя, работающего на винт, не может быть установлено, но для предварительной, весьма приближенной, оценки диаметра гребного винта (трехлопастного) при известной мощности двигателя и известном числе оборотов в минуту, с которым будет вращаться гребной винт, можно воспользоваться графиком, приведенным на рис. 146.

Для определения диаметра винта по этому графику следует найти на нижней, горизонтальной, линии число, соответствующее числу оборотов гребного винта, и, двигаясь от этой точки вертикально вверх, найти точку пересечения вертикальной линии с наклонной линией, на которой указано число, соответствующее мощности двигателя. Проводя через эту точку горизонтальную линию до крайней левой или правой вертикальной линии, ограничивающей график, находят па них число, показывающее диаметр гребного винта. На рис. 146 дан пример определения диаметра гребного винта для моторного судна, имеющего двигатель мощностью 30 л. е., вращающий гребной винт с числом оборотов, равным 1200 в минуту.

При этом искомый диаметр гребного винта получится равным 425 мм.

Изготовляются гребные винты из чугуна, латуни, бронзы, алюминия, стали и пластмасс.

На спортивных мотосудах чугунные гребные винты применяются весьма редко. Лучше всего отливать гребные винты из прочных марок латуни, так как латунь легко отливается в форму, не корродирует в морской воде, легко обрабатывается и полируется, хорошо сохраняя полировку, что очень важно для гребных винтов быстроходных мотосудов.

Рис. 146. График для определения диаметра гребного винта

На спортивных мотосудах с двигателями относительно малой мощности и на подвесных лодочных моторах часто устанавливают гребные винты из алюминия. При этом сечении лопасти у корня делают относительно более толстыми, чем у таких же латунных винтов. Алюминиевые гребные винты просты в отливке и легко обрабатываются. Литые стальные гребные винты на спортивных мотосудах не используются из-за трудности их изготовления. Некоторое применение на таких судах находят сварные стальные гребные винты, ступицы которых вытачиваются из стальной поковки. Лопасти вырезают из листовой стали, кромки лопастей заостряют. Затем лопасти изгибают по шаблонам. Заготовки лопастей приваривают к ступице, после чего опиливают и выверяют.

Часто возникает необходимость в обмере изготовленного гребного винта, например, для установления его характеристик, проверки равенства шага каждой из лопастей и т. д. Делается это следующим образом (рис. 147).

Подлежащий обмеру гребной винт помещают строго горизонтально на чертежную доску или ровный лист фанеры, так, чтобы ось ступицы винта точно совпала с центром предварительно начерченной на доске окружности, имеющей диаметр около 0,7 диаметра обмеряемого гребного винта. Затем измеряют угольниками, как показано.на рисунке, высоты а и b кромок лопасти в точках, лежащих точно над начерченной на доске окружностью. При этом на упомянутой окружности отмечают точки А и В, от которых измеряли высоты а и Ь.

Рис. 147. Измерение шага готового гребного винта.

Далее винт снимают с доски, прочерчивают на ней центральный угол а и измеряют транспортиром величину этого угла в градусах. По полученным величинам а, а и в вычисляют шаг гребного винта (для обмеряемой лопасти) по формуле:

И H=360*(a-b)/a , где а

Н-шаг винта (лопасти),

А - высота кромки лопасти от поверхности доски (большая),

В - высота кромки лопасти от поверхности доски (меньшая),

А - величина угла АОВ в градусах.

Следует отметить, что величина шага отдельных лопастей гребного винта не должна отличаться более чем на 0,01 величины шага Н.

Кроме описанных выше обычных гребных винтов с неизменяемым (фиксированным) шагом, в судостроении получают все более и более широкое распространение винты регулируемого шага (ВРШ).

На катерах в настоящее время ВРШ применяются относительно редко, но в дальнейшем можно ожидать большое их распространение, так как, изменяя положение лопастей, можно получать передний и задний ход судна, а также останавливать судно, не реверсируя двигателя. Кроме того, изменяя величину шага, можно обеспечить выгоднейшие условия работы гребного винта для различных случаев нагрузки, скорости хода и т. д. Несложная конструкция винта регулируемого шага для катера показана на рис. 148. Она состоит из устройства, непосредственно передающего усилие от вращения маховика управления 1 механизму 2, в ступице винта, которым осуществляется поворот лопастей 3 при продольном перемещении штанги 4, проходящей внутри сверления полого гребного вала. Слева внизу показано положение "верхней" лопасти при переднем ходе (п. х.), заднем ходе (з. х.) и правом вращении гребного вала. Такая конструкция может применяться на небольших и средних катерах с двигателями мощностью до 70-100 л. с. и с относительно небольшой скоростью (до 20-25 км/час).

Рис. 148. Гребной винт регулируемого шага (ВРШ) для катера

Более совершенные ВРШ, у которых поворот лопастей осуществляется гидравлическим или механическим приводом с управлением электродвигателем или за счет отбора мощности от гребного вала, могут применяться на катерах всех типов и скоростей Хода, кроме особо быстроходных (гоночных), где использовать BPLL1 нет необходимости, так как из-за увеличенного диаметра ступицы КПД таких винтов все же несколько ниже КПД обычного винта, специально рассчитанного на один режим максимальной скорости.

Среднего или малого удлинения.

Гребной винт насаживается на гребной вал , приводимый во вращение судовым двигателем. При вращении гребного винта каждая лопасть захватывает массу воды и отбрасывает её назад, сообщая ей заданный момент импульса , - сила реакции этой отбрасываемой воды передаёт импульс лопастям винта, лопасти, в свою очередь, - гребному валу посредством ступицы, и гребной вал, далее, - корпусу судна посредством главного упорного подшипника .

Двухлопастной гребной винт обладает более высоким КПД , чем трёхлопастной, однако при большом дисковом отношении (см. ниже) весьма трудно обеспечить достаточную прочность лопастей двухлопастного винта. Поэтому наиболее распространены на малых судах трёхлопастные винты (двухлопастные винты применяют на гоночных судах, где винт оказывается слабо нагруженным, и на парусно-моторных яхтах , где гребной винт - вспомогательный движитель ). Четырёх- и пятилопастные винты применяют сравнительно редко, - в основном на крупных моторных яхтах и крупных океанских судах для уменьшения шума и вибрации корпуса.

В последние годы для этих целей стали применять и пластмассы .

Преимущества и недостатки

Работающий гребной винт

Работает как движитель только при неизменной или возрастающей скорости вращения, в остальных случаях - как активный тормоз .

Гребной винт на одной из первых подлодок

Одновременно со Смитом и независимо от него разрабатывал применение гребного винта как движителя известный изобретатель и кораблестроитель швед Джон Эрикссон . В том же 1836 году он предложил другую форму гребного винта, представлявшую собой гребное колесо с лопастями, поставленными под углом. Он построил винтовой пароход «Стоктон» (мощности ходовых паровых машин - 70 л. с), сделал на нём переход в Америку , где его идея была встречена настолько заинтересованно, что уже в начале 1840-х годов был спущен первый винтовой

Валопровод является одним из важнейших элементов пропульсивного комплекса. Основное назначение валопровода - передача механической энергии от главного двигателя к движителю и передача развиваемого движителем упора корпусу судна.

Промежуточный вал

В соответствии с Правилами классификации и постройки судов внутреннего плавания Российского Речного Регистра (далее - ПСВП) диаметр промежуточного вала d пр. должен быть не менее :

где R m = 570 МПа - временное сопротивление материала вала (сталь 45Х),

k = 130 - промежуточный вал с коваными фланцами;

С EW = 1,05 - коэффициент усиления;

P = 700 кВт - расчетная мощность, передаваемая валом;

n = 174 мин -1 - частота вращения промежуточного вала.

d i - диаметр осевого отверстия вала.

d r - наружный диаметр вала.

Для дальнейших расчетов принимаем диаметр промежуточного вала d пр = 170 мм

Упорный вал

Диаметр упорного вала считаем по той же формуле, что и диаметр промежуточного вала. Для упорного вала в подшипниках качения(3.2.2, с.34) k=142. Таким образом получаем:

Для дальнейших расчётов принимается d уп = 185 мм.

Гребной вал

В соответствии с ПСВП диаметр гребного вала определяется по той же формуле, что и диаметр промежуточного :

где k = 160 - гребной вал длиной более 4 диаметров гребного вала от носового торца ступицы гребного винта.

Для дальнейших расчетов принимаем диаметр гребного вала d гр = 205 мм.

В соответствии с пунктом 3.5.1. ПСВП конус гребного вала под гребной винт должен выполняться с конусностью не более 1:12.

Для защиты вала от коррозии выбирается бронзовая облицовка. В соответствии с пунктом 3.3.3. ПСВП толщина бронзовой облицовки должна быть не менее :

где d гр = 205 мм - действительный диаметр гребного вала.

Толщина бронзовой облицовки принимается равной s = 14 мм.

Толщина облицовки между подшипниками может быть:

S"=0,75 . 14=10,5 мм. Принимаем 11 мм.

Толщина соединительных фланцев промежуточного и внутреннего конца гребного вала должна быть не менее наибольшей из величин:

0,2 . d пр =0,2 . 170=34 мм

где: d пр - диаметр промежуточного вала;

R мв - временное сопротивление материала вала, МПа;

R мб - временное сопротивление материала болта, МПа;

i - число болтов в соединении;

D - диаметр центровой окружности соединительных болтов, мм.

Принимаю d Б =35 мм.

Принимаю для соединения 8 болтов с резьбой М35.

Конусность валов 1:10, таким образом, соединения валов с муфтой можно выполнить с концевыми гайками.

Элементы валопровода

Упорный подшипник

Выбирается подшипник упорный с диаметром упорной шейки 400 мм.

Максимальный упор Р max = 200 кН.

Опорные подшипники

В качестве опорных подшипников используются подшипники скольжения с фитильно-кольцевой системой смазки. Подшипник подбирается по диаметру промежуточного вала d пр = 170 мм согласно ОСТ 5.4153-75.

Согласно ПСВП, максимальное расстояние между смежными подшипниками :

где k 1 = 450 коэффициент для подшипников скольжения.

d r = d пр = 170мм - диаметр вала.

Минимальное расстояние между смежными подшипниками:

Так как расстояние от упорного подшипника до дейдвудного подшипника не превышает 6000 мм, то принимаем к установке один опорный подшипник скольжения по ОСТ 5.4153-75.

Расчет тормозного устройства

Согласно ПСВП, в составе каждого валопровода должно быть тормозное или стопорящее устройство, предотвращающее вращение валов в случае выхода из строя главного двигателя.

Скорость буксировки принимаем v = 3 м/с.

При буксировке судна с выключенным главным двигателем гребной винт под действием набегающего потока создает вращающий момент:

где k m = 0,027 - коэффициент момента,

с = 1 т/м 3 - плотность воды,

D B = 2,408 м - диаметр гребного винта,

ш = 0,25 - коэффициент попутного потока.

Диаметр тормоза, исходя из момента:

где р = 7500 кПа - допустимое удельное давление,

f = 0,4 - коэффициент трения (сталь-феррадо),

k = 0,11- отношение ширины бугеля к диаметру тормоза,

б = 100 0 =1,7 рад - угол обхвата тормозной колодки.

Так как тормозное устройство устанавливается на фланцевом соединении гребного и промежуточного валов, то принимаем диаметр тормоза равным диаметру фланца.

D T = D Ф = 0,62 м.

Сила трения:

Усилие затяжки (по формуле Эйлера):

где б = 1,7 рад - угол обхвата фрикционной колодки.

Для сжатия колодок применяем винт с резьбой М30.

Шаг резьбы s = 3,5 мм.

Средний диаметр принимаем d ср = 0,9d = 0,9 30 = 27 мм.

Угол подъема винтовой линии:

Угол трения резьбы:

где в = 60 0 = 1,05 рад - угол профиля резьбы,

м = 0,25 - коэффициент трения

Момент затяжки:

Усилие затяжки:

L-длина рычага, м

P з? 0.735кН для 1 чел.

Конструкция тормоза показана на рисунке 1.

Рис. 1

Проверка валопровода на критическую частоту вращения

Для определения критической частоты вращения гребного вала при поперечных колебаниях валопровод условно заменяется двухопорной балкой с одним свешивающимся концом. Расчетная схема балки показана на рисунке 2.

Рис. 2

l1 = 11,27 м, l2 = 1,38 м.

Вес гребного винта.