5.4 Судовой валопровод
Валопровод предназначен для передачи крутящего момента от двигателя к движителю. Валопровод может состоять из нескольких валов: гребного, промежуточного, упорного (рис.5.3).
5.4.1 Требования Регистра
Валы промежуточные, упорные, гребные, а также болты (шпильки) соединительные и крепления могут быть изготовлены из стали.
Облицовки гребных валов, втулки дейдвудных подшипников и опорных подшипников гребного вала в кронштейнах по согласованию с Речным Регистром допускается изготавливать из пластмасс или других неметаллических материалов.
Облицовки гребных валов, дейдвудные трубы после завершения механической обработки должны подвергаться гидравлическим испытаниям давлением 0,2 МПа.
Уплотнения дейдвудных труб при масляной смазке подшипников после монтажа должны подвергаться гидравлическому испытанию давлением не менее 0,1 МПа.
Приведенные в настоящем разделе формулы для вычисления диаметров валов определяют минимальные размеры без учета припуска на последующую проточку рабочих шеек валов в период эксплуатации.
5.4.2 Определение диаметра валопровода и его проверка на прочность
1670
6700
1500
1930
10300
Рис.5.3 Схема передачи вращающего момента от ГД к винту
1 - ступица винта, 2 - гребной вал, 3 - кронштейн, 4 - корпус судна, 5 - дейдвудное устройство, 6 - соединительный фланец, 7 - упорный вал, 8 - упорный подшипник, 9 - фланец реверс - редуктора.
Проверочный расчет валопровода [4]
Расчет валопровода |
Формулы для расчета |
|
||||
Упор гребного винта |
|
|
P=Pe/Vб*nпр, кН |
|
56,63 |
|
Диаметр промежуточного вала |
|
dпр=L*(Pe*60/n*(1+K))^(1/3), мм |
122,82 |
|||
К-т неравномерности крут.момента |
К=(a-1)*q |
|
|
0,46 |
||
К-т диаметра для судов класса "М","О" |
L |
|
|
24,70 |
||
Относительные касательные усилия |
а |
|
|
2,15 |
||
К-т тактности |
|
|
q |
|
|
0,40 |
Диаметр гребного вала |
|
dг=1,1*dпр+Кг*Dв, мм |
|
151,61 |
||
К-т запаса по гребному винту |
Кг (вал без облицовки) |
10,00 |
||||
Диаметр винта |
|
|
Dв, м |
|
|
1,65 |
Диаметр упорного вала |
|
dуп=1,1*dпр, мм |
|
135,11 |
||
Ra
Rb
q
P
P
Gв
А
В
835
Lo= 835
L1
= 1930
L2
Рис.5.4 Схема сил, действующих на гребной вал
q
q2
Gв
А
В
Lo= 835
L1
= 1930
Рис.5.5 Схема сил для расчета критической частоты вращения вала
Проверочный расчет валопровода |
Формулы для расчета |
|
|
||||
Интенсивность нагрузки вала |
|
q=П*dг^2/4*gamma, кН/м |
|
1,39 |
|||
Сила веса объема материала вала |
gamma, кН/м^3 |
|
77 |
||||
Расстояние от опоры А до прилож.Gв |
Lo=L2/2, м |
|
|
0,84 |
|||
Длина пролета вала от дейдвуда до УП |
L1, м |
|
|
1,93 |
|||
Длина консоли гребного вала |
|
L2, м |
|
|
1,67 |
||
Нагрузка от массы гребного вала |
Gв=1,47*Dв^3*Teta, кН/м |
3,83 |
|||||
Дисковое отношение гребного винта |
Teta |
|
|
0,58 |
|||
Напряжение изгиба от массы винта |
Sigmaи=Mo/Wn, МПа |
|
15,01 |
||||
Изгибающий момент |
|
Mo=Gв*Lo+(q*L2^2)/2, кНм |
5,14 |
||||
Момент сопротивления изгибу |
|
Wn=П/32*dг^3, м^3 |
|
0,000342 |
|||
Напряжение сжатия |
|
|
Sigmaсж=4*Р/(П*dг^2), МПа |
3,14 |
|||
Наибольшее нормальное напряжение |
Sigmao=Sigmaи+Sigmaсж, МПа |
18,15 |
|||||
Напряжение кручения |
|
tauк=480*Ре/(П^2*n*dг^2), МПа |
2,97 |
||||
Общее напряжение |
|
Sigmaп=(Sigmao^2+tauk^2)^(1/2), МПа |
18,39 |
||||
Запас прочности по пределу текучести |
Nп=[Sigmaт]/Sigmaп |
|
15,22 |
||||
Предел текучести для стали вала |
[Sigmaт], МПа |
|
280 |
||||
Nп>3,5 |
да |
||||||
Продольная гибкость вала |
|
Lambda=Lmax/(J/Fг)^(1/2) |
177 |
||||
Пролет вала от дейдвуда до редуктора |
Lmax, м |
|
|
6,70 |
|||
Момент инерции вала |
|
J=П/64*dг^4, м^4 |
|
0,000026 |
|||
Площадь сечения гребного вала |
Fг=П*dг^2/4, м^2 |
|
0,018 |
||||
Lambda>80 |
да |
||||||
Интенсивность нагрузки пролета вала |
q2=Gв/L2+q, кН/м |
|
3,68 |
||||
Модуль упругости стали |
|
Е=216*1000000, кПа |
|
216000000 |
|||
Критическая частота вращения вала |
nкр=(1-3,3*(Lo/L1)^3*q2/q)*30*П/L1^2* |
1468 |
|||||
|
|
|
|
*(E*J*9,81/q)^(1/2), об/мин |
|
||
Номинальная частота вращения вала |
nн, об/мин |
|
|
345 |
|||
Запас частоты вращения вала |
|
Кв=(nкр-nн)/nн, % |
|
326 |
|||
Кв>20% |
да |
||||||
Критическая сила для гибкого вала |
Ркр=П^2*E*J/Lmax^2*(1-Kn), кН |
1159 |
|||||
Влияние области критической частоты |
Kn=(nн*1,03)^2/(nкр)^2 |
|
0,06 |
||||
Если nmax>nкр то Kn=0 |
|
Если nmax<nкр то Kn=Kn |
0,06 |
||||
Максимальная сила для гибкого вала |
Рmax=1,275*P |
|
72 |
||||
Запас продольной устойчивости |
Ку=Ркр/Рmax |
|
16,1 |
||||
Ку>2,5 |
да |
||||||
Из данных таблицы видно, что вал целиком удовлетворяет условиям прочности и имеет 15-ти кратный запас по текучести и 2-х кратный запас по продольной гибкости. Вал имеет критическую частоту вращения, превышающую максимальную частоту вращения вала более чем в 3 раза, и 16-ти кратный запас продольной устойчивости.