1. Определение положения осевых линий валопроводов

Судовой валопровод представляет собой систему валов, соединенных в единую линию с целью передачи крутящего момента от двигателя к движителю и осевого усилия от винта на корпус судна.

Таким образом, валопровод состоит из отдельных валов, соединенных между собой фланцами. В конструкцию валопровода включают также дейдвудное устройство, через которое гребной вал выходит из корпуса, упорный и опорный подшипники, соединительные муфты, тормоз и ряд других деталей.

Положение линии валопровода определяется прямой, проходящей через оси вращения гребного винта и фланца отбора мощности главного двигателя или редуктора. Длина, состав и конструктивное устройство валопровода определяется размещением машинного отделения в корпусе судна, типом примененной передачи, условиями размещения гребного винта по отношению к корпусу судна, а также условиями обслуживания, монтажа и демонтажа валопровода и его деталей. При кормовом расположении МО и электрической передаче он будет самым коротким.

Условия размещения главных двигателей, передач и движителей часто вызывают необходимость располагать осевые линии валопроводов под углом к основной плоскости корпуса и к диаметральной плоскости судна (вертикальной плоскости). Угол «уклона» α валопровода к основной плоскости на водоизмещающих судах составляет, как правило, от 0^° до 5^°, угол β между осевой линией валопровода и диаметральной плоскостью (угол «веерности») судна не следует принимать больше 3^°. При выполнении этих требований можно считать, что углы «уклона» и «веерности» практически не будут приводить к скосу набегающего на винт потока воды и уменьшению полезной тяги движителя, которая в общем случае определяется по формуле

,

где - полезная тяга, развиваемая винтом при косом обтекании, кН, - тяга винта при равномерном обтекании. Однако на некоторых судах, таких как суда с динамическими принципами поддержания (СПК) и на воздушной каверне (СВК), эти углы могут достигать значений 10…12^°, но не превышать значений, указанных в условиях на поставку двигателей.

На одновальных судах осевая линия валопровода находится в диаметральной плоскости и часто не имеет уклона. При двухвальной установке валопроводы располагаются симметрично диаметральной плоскости или, если это невозможно, с допустимой «веерностью». В этом случае точки пересечения осевых линий с диаметральной плоскостью судна должны располагаться в нос от центра тяжести, что улучшает устойчивость судна на курсе при движении и управляемость при маневрировании – работа главных двигателей «враздрай».

2. Расчёты элементов судового валопровода

2.1. Общий порядок выполнения расчетов

В общем случае расчет на прочность предполагает выполнение следующих этапов:

- выбор марки материалов валов и расчет размеров валов, определяющих их прочность;

- определение реакций опор и формы изогнутой оси валопровода, проверка валов на статическую прочность при сложном напряженном состоянии;

- проверка валопровода на изгибные (поперечные) колебания;

- проверка вала на выносливость (усталостную прочность);

- проверка валопровода на устойчивость и продольные (осевые) колебания;

- проверка валопровода на крутильные колебания.

Первые три этапа расчетов являются обязательными для всех случаев. Расчеты на выносливость на практике осложнены отсутствием статистических данных по длительным испытаниям судовых валопроводов. В условиях недостаточной информации обо всех технологических и эксплуатационных факторах приходится завышать значения запаса прочности, рекомендуемые для валов общепромышленного назначения. Валы, длины пролетов которых велики по отношению к размерам поперечных сечений, проверяются на продольную устойчивость. Критерием такой проверки служит гибкость λ вала. Осевые колебания заслуживают внимания особенно в установках с длинноходными ДВС, у которых отношение S/D = 3…4,4, где S – ход поршня, D – диаметр цилиндра. Проверка на крутильные колебания является обязательной для всех установок с ДВС.

Полученные расчетные характеристики свободных колебаний валопроводов и положенные в основу проверочных расчетов на колебания характеристики возмущающих сил подлежат натурной проверке в процессе испытаний и эксплуатации головных судов.