3. Расчет валопровода

Судовой валопровод работает в сложном напряженном состоянии. Он нагружен крутящим моментом, испытывает продольное сжимающее усилие от силы упора гребного винта на переднем ходу или растягивающее усилие на заднем ходу и изгибается под собственной массой и массой навешенных на него деталей. Эти нагрузки носят переменный и циклически повторяющийся характер. Точный расчет элементов валопровода при указанных условиях довольно сложен и требует ряд допущений. Поэтому главным является расчет, основанный на условном предположении, что вал подвергается воздействию статического крутящего момента.

1. Определение диаметра валопровода

Согласно правилам Речного Регистра промежуточные, упорные и гребные валы должны изготавливаться из стали с временным сопротивлением от 430 до 690 МПа.

Сначала осуществляется предварительные расчеты диаметров валов, поскольку размеры всех элементов валопровода после формирования крутильной схемы должны быть уточнены по результатам расчета напряжений от крутильных колебаний, в том числе на режимах, соответствующих частотам вращения, запретным для длительной работы.

Диаметр промежуточного, упорного и гребного вала, должны быть не менее определяемого по формуле:

где – временное сопротивление материала вала,МПа;

– коэффициент усиления для судов, предназначенных для плавания в битом льду;

– расчетная мощность, передаваемая валом,кВт;

– расчетная частота вращения вала,мин^-1;

– действительный диаметр вала,мм;

– диаметр осевого отверстия вала,мм, так как этот диаметр меньше, то его можно принять равным;

– коэффициент для гребных валов на расстоянии не более 4-х диаметров гребного вала от носового торца ступицы гребного винта.

Гребные валы должны быть защищены от коррозии способом, одобренным Речным Регистром.

Толщина бронзовой облицовки вала sдолжна быть не менее определяемой по формуле

Принимаем диаметр гребного вала 250 мм и толщину бронзовой облицовки 85 мм.

2. Проверочный расчет прочности промежуточного вала

Так как у проектируемого судна промежуточного вала нет, расчет данного пункта не производится.

3. Проверочный расчет прочности гребного вала

Проверочный расчет гребного вала проводят для участка между опорами в дейдвудной трубе и консоли, на которой навешан гребной винт (Рисунок 3.1). Усилие от массы гребного винта G_врассматривается как сосредоточенная нагрузка, приложенная в центре консоли.

Рисунок 3.1 – Расчетная схема для проверочного расчета статической прочности гребного вала

Напряжение кручения

где – диаметр гребного вала,м;

– мощность передаваемая валом,кВт;

– частота вращения гребного вала,мин^-1.

Напряжение изгиба от массы винта

где – сосредоточенная нагрузка от массы гребного винта, кН;

– расстояние от опорыАдо сосредоточенной нагрузки,м;

– длина консольной части, м;

– распределенная нагрузка от собственной массы вала,кН/м.

где – удельный вес стали,кН/м³.

Напряжение сжатия

где – упор гребного винта, создаваемый при номинальном режиме работы главных двигателей, определяемый по формуле

где – номинальная мощность двигателя,кВт;

– скорость хода судна,м/с;

– к.п.д. линии валопровода и движителя.

Наибольшее нормальное напряжение в гребном валу

Общее расчетное напряжение

Запас прочности относительно предела текучести материала вала и общего расчетного напряжения выражается отношением

где – предел текучести стали,кПа.

Условие выполняется.