книги из ГПНТБ / Эпельман Т.Е. Судовые теплоэнергетические установки и их оборудование учеб. пособие

чатых, отличаются высоким к. п. д. (до 0,99 для одноступенчатых и 0,985 — для двухступенчатых передач), плавностью хода и бес­ шумностью. Планетарные редукторы находят все большее приме­ нение в ПТУ и ГТУ. Для повышения передаточного числа их можно

для ГТЗА с планетарным звеном соответственно в первой и во второй ступенях.

Непрямые передачи бывают нереверсивные и реверсивные. По­

для установки небольшой мощности. Изменение направления вра­ щения ведомого вала 1 (судового валопровода) при неизменном на­ правлении вращения ведущего вала И (вала двигателя) произво­ дится при помощи фрикционных муфт переднего хода 5 и заднего хода 6. Ведущие части муфт жестко связаны с шестернями 4 и 7, а ведомые с промежуточным валом 8. Шестерни 4 и 7 имеют возмож­ ность свободного вращения на промежуточном валу. При включении

в том же направлении, что и вал двигателя (передний ход). Для получения заднего хода включается фрикционная муфта 6 и выклю­ чается муфта 5. При этом передача движения производится от ше­ стерни 13 шестерне 7 через «паразитную» шестерню 9, а затем через пару 3—2 валу вследствие чего валопровод вращается в направле­ нии, обратном направлению вращения вала двигателя (задний ход). На валу двигателя установлен маховик 12, соединяемый с зубчатой передачей посредством эластичной муфты 10.

Для установок большой мощности подобные реверсивные пере­ дачи мало пригодны из-за больших габаритов и быстрого износа дисков трения.

290.

Гидродинамические трансформаторы. В судовых энергетических установках гидродинамические трансформаторы используются редко из-за сравнительно низкого к. п. д. (0,84—0,91) и низкой редукцион­ ной способности (i = 4ч-5). При больших значениях передаточного числа к. п. д. передачи еще более снижается. Тем не менее их спо­ собность значительно улучшать тяговые свойства установок, облег­ чать и ускорять реверсирование валопровода делает их весьма цен­ ными элементами энергетических установок.

Гидродинамический трансформатор крутящего момента (рис. 196) состоит из следующих основных частей: насосного ротора 3, соеди­ няемого с валом двигателя, турбинного ротора 1, укрепленного на

котором количестве отводиться из контура циркуляции для охлаж­ дения и заменяться уже охлажденной. Большая потеря энергии

даточное число гидротрансформатора может изменяться при прак­ тически постоянных частоте вращения и крутящем моменте двига­

При заклинке гребного винта крутящий момент на ведомом валу трансформатора может увеличиться вдвое, а при специальном про­

Реверсирование гребного вала может достигаться либо установ­ кой отдельного трансформатора заднего хода, либо в однополостных трансформаторах применением двойного перемещаемого направляю­ щего аппарата переднего и заднего хода. По опытным данным, про­ должительность изменения направления вращения вала при работе установки на полный ход вперед составляла 8—10 с и до принятия полной нагрузки на заднем ходу 35 с.

Гидротрансформаторы работают бесшумно, гасят крутильные колебания валопровода, обладают буферными свойствами. Управле­ ние гидротрансформаторами легко осуществляется дистанционно, с поста управления установкой.

Электрическая передача. Электрическая передача позволяет ис­ пользовать мощность нескольких многооборотных главных турбоили дизель-генераторов постоянного или переменного тока для при­ вода одного или нескольких малооборотных гребных электродвига-

1

4 5

Рис. 107Варианты комбинированных передач: а — комби­ нация электрической и зубчатой передач; б — электрической и прямой.

телей. Благодаря отсутствию механической связи между главными генераторами и гребными двигателями их частоты вращения можно выбирать оптимальными.

Применение электрической передачи дает возможность:

•— изменять направление вращения гребного вала, не изменяя направления вращения главных двигателей;

— улучшить тяговую характеристику установки, так как при торможении гребного винта крутящий момент на валу гребного элек­ тродвигателя может возрасти в два-три раза;

—улучшить маневренность судна и повысить удобство управле­ ния установкой;

—сократить длину судового валопровода при кормовом располо­ жении гребного электродвигателя;

—исключить крутильные колебания валопровода.

292

В некоторых корабельных установках применяется комбиниро­ ванная передача энергии гребному винту от дизеля и форсажной газовой турбины. Дизель работает непосредственно на винт и обеспе­ чивает экономический ход корабля, а форсажная турбина, связан­ ная с валопроводом посредством зубчатой передачи, работает кратко­

применение комбинированной гидрозубчатой передачи. На рис. 198 представлены некоторые варианты схем таких передач.

Анализируя различные способы передачи мощности гребным вин­ там, следует отметить, что правильный выбор передачи в каждом конкретном случае должен основываться на учете особенностей экс­ плуатации судна и специфических требований, предъявляемых к энергетической установке судна. Выбор типа передачи можно считать обоснованным, если в соответствии с условиями эксплуатации можно широко использовать ее достоинства, а недостатки передачи не окажут существенного влияния на технико-экономические ха­ рактеристики установки.

Глава XII

СУДОВОЙ ВАЛОПРОВОД

§ 54

Назначение валопровода и положение линии вала

Валопровод служит для передачи энергии, выра­ батываемой главными двигателями, гребному винту и для передачи упора винта через главный упорный подшипник корпусу судна. Положение валопровода на судне характеризуется линией вала,

т.е. геометрической осью валопровода.

Водновальной установке линия вала всегда расположена в диа­ метральной плоскости. В двухвальных установках линии вала

располагают по бортам, образуя линии вала левого и правого бортов. В многовальных установках с нечетным числом валов ли­ ния вала, расположенная в диаметральной плоскости, называется

и стоимость эксплуатации.

Подавляющее число морских транспортных судов оборудовано одновальными установками; на речных судах чаще применяют двухвальные установки. Пассажирские суда и корабли иногда снабжают трехвальными установками и только изредка установками с боль­ шим числом валов.

294

Направление вращения винтов, а следовательно, и валопроводов выбирают таким, чтобы обезопасить работу винтов в воде, несущей на себе битый лед или другие крупные предметы. С этой точки зре­ ния целесообразно, чтобы на переднем ходу, если смотреть с кормы в нос, левый винт вращался против часовой стрелки, правый — по часовой стрелке. При таком направлении вращения винтов посторон­ ние тела, попадающие в сферу действия потоков, образованных вин­

В зависимости от положения центра диска гребного винта и рас­ положения главных двигателей линия вала может занимать различ­

возможного взаимного распо- Рис. 199. Уклон и веерность линии вала,

телей в кормовой части судна вследствие малой протяженности ли­ нии вала и высокого положения центра фланца вала электродвига­ теля уклон получается большим. Некоторого его уменьшения можно достигнуть установкой двухъякорных гребных электродвигателей взамен одноякорных. Обычно а = 0-ь5°, a р = 0ч-3°.

Положение линии вала в пределах указанных значений углов а и р не приводит к заметному уменьшению силы, движущей судно. Однако в тех случаях, когда углы наклона и расходимость значи­ тельны, а также если судно имеет на ходу большой дифферент на корму, влияние наклонного положения валопровода может оказаться ощутимым.

Окончательное положение линий вала определяется в результате многократной взаимной корректировки обводов кормовой оконеч­ ности судна, расположения гребных зинтов и основного оборудова­

на двухвальных и многовальных судах оказывает влияние на манев­ ренные свойства судна.

295

§ 55

Конструктивные элементы валопровод-А

Протяженность линии вала может изменяться в широких пределах и зависит в основном от расположения машин­ ного отделения и длины судна. На больших судах с расположением машинного отделения в средней части судна протяженность линии вала доходит до 100 м и более. Это исключает возможность изготов­ ления валопровода цельным. В общем случае валопровод собирают из отдельных валов; их число на некоторых судах может достигать 10—12.

Рис. 200. Валопровод двухвинтового судна.

проходящий через дейдвудную трубу, называется дейдвудным. Если гребной винт насаживается на конец дейдвудного вала, то дейдвудный вал одновременно является и гребным валом. Вал с от­ кованным упорным гребнем называется упорным; он имеет обычно небольшую длину. При ходе судна главный упорный вал своим греб­ нем передает упор гребного винта корпусу главного упорного под­ шипника, а через него корпусу судна. Обычно этот вал непосредст­ венно соединяется с кормовым фланцем главного двигателя. Вспомо­ гательный упорный вал, как и вспомогательный упорный подшип­ ник, устанавливают не на всех судах. Вспомогательный упорный подшипник служит для восприятия упора свободно вращающегося на ходу судна гребного винта при отключении валопровода от дви­ гателя.

Все остальные участки валопровода называются промежуточными валами. Один из промежуточных валов, обычно ближайший к упор­ ному валу, изготовляют малой длины, а иногда и меньшего сечения. Он называется проставышем или коротышем. При отсутствии коро­ тыша один из промежуточных валов отковывают с фланцем увели-

296

ченной толщины. Этот вал называется пригоночным или забойным. Утолщенный фланец соответственно называют забойным. Его окон­

с ошибками ее предварительного определения. Если коротыш имеет меньшее сечение, чем остальные промежуточные валы, то он яв­ ляется «слабым звеном» в валопроводе и в случае приложения чрез­ мерно большого крутящего момента разрушается, предохраняя та­ ким образом от повреждения дорогие длинные валы.

Упорный гребень вспомогательного упорного подшипника можно размещать на одном из промежуточных валов.

Дейдвудные и гребные валы. Дейдвудный вал покоится на двух подшипниках, расположенных в дейдвудной трубе. В одновальных установках линия вала и баллер руля находятся в одной плоскости, и для выемки вала из корпуса судна наружу требуется снятие пера руля и частичная разборка штевня. Поэтому в таких случаях выемка вала из дейдвудной трубы чаще всего производится внутрь корпуса судна.

Длина части вала, находящейся впереди переборки ахтерпика, должна быть достаточной для свободной выемки и переборки дей-

В этом случае для поддержания выступающего пролета вала тре­ буется опора вне дейдвудной трубы. Такую опору располагают в вы­ носном кронштейне, крепящемся к корпусу судна.

Вал, лежащий в подшипниках кронштейна и дейдвудной трубы, может оказаться слишком длинным, что может вызвать затруднения в его изготовлении. В данном случае вал делят на две части: гребной вал и дейдвудный вал. Соединение валов осуществляют вне корпуса

и дейдвудного вала подвержена коррозии. Кроме того, бронзовые винты и облицовки образуют со стальным валом гальванические пары, вызывающие разъедание вала. Для предотвращения этих яв­ лений применяют защитные покрытия, изолирующие металл вала от морской воды.

Особенно важно уплотнить и изолировать от морской воды уча­ сток вала между носовым торцом ступицы винта и торцом бронзовой облицовки гребного вала. Именно в этом месте очень часто происхо­ дят разрушения гребных валов. На рис. 201 показаны встречающиеся конструкции уплотнительных устройств гребного вала. Поступле-

?97

нию воды к валу со стороны гребного винта препятствует набивка колпака-обтекателя салом.

Промежуточные и упорные валы. Длину промежуточных валов устанавливают в соответствии с размерами и типом судна после про­ работки принципиальной технологии монтажа валопровода и спосо­ бов выемки и заводки отдельных валов. Все промежуточные валы, за исключением забойного или проставыша, обычно делают одинако­ выми по длине и по конструкции. Это упрощает технологию их из­ готовления, уменьшает число запасных валов, способствует более равномерной нагрузке и расположению опорных подшипников вало­

Промежуточные валы бортовых линий вала можно вынимать наружу и в корпус судна. В первом случае при выемке через дейдвудную трубу валы не имеют на концах фланцев, а заканчиваются конусами для установки полумуфт.

По сравнению с дейдвудными и гребными валами условия работы промежуточных валов более благоприятны, так как они не сопри­ касаются с морской водой и непосредственно не испытывают ударов со стороны винта. Поэтому промежуточные валы не нуждаются в за­ щитной изоляции, а их диаметры принимаются меньшими. На по­ верхности промежуточного вала делают, как правило, только одну шейку для опорного, подшипника; вторая шейка, если имеется, предназначена для временного монтажного подшипника. Большее число опор может оказаться вредным для валопроводов на судах с недостаточно жестким корпусом. С увеличением пролета гибкость валопровода возрастает. Вместе с тем возрастает способность вало-

298

провода работать с искривленной линией вала. Уменьшение коли­ чества опорных подшипников, кроме того, благоприятно сказы­ вается на массе и стоимости валопровода, повышает к. п. д. вало­ провода и упрощает его обслуживание.

Упорный вал изготовляют коротким для удобства сборки упор­ ного подшипника в цехе и при частичном демонтаже его на судне. Наиболее ответственной частью упорного вала является упорный гребень.

Опорные подшипники. Опорами валопровода являются под­

Подшипники, расположенные в кронштейне и дейдвудной трубе, работают в тяжелых условиях, так как они подвержены воздействию динамических нагрузок, особенно при -плавании в ледовых усло­ виях, и загрязнению — при плавании на мелководье. Так как на­ блюдение за состоянием этих подшипников в процессе эксплуатации судна затруднено, то к их конструкции предъявляют требование безу­ словной надежности.

Антифрикционный материал для указанных подшипников под­ бирают таким, чтобы в сочетании с морской водой, прокачиваемой через них для смазки и охлаждения, получить надежно работаю­ щую пару с небольшим коэффициентом трения. Такими материалами являются бакаут и его заменители (лигнофоль, резина и др.).

Во избежание попадания морской воды в корпус судна через дейдвудную трубу в ее носовой части устанавливают дейдвудный сальник.

При длительной стоянке в зимнее время существует опасность замерзания воды в дейдвудных трубах, поэтому предусматривают обогрев труб с целью повышения их температуры до 3—5° С.

Условия работы опорных подшипников промежуточных валов, расположенных в корпусе судна, не соприкасающихся с морской водой и не воспринимающих непосредственно ударных воздействий со стороны винта и двигателя, более благоприятны. Смазка подшип­ ников осуществляется маслом. Усилия, воспринимаемые подшип­ никами от массы вала и насаженных на него деталей, невелики; ок­ ружные скорости на шейках не превосходят 3—5 м/с. Так как при этом работа трения невелика, то в большинстве случаев принуди­ тельно-циркуляционная система смазки подшипников не требуется. В данном случае целесообразно использовать подшипники скольже­ ния или качения с индивидуальной смазкой. Тепло, выделяющееся при трении, отводится при помощи забортной воды, прокачиваемой через змеевиковые охладители масла, установленные в корпусах подшипников.

Чрезмерная нагрузка опорных подшипников валопровода может возникнуть при нецелесообразном их расположении вследствие недостаточной местной жесткости корпуса судна. Поэтому опорные подшипники располагают вблизи переборок, где местные деформа­ ции корпуса невелики.

Упорные подшипники. Передача упора гребного винта корпусу судна сопровождается деформацией корпуса подшипника и упорного

299