2. Типовые технологические процессы ремонта гребных винтов

Дефектация гребных винтов. Перед дефектацией поверхности лопастей винтов должны быть очищены от грязи, краски, нефтяных пятен и пр. На ступице винта со стороны нагнетательной поверхности наносят маркировку порядковых номеров лопастей или восстанавливают имеющуюся маркировку зачисткой или обновлением клейм.

На сборочно-дефектовочном столе винт закрепляют для обмера нагнетательных поверхностей лопастей с помощью зажимной колонки (Рисунок 4.4, а), имеющей нижний и верхний конусы с гнездом для установки шагомера или комплекс-шаблона.

Рассмотрим подробно процесс обмера геометрии винта с помощью шагомеров с самописцем. Установив шагомер типа СПК-2У в гнездо верхнего конуса, проверяют легкость вращения прибора, натяжение троса передачи движения щупа, наличие карандаша в самописце и т. д.

Рисунок 4.4 – Определение положения медианы на лопасти винта:

а – крепление винта; б – определение возвышения ступицы; в – отыскание медианы

Заправляют регистрирующий барабан бумажной лентой чертежа-шаблона. Установив ленту с чертежами-шаблонами на барабане, вставляют прямую ножку щупа в шагомер и отыскивают положение нескольких точек медианы на поверхности лопасти. Для этого вначале определяют возвышение конца иглы над ступицей ±∆х (Рисунок 4.4,б), затем прибавляют его к значению, указанному на чертеже-шаблоне под надписью «наклон», и опускают иглу вниз на величину суммарного возвышения, пользуясь шкалой на штоке щупа. После опускания щупа поворотом каретки доводят конец иглы до соприкосновения с поверхностью лопасти и отмечают точку на 1, 2, и 3-м сечениях лопасти (Рисунок 4.4,в). В этих сечениях по линии медианы деформаций лопасти, как правило, не наблюдается.

Полученные точки на поверхности лопасти соединяют линией, продолжая ее на все сечение лопасти. Линию медианы наносят чертилкой или карандашом с помощью металлической гибкой линейки.

После отыскания медианы прямую ножку щупа снимают и заменяют ее угловой. Щуп с угловой ножкой выдвигают на радиус 1-го сечения, пользуясь при этом переводной шкалой. Иглу угловой ножки опускают на точку медианы в 1-м сечении. Удерживая иглу в данной точке, поворачивают барабан совместно с осью шагомера до совмещения острия карандаша с осевой линией чертежа-шаблона; закрепляют ось шагомера зажимом и при выключенном фрикционе барабана тросиковой передачи самописца подводят карандаш к точке пересечения медианы с винтовой линией 1-го сечения, лопасти на чертеже-шаблоне; включают фрикцион. По окончании этой операции кольцо лимба устанавливают на начальное деление и стопорят его винтом.

Фактическую винтовую линию нагнетательной поверхности лопасти на чертеже-шаблоне вычерчивают следующим образом:

поднимают шток щупа до отказа вверх;

подводят иглу щупа на выходящую кромку лопасти;

включают карандаш самописца;

описывают винтовую линию 1-го сечения лопасти, перемещая иглу щупа по поверхности лопасти;

отключают карандаш самописца и поднимают шток щупа до отказа вверх;

выдвинув каретку прибора на 2-е сечение, подводят иглу щупа на выходящую кромку;

включают карандаш самописца и описывают винтовую линию 2-го сечения и т. д. по всем пяти сечениям.

После обмера первой лопасти шагомер настраивают по лимбу на вторую лопасть, перематывают ленту регистрирующего барабана на последующий чертеж-шаблон и записывают винтовые линии второй лопасти, соблюдая описанную выше последовательность операций.

Если нужно получить запись винтовых линий, образующих профиль сечения, не только по нагнетательной, но и по всасывающей поверхности, винт в зажимной колонке переворачивают на 180° и устанавливают его всасывающей поверхностью вверх, шагомер закрепляют в гнезде большого конуса и производят запись, как было показано выше.

На чертежах-шаблонах нанесены теоретические линии только нагнетательной поверхности.

При отсутствии чертежа гребного винта шагомером можно определить геометрические элементы его, записав фактические винтовые линии лопастей по стандартным сечениям и подсчитав затем основные характеристики с учетом масштаба прибора. В этом случае вместо ленты с чертежами-шаблонами на барабан самописца закладывают обычную миллиметровую бумагу.

При контроле оснастки (шаговых угольников, моделей матриц и пуансонов и др.) вместо иглы щупа лучше использовать ролик. Геометрические параметры оснастки обмеряют так же, как и при контроле гребных винтов по чертежам-шаблонам.

Радиус гребного винта определяют чаще всего обычным мерительным инструментом (Рисунок 4.5, а) на плите обмерочно-дефектовочного стола; для этого также применяют шагомер (Рисунок 4.5, б).

Рисунок 4.5 – Замер радиуса винта: а – линейкой; б – шагомером СПК-3

Длину сечений можно замерить, как доказано на рисунке 4.6, тремя способами. Первый и второй из них наиболее точные, однако при замерах этими способами необходимо предварительно выполнить трудоемкую работу по разметке линий сечений лопасти.

Рисунок 4.6 – Замер длины сечений: а – линейкой; б – шаговым угольником;

в – по записям на чертеже шаблоне (L_ф – фактическая; L_т – теоретическая)

Если все фактические винтовые линии записаны на чертеже-шаблоне шагомера, то последующим анализом геометрии винта можно значительно точнее установить истинную величину шага. Однако запись шагомером целесообразно проводить при первоначальной дефектации винта и заключительной операции после ремонта его, все промежуточные замеры могут быть выполнены контролем геометрии лопасти одновременно на всех сечениях с помощью комплекс-шаблона (Рисунок 4.7). Для этого в резьбовое отверстие ступицы ввертывают специальное гнездо и вставляют центрирующий палец комплекс-шаблона, который шаговыми угольниками накладывают на поверхность лопасти. Об отклонении в шаге сечений судят по прилеганию кромок угольников к поверхности лопасти. Величину зазора определяют с помощью щупа. Производить замеры геометрических параметров при дефектации гребных винтов очень трудно из-за местных деформаций на кромках винтов.

Очень часто на судах имеется лишь набор шаговых угольников, не собранных в комплекс-шаблон. Тогда дефектацию винтов с их помощью выполняют на плите. Шаговые угольники закрепляют в специальных стойках, добиваясь при этом строгой горизонтальности контрольной кромки шагового угольника.

Рисунок 4.7 – Комплекс-шаблон

Погрешность в шаге сечения определяют по специальным таблицам в зависимости от зазора, замеренного щупом по концам шагового угольника. Метод определения погрешностей с помощью шаговых угольников применяют и при изготовлении винтов. К недостаткам его в условиях ремонта следует отнести те же трудности, которые возникают при обмерах комплекс-шаблонами и координатными шагомерами деформированных лопастей.

Кроме погрешностей в геометрии винтов, при их дефектации глубиномером и линейкой замеряют размеры кавитационных раковин (Рисунок 4.8, а); кромочным шаблоном проверяют состояние и профиль кромок (Рисунок 4.8, б); выявляют трещины и устанавливают их протяженность кернением (Рисунок 4.8, в).

Рисунок 4.8 – Замеры дефектов винта

Данные обмера гребного винта и дефектации записывают в ремонтную маршрутно-технологическую карту, пользуясь условными обозначениями (Рисунок 4.2).

Заплавка раковин и трещин. Узкие и вытянутые раковины и трещины раскрывают и зачищают до здорового металла пневмозубилом, небольшие круглые раковины – зенкером, значительные по площади раковины – фрезами различного профиля.

Поверхность раковин после обработки должна быть чистой, иметь плавные закругления, без острых кромок и переходов. Перед разделкой трещин концы их засверливают сверлом диаметром 6 – 8 мм. Кромки трещин разделывают по всей длине с закруглением вершин по радиусу не менее 4 – 5 мм. Угол скоса несквозных трещин 55 – 60°, сквозных не менее 90°. Основание сквозной трещины разделывают с зазором 2 – 3 мм и притуплением кромок до 2 мм. Прилегающие к месту наплавки и сварки поверхности лопасти на ширине 10 – 15 мм тщательно очищают наждачным кругом.

На время сварки при сквозных трещинах и раковинах с обратной стороны лопасти устанавливают медные и графитовые подкладки или подформовывают песком, смоченным в жидком стекле; заплавку ведут в несколько слоев.

При отломах кромки оставшуюся часть лопасти обрабатывают фрезой или пневмозубилом, добиваясь угла разделки 35 – 45°. Затем по месту изготовляют шаблон недостающей части и по нему вырезают и обрабатывают новую наделку лопасти из того же материала, что и винт. В целях повышения долговечности винта наделки иногда изготовляют из другого материала. Так, например, на винтах из стали 25 изношенную входящую кромку, и часть лопасти выполняют из стали 25X14Г8Т. Эти наделки изготовляют способом свободной ковки из литых заготовок. Аналогично ремонтируют лопасти ротора водомета теплохода «Зарница».

Стальные винты скоростных судов выполнены из материалов, относящихся к категории ограниченно или трудносвариваемых. Ручную дуговую сварку таких материалов ведут электродами с фтористокальциевыми покрытиями типа ЭА-1Г6, ЭА-1М2 и другими на постоянном токе обратной полярности. Сварку производят короткой дугой с минимальным проплавлением основного металла. Силу тока принимают на 10 – 20% ниже, чем при сварке обычных сталей. Применяют также полуавтоматическую сварку в среде СО₂ проволокой СВ-08ГС или СВ-08Г2С диаметром 1,2 мм. Лучше сварку вести с подогревом до 200 – 300°С и последующей термической обработкой для снятия сварочных напряжений. Однако при использовании аустенитных электродов и применении специальных способов сварки (наложение «отжигающих» валиков, «ниточных» слоев и т. д.) термообработка не обязательна. При постановке стальных наделок на латунные винты (роторы) соединения выполняют методом пайки твердыми припоями (латунью).

Наплавку и сварку латунных винтов можно выполнять угольным электродом, аргонодуговой сваркой, металлическим электродом с качественным покрытием и газовой сваркой. Обязателен предварительный подогрев лопастей до 200 – 300°С. Из перечисленных методов наиболее прогрессивным является аргонодуговая сварка. Ее выполняют сварочными установками УДГ-301, УДГ-501, ИПК-350-4, УАС-1 (УЭЗ ГИИВТ) и др.

Режим аргонодуговой сварки латуни в зависимости от толщины свариваемого металла выбирают по данным таблицы 4.2. Если сварку производят на постоянном токе, то применяют прямую полярность (плюс на изделии). Сварку выполняют в нижнем положении (при сварке металлическими электродами с покрытием) или погруженной дугой (при сварке способом Бенардоса). Газокислородное пламя должно быть науглероживающим, т. е. с избытком ацетилена в горючей смеси.

При многослойной наплавке валики накладывают вразброс, симметрично относительно середины площади раковины. Поверхность каждого предыдущего валика должна быть зачищена от шлака и окислов до металлического блеска. Для улучшения структуры наплавленного металла производят послойную проковку валиков вручную или пневмозубилом, заточенным по радиусу 5 – 8 мм.

Таблица 4.2

Толщина металла, мм	Сила сварочного тока, А	Расход аргона, л/мин	Число проходов	Диаметр присадочного прутка, мм	Диаметр электрода, мм
4 – 5	180 – 320	4 – 5	2	3 – 4	3
6 – 8	200 – 350	6 – 7	3 – 4	3 – 5	3
10 – 12	230 – 400	7 – 8	4 – 5	3 – 6	4
14 – 16	250 – 450	9 – 10	6 – 7	3 – 6	5
18 – 20	250 – 500	10 – 12	7 – 8	3 – 6	6

Обработка лопастей и статическая балансировка винтов. После сварки и наплавки поверхности лопастей гребного винта зачищают от брызг и шлака в районе трещин и раковин.

Усиление валиков фрезеруют заподлицо с поверхностью лопасти с помощью сменных фрез стенда ЭБП-М, как показано на рисунке 4.9. Сменив режущий инструмент на шлифовальные круги с зернистостью 46, производят черновую шлифовку наплавленной поверхности лопасти в районе трещин и кавитационных раковин.

Рисунок 4.9 – Обработка лопастей и статическая балансировка винта на стенде ЭБП-М:1 – стенд ЭБП-М; 2 – обрабатываемый винт; 3 – электроборштанга;

4 – балансируемый винт; 5 – стенд БВ-100

По шаблонам, снятым с поврежденной лопасти, размечают контур лопастей, у которых кромки наплавлялись или на которых устанавливались наделки. С помощью цилиндрической фрезы такие лопасти обрезают по контуру; затем грушевидной фрезой и наждачным кругом кромкам лопастей придают нужный профиль. Контролируют его посредством кромочных шаблонов. На данном этапе обработки гребного винта проводят предварительную статическую балансировку его. Для этой цели винт переставляют с помощью тележки ТПВ-200 на вибростенд БВ-100 (Рисунок 4.10, а).

Рисунок 4.10. Использование тележки ТПВ-200 для транспортировки и установки винтов

Установив винт на платформе стенда, приподнятой в верхнее крайнее положение, вставляют и закрепляют оправку в ступице. Платформу вибростенда опускают так, чтобы оправка легла на поверхность нерабочей пасти параллелей. Винт перекатывают на контрольные валики параллелей и поворотом его на 60 – 90° выводят из состояния равновесия. Затем, дав ему возможность остановиться, фиксируют «легкое место». Повторив эту операцию с поворотом винта в противоположную сторону, принимают средний угол и подбирают уравновешивающий груз (методом пробных грузов). Величина уравновешивающего груза составляет величину дисбаланса. Методом шлифовки или пневматической рубки дисбаланс в «тяжелом месте» снимают со ступицы или лопасти винта (на всасывающей поверхности), соблюдая плавность перехода поверхностей.

Обработанный винт должен находиться в состоянии безразличного равновесия. Допускаемый дисбаланс в соответствии с ГОСТ 8054 – 72 проверяют контрольным грузом массой 10 – 13 г.

Предварительно отбалансированный винт снимают с вибростенда и снова устанавливают на стенд ЭБП-М, где производят чистовую шлифовку и полировку поверхностей лопастей в районе ремонта. При этом обработку ведут войлочными или фетровыми кругами с наклеенными на них шлифзерном или шлифпорошком в такой последовательности: шлифзерном 80 – 125; шлифзерном 40 – 60; шлифпорошком 6 – 12; пастой ГОН.

После полировки лопастей винт переставляют на приспособление для развертки конусных отверстий (Рисунок 4.10, б) и проверяют конусность отверстия в ступице и шпоночного гнезда по калибрам. При наличии дефектов развертывают конусное отверстие с помощью пневматической машинки для вращения развертки и ручного винтового привода для вертикальной подачи. Шпоночное гнездо исправляют шабровкой по калибру или по штатной шпонке.

Выполнив все операции по слесарной обработке винта после наплавки и сварки, необходимо проверить геометрические параметры лопастей способами, применяемыми при дефектовании. При обнаружении отклонений, вызванных сварочными деформациями, винт повторно правят и затем направляют на окончательную статическую балансировку. Ее выполняют в той же последовательности, что и предварительную балансировку на вибростенде БВ-100, с той только разницей, что уравновешенность проверяют при включенном вибраторе. Это позволяет повысить чувствительность стенда и обеспечить применение нормы уравновешенности с массой контрольного грузика в 2 г на радиусе 305 мм.

Правка лопастей гребных винтов. Погнутость лопастей устраняют ручной или механической правкой с подогревом и в холодном состоянии. Подогрев значительно упрощает процесс правки, однако сопровождается остаточными деформациями после полного остывания винта. Эти деформации особенно заметны при местном нагреве лопасти газовой горелкой. Вследствие неравномерности нагрева в теле лопасти образуются остаточные напряжения, которые в период охлаждения приводят к деформациям.

Сильно загнутые кромки лопасти латунных винтов подогревают до 250 – 300°С и с помощью специальных вилок, медной или свинцовой кувалды, струбцин и скоб выправляют вручную. Затем подают винт на холодную правку агрегатом АПВ-2.

Подбирают соответствующий данному винту блок штампов и устанавливают его на стол агрегата с помощью тележки ТПВ-200 (Рисунок 4.11).

Рисунок 4.11 – Схема установки винтов и штампов на агрегат АПВ-2: 1 – тележка ТПВ-200; 2 – винт; 3 – агрегат; 4 – блок штампов

Установка винта на колонку суппорта показана на рисунке 4.11 справа.

Холодная правка винтов СПК на агрегате АПВ-2 выполняется в таком порядке:

перемещают каретку суппорта с гребным винтом до совпадения указателя с риской «поперечная подача»;

перемещают суппорт с винтом в сторону штампа до совпадения указателя с риской «продольная подача»; при этом для захода лопасти в штамп необходимо опустить пуансон с помощью плунжера пресса, наклонить или поднять винт, а также вращать его вокруг оси;

предварительно обжимают лопасть, добиваясь положения ее в штампе, как показано на рисунке 4.12, а;

включают в действие силовую установку и обжимают лопасть при усилии 50 – 60 тс, останавливают подачу масла в цилиндр и проверяют положение лопасти в штампе;

при правильном положении лопасти обжимают ее при полном усилии пресса 100 тс (стрелки манометра на красной черте);

поднимают плунжер в верхнее положение (пуансон под действием пружин также поднимается вверх) и выводят винт из штампа, пользуясь суппортом механизма подачи;

поворачивают на зажимной колонке винт вокруг своей оси и заводят следующую лопасть в штамп, соблюдая порядок, указанный выше;

правят следующую лопасть и т. д.

Если лопасть имеет местные вмятины, то ее правят с применением специальных прокладок (Рисунок 4.12, б), которые позволяют сосредоточить усилие пресса на площади вмятины.

Рисунок 4.12 – Положение лопасти в штампе

Снятие и постановка гребного винта. Для демонтажа гребного винта с вала вначале отгибают усы стопорной шайбы и свертывают гайку-обтекатель. Затем в гнездо ступицы винта ввертывают захват винтового или гидравлического съемников (Рисунок 4.13, а, б).

Гребные винты скоростных судов крепят на валу конусным соединением со шпонкой. Это соединение имеет ряд недостатков, и целесообразно было бы перейти к гидропрессовым бесшпоночным. Однако последние внедряются крайне медленно.

Для правильной работы шпоночного соединения у конусных сопрягаемых поверхностей необходимо создать натяг, эквивалентный примерно среднему значению легкопрессовой посадки. Подгонка конусов винта и гребного вала должна обеспечить посадку в пять-восемь пятен на площади 25 25 мм; щуп 0,03 мм не должен проходить более чем на 10 мм между телом ступицы и конусом вала. Во время ремонта очень трудно выполнить качественную подгонку из-за расхождений размеров конусных поверхностей вала и винта при их замене, из-за провала шпонки и отсутствия средств контроля натяга.

При большой частоте вращения винта открытые и контактные конусные поверхности интенсивно изнашиваются в потоке воды с взвешенными в ней частицами. Происходит ослабление посадки, что приводит к необходимости частого контроля и восстановления натяга за счет более глубокой насадки винта на конус вала. Чтобы сохранить зазор между ступицей винта и кронштейном, торец ступицы протачивают. Недостатки шпоночных соединений могут быть сведены на нет при покрытии контактных поверхностей эпоксидными смолами. Этот метод нашел широкое применение.

Рисунок 4.13 – Снятие гребного винта с вала и посадка его на вал: 1 – винтовой съемник; 2 – универсальный гидравлический съемник-домкрат; 3 – кольцевой гидравлический домкрат

Жидкая смола заполняет все зазоры между винтом и валом, после отверждения создает монолитность соединения и повышение запаса прочности по вращающему моменту до 20%. В таком соединении полностью исключается подтекание и циркуляция воды на контактных поверхностях.

Технология сборки включает операцию нанесения смолы, которую готовят в таком соотношении с отвердителем, чтобы ее живучесть была не более 1 ч. Поверхности вала и винта перед нанесением слоя смолы должны быть обезжирены уайт-спиритом. Шпоночный паз располагают во время сборки винта с валом вверху, чтобы улучшить условия заполнения неплотностей выхода шпоночного паза.

Для съема винта, насаженного на эпоксидной смоле, нагревают ступицу винта до температуры, при которой смола частично плавится и размягчается. При нагреве двумя горелками винт снимают без особых затруднений за 15 мин. Применение эпоксидной смолы позволяет собирать детали без взаимной подгонки. Это особенно важно в период навигационных ремонтов, когда гребной вал не демонтируют.

Наиболее распространенным способом обеспечения натяга при посадке винта является затяжка его посредством гайки-обтекателя с применением рычагов большой длины и ударов кувалды. Этот способ является не только малопроизводительным и физически тяжелым, но и может привести к нарушению прямолинейности вала, изгибу в районе большого конуса и даже к смещениям концевого кронштейна. Поэтому рекомендуется применять затяжку винтов с помощью гидравлических домкратов (Рисунок 4.13, в, г).