Схемы дейдвудных устройств. Привет студент Судовой валопровод: назначение, состав и основные элементы

Вал гребной , представляет один или несколько соединенных в одну линию валов, передающих движение от паровой машины, турбины или другого судового двигателя к гребному винту или гребным колесам (см.).

Линия Вала большого военного судна состоит из следующих главных частей: коленчатый Вал машины или шпинделя паровой турбины, промежуточные Валы, упорный Вал, дейдвудный Вал и, наконец, гребной или концевой Вал.

Иногда некоторые из перечисленных частей (например, дейдвудный Вал и концевой) соединяются в один общий Вал, а при короткой линии отсутствуют промежуточные Валы.

Каждая из частей Вала имеет специальное назначение и к каждой из них предъявляются свои требования.

I. Коленчатый Вал составляет неотъемлемую часть паровой машины, на которую передается работа цилиндров.

В многоцилиндровых машинах он состоит обыкновенно из нескольких кусков, соединенных между собою фланцевыми муфтами. Каждый кусок вала имеет одно, два или три колена и отковывается для судовых машин военного флота в целом виде.

Для облегчения веса, коленчатый Вал делается пустотелыми; отношение диаметра внутреннего высверленного отверстия к диаметру Вала обыкновенно берется равным половине.

Во избежание продолжительного вывода корабля из строя в случае поломки коленчатого Вала, при самой постройке судна заготовляется запасная часть этого Вала, и все его части конструируются по возможности взаимозаменяемыми.

Исключение делается для машин большой мощности, у которых поломки Вала, изготовляемых при современном состоянии техники, бывают крайне редки.

Шейки Вала вращаются в рамовых подшипниках машины, пушечного металла, залитых антифрикционным металлом, шейку же мотыля обхватывает подшипник нижней головки шатуна той же конструкции. Принимая на себя все удары от сил инерции движущихся масс паровой машины и составляя существеннейшую часть последней, коленчатый Вал требует при проектировании самого внимательного расчета. Для расчета коленчатого Вала существует ряд эмпирических формул; таковы, например, формулы английского Ллойда и бюро Веритас, приводимые в справочных изданиях и специальных технических источниках.

В этих формулах диаметр Вала определяется в зависимости от числа и величины цилиндров машины, длины хода поршня, давления пара в котлах и некоторых других данных, характеризующих мощность машины. Хотя практические формулы и дают хорошие результаты, но необходимо точно проверить коленчатый Вал на сложный крутящий и изгибающий моменты по теоретической формуле:

где: d - диаметр Вала в дм., f - допускаемое напряжение материала в английском фн. на кв. дм., T1 - крутящий момент и M - изгибающий момент.

Все напряжения в материале, как для изгиба и кручения Вала, так на смятие и работу трения в подшипниках, в виду особо тщательного изготовления всех этих частей и стремления облегчить вес механизмов, принимаются при проектировании машин военного флота гораздо большими, чем для судов коммерческого флота.

В паровых турбинах коленчатый Вал отсутствует, - его заменяют, так. наз., шпинделя роторов турбин.

I. Промежуточный Вал служит для соединения коленчатого Вала машины или шпинделя паровой турбины с упорным или дейдвудным Валом. Промежуточный Вал также избегают делать длинными, дабы их можно было вынуть из машинного отделения, не снимая громоздких частей механизмов. Поэтому часто промежуточных Валов бывает несколько; они покоятся на промежуточных подшипниках, иногда называемых "коридорными", вследствие нахождения их в коридоре гребного Вала.

Так как промежуточный Вал не подвергаются ударам и хорошо поддерживаются промежуточными подшипниками, то диаметр их рассчитывается только на кручение и делается обыкновенно меньшего, чем другие Валы того же судна, размера.

Подшипники делаются подобно рамовым при турбинных и быстроходных вообще установках, или же просто чугунными, залитыми антифрикционным металлом в своей нижней половине.

На промежуточном Вале или на фланце коленчатого устанавливается червячное колесо поворотного привода, служащего для проворачивания вручную всей линии Вала во время бездействия машин. Вал полагается проворачивать в кампании ежедневно.

Упорный Вал, это один из промежуточных Валов, только с особым назначением. Он несет на себе несколько колец, составляющих одно целое с телом Вала и входящих в соответствующие впадины упорного подшипника.

Эти кольца воспринимают упорное давление винта, сообщающее движение судну (см. Винт гребной).

Число колец рассчитывается так, чтобы дать достаточную поверхность для воспринятия упорного давления, не прибегая к чрезмерному увеличению диаметра колец.

Необходимые требования:

1) точная пригонка колец упорного Вала к кольцам упорного подшипника, дабы давление воспринималось всеми кольцами одновременно и

2) правильное расположение поддерживающих Вала промежуточных подшипников, дабы избежать его провеса, нарушающего правильную работу упорных колец.

Упорные подшипники, принятые в нашем флоте, в большинстве случаев бывают системы Модзлея со съёмными подковообразными кольцами, для облегчения пригонки их и ремонта; но в небольших установках применяются и подшипники обыкновенного закрытого типа с впадинами для колец упорного Вала. Недостаток последних - недоступность для осмотра во время работы и трудность пригонки.

Корпус упорного подшипника делается обыкновенно чугунный или литой стали.

Подковообразные скобы - пушечного металла, пустотелые, чугунные или литые стальные; в последних двух случаях они обязательно облицовываются антифрикционным металлом, кроме того, делается всегда охлаждение колец водой. Судовой фундамент под упорный подшипник делается, возможно, жестким и соединяется надлежащим образом с корпусом судна. В турбинных установках упорные подшипники находятся непосредственно у самых турбин и потому специальных упорных Валов для них не требуется; но для разобщения линии Вала от турбин на одном из промежуточных Валов делают специальное кольцо и подшипник для него, который удерживает Вал в надлежащем положении при свободном вращении его от хода судна после разобщения этого Вала от турбин.

Одно кольцо сравнительного малого диаметра оказывается в этом случае достаточным в виду того, что Вал никакой работы не передает и лишь свободно вращается.

III. Дейдвудный Вал проходит через корпус судна в т. наз. дейдвудной трубе (см.) и на всей длине бакаутовой набивки этой трубы облицовывается насаженными на него в горячем состоянии втулками пушечного металла, во избежание ржавления, т. к. ему приходится работать с водяной смазкой; если же дейдвудная труба делается со специальной нагнетательной смазкой, то Вал не облицовывается.

Часть Вала между облицовками покрывается или специальным каучуковым составом (Виллениуса), предохраняющим эту часть от разъедания, или медью. При установке на судно дейдвудные Валы вводят через дейдвудную трубу, отверстие которой слишком мало для прохода фланца; поэтому муфта Вала делается насадной в горячем состоянии или со специальным кольцом на шпонках.

К внутреннему концу дейдвудного Вала обыкновенно приспособляют тормоз, на случай необходимости остановить Вал во время хода судна, например, для разобщения или сообщения линии Вала с двигателем.

IV. Концевой Вал, - последняя, кормовая часть линии Вала, одним фланцем соединяющаяся с дейдвудный Вал; на другой, конический конец этого Вала насаживается гребной винт, укрепляемый шпонками и гайкой, навинченной на нарезанный конец Вала.

У самого винта концевой Вал поддерживается наружным кронштейном, прикрепленным к корпусу судна и снабженным, подобно дейдвудной трубе, втулкой с бакаутовым набивкой, почему часть Вала, входящая в эту втулку, также облицовывается пушечным металлом.

Концевой Вал, как и коленчатый Вал, рассчитывается на сложный крутящий и изгибающий моменты в виду того, что он обыкновенно делается значительной длины и, как наружная часть, легко подвергается ударам.

В турбинных установках, где в виду большого числа оборотов гребных винтов, концевой Вал бывают сравнительного малого диаметра при значительной длине, они проверяются еще подсчетом на возможность разрушения от центробежной силы, на так называемое "критическое число оборотов".

При недостаточном диаметре может получиться провес вала и его поломка, как результат развившейся с возрастанием числа оборотов центробежной силы.

Как концевой Вал, так и дейдвудный делаются в настоящее время пустотелыми; отверстия Вала заделываются плотно пробками на резьбе.

При изготовлении всей линии Вала обращается самое серьезное внимание на качество стали и на их выделку. Требуется, чтобы площадь сечения болванки была, по крайней мере, в 5 раз больше площади сечения готовой отковки. При испытании пробных планок сталь должна давать сопротивление на разрыв от 27 до 30 тн. на 1 кв. дм. и удлинение свыше 30% на 2 дм. длины.

После проковки Вала тщательно отжигаются, при обточке в металле не допускается никаких пороков; диаметр Вала по всей длине его д. быть один и тот же, а высверленное отверстие вполне концентрично с наружной окружностью Вала. Фланцы Вала д. быть строго перпендикулярны к его оси.

При сборке Валов на судне и во время их службы обращается самое серьезное внимание на то, чтобы вся линия Вала была строго прямая и Валы лежали плотно на своих подшипниках.

Или гребное колесо). Передача вращения от главной машины судна (паровой поршневой машины, двигателя Дизеля, паровой турбины) движителю осуществляется при помощи нескольких соединенных между собой валов, совокупность которых называется линией вала . Фиг. 1 дает расположение отдельных частей, составляющих линию вала (для винтового судна): 1 - гребной вал; 2 - дейдвудный вал (в одновинтовых судах гребной вал является в то же время и дейдвудным); 3 - промежуточный вал; таких валов может быть несколько, называют их также коридорными, по месту их расположения; 4 - упорный вал; кроме того, к линии вала относится коленчатый вал поршневой машины, не показанной на фиг.; в турбинных установках без передачи коленчатый вал заменяется валом турбины, а в турбинных установках с передачей - валом, несущим большую шестерню.

Кроме перечисленных, необходимыми принадлежностями линии вала являются: 1) сальник дейдвудного вала, устраиваемый в месте прохода дейдвудного вала через переборку и препятствующий прониканию забортной воды вдоль дейдвудного вала внутрь судна; 2) опорные подшипники (фиг. 2), служащие для поддержания собственного веса валов и в то же время являющиеся направляющими опорами при передаче упорному подшипнику осевого давления, развиваемого винтом; каждый промежуточный вал обычно покоится на двух опорных подшипниках; 3) упорный подшипник, прочно соединенный при помощи особого фундамента с корпусом судна и служащий для передачи судну осевого усилия, развиваемого винтом и сообщающего судну движение.

Линия валов должна представлять собой правильную прямую линию, т. к. всякий излом этой линии (угол между двумя жестко соединенными друг с другом валами) при вращении валопровода будет вызывать нагревание и износ подшипников.

На фиг. 3, представляющей гребной вал (который в то же время является и дейдвудным) одновинтового судна: а - гребной вал; б - чугунная дейдвудная труба, один конец которой крепится к переборке судна, а другой - к ахтерштевню судна; в - бакаутовые вкладыши, служащие подшипниками, на которых лежит дейдвудный вал; г - бронзовая облицовка (непрерывная); д - дейдвудный сальник.

Если облицовка не сделана непрерывной, то вал, лишенный металлической облицовки, часто защищают от действия морской воды специальной облицовкой из резины. Из характерных деталей линии вала необходимо отметить еще упорный подшипник. До появления подшипника системы Мичеля (Michell) упорными подшипниками исключительно служили или подшипники со скобами системы Модслея (фиг. 4) или (для малых судов) подшипники с кольцевыми выточками, состоящие из двух половин.

В подшипниках этих систем удельное давление допускается в пределах от 3 до 6 кг/см 2 , и вал имеет несколько упорных колец. Разработанный Мичелем, на основании новой теории смазки, подшипник дал возможность поднять удельное давление до 25 кг/см 2 , вследствие чего оказалось возможным ставить на валу только одно кольцо; конструкция подшипника весьма компактна. Сущность устройства, которое допускает такие высокие удельные давления, состоит в следующем (фиг. 5):

между подшипником L и упорным кольцом R имеются упорные подушки z, которые опираются лишь в одной точке на болты а. Когда кольцо начинает вращаться, то смазочное масло, приходя в движение, отодвигает подушки и удерживает их в наклонном положении по отношению к кольцу, причем наружные концы подушек отодвигаются от упорного кольца дальше, чем внутренние. В образующиеся между кольцом и подушками клинообразные пространства непрерывно поступают все новые количества смазки, и, таким образом, трущиеся металлические поверхности нигде не соприкасаются.

Конструкция и расчет . При определении прочных размеров валов коммерческих судов приходится пользоваться теми формулами и нормами, которые дают классификационные общества. В СССР наряду с правилами «Регистра Союза ССР» применяются правила Английского Ллойда, Германского Ллойда и Бюро Веритас. Размеры валов, определенные по правилам этих обществ, довольно близко подходят друг к другу. Для расчета по правилам Английского Ллойда служат следующие формулы. Промежуточные валы для судов с паровой поршневой машиной:

где d – диаметр промежуточного вала в мм, D – диаметр цилиндра низкого давления в мм, S – ход поршня в мм, WP – рабочее давление в котлах в кг/см 2 , r – отношение площади поршня цилиндра низкого давления к площади поршня цилиндра высокого давления, с - коэффициент, даваемый табл. 1.

Диаметр коленчатого вала д. б. не меньше 1,05d; диаметр гребного вала - не меньше, чем d + P/c, где Р - диаметр винта в мм, а с - коэффициент, равный 144, если бронзовая облицовка вала непрерывная, и 100, если облицовка не является непрерывной. Диаметр упорного вала в районе между упорными кольцами должен быть не меньше 1,05d; от упорных колец к муфте диаметр упорного вала м. б. сведен путем постепенного перехода к диаметру, равному диаметру дейдвудного вала (не несущего винт) - не меньше 1,05d. Если вал подвержен действию морской воды, то его диаметр д. б. не меньше 1,075d. Для судов с паровыми турбинами диаметр промежуточных валов должен быть вычислен по следующей формуле:

где S - максимальное число л. с. на валу, развиваемых турбиной, R - число об/мин., F - коэффициент, для океанских судов равный 64, для речных и озерных - 58. Диаметр вала, при турбинах с зубчатой передачей д. б. не меньше 1,05d-1,1d, в зависимости от числа и расположения малых шестерен. Для судов с дизелями диаметр промежуточного вала д. б. не меньше

где D - диаметр цилиндра в мм, S - ход поршня в мм, с - коэффициент, который берется из табл. 2 путем интерполирования в зависимости от величины коэффициента А, вычисляемого по формуле:

где W - полный вес махового колеса в кг, dw - диаметр махового колеса в мм, R - число об/мин., D - диаметр цилиндра в мм, S - ход поршня в мм.

Если ход поршня не меньше 1,2 и не больше 1,6 диаметра цилиндра, то вместо выражения м. б. взято выражение 0,735·D+0,273·S. Вычисление диаметра коленчатого вала дизелей производится по следующей формуле, при условии, что максимальное давление в цилиндре не выше 35 кг/см 2:

где D - диаметр цилиндра в мм, S - ход поршня в мм, и h - расстояние в мм между внутренними кромками подшипников, на которых лежит колено вала. Значения коэффициентов А и В берутся из табл. 3.

Вышеприведенные формулы дают минимальные, требуемые Английским Ллойдом, размеры валов. Для судов военного флота, где конструктор не стеснен предписаниями страховых обществ, размеры валов определяются по обычным формулам сопротивления материалов. Коленчатый вал, подвергающийся одновременному действию изгиба и кручения, рассчитывается по формуле Сен-Венана (Saint-Venant):

где R изг. - допускаемое напряжение на изгиб, W - момент сопротивления, М изг. и М кр. - соответственно изгибающий и крутящий моменты. Вместо формулы Сен-Венана, построенной на теории прочности, предполагающей, что причина разрушения тел кроется в величине наибольших деформаций сжатия или растяжения, применяется в Англии и входит в употребление в других странах формула:

Эта формула построена на допущении, что причиной разрушения являются возникающие в теле наибольшие деформации сдвига. Очень часто расчет ведется по формулам, учитывающим только касательные напряжения, а именно:

где d - диаметр вала, d 1 - внутренний диаметр вала, если вал пустотелый, M t - крутящий момент, N - число индикаторных л. с. машины, n - число об/мин., R t - допускаемое напряжение на сдвиг, которое берется в следующих пределах: 240-320 кг/см 2 (для товарных и пассажирских судов), 350-400 кг/см 2 (для военных судов тяжелой постройки), 400-480 кг/см 2 (для военных судов легкой постройки), 480-580 кг/см 2 (для миноносцев). Расчет промежуточных валов, работающих гл. обр. на скручивание, производится по указанным выше формулам (1), (2), (3).

В случае турбинной установки под N понимается число эффективных л. с., передаваемых валом. R t берется на 10-15% больше, чем в коленчатых валах; при турбинных установках R t берется: 420-450 кг/см 2 (для коммерческих судов), 500-650 кг/см 2 (для броненосцев и крейсеров) и 750-850 кг/см 2 (для миноносцев). Очень большое влияние на прочность валов имеют крутильные колебания, возникающие в валопроводе при работе машины. В случае резонанса, т. е. совпадения периода собственных колебаний валопровода с периодом действующих сил, в валах могут получиться опасные напряжения, вызывающие их поломку. Определение числа собственных колебаний валопровода и сравнение его с числом оборотов машины дают возможность определить, насколько близко лежат эти пределы. В случае их совпадения, чтобы избежать резонанса, приходится или менять число оборотов машины или изменять размеры валопровода. Крутильные колебания, возникающие в валопроводах, опасны еще и в том отношении, что вал, закручиваясь то в одном то в другом направлении, периодически меняет напряжение, что в конечном результате при соответствующих значениях напряжения может вызвать явление «усталости» материала и повести к поломке.

Гребной вал отковываются из болванок, отлитых из сименс-мартеновской стали. Чтобы обеспечить поковку от следов усадочных раковин, вес болванки, предназначаемой для вала, определяют с таким расчетом, чтобы ее прибыльная часть, составляющая 30-40% от общего веса, осталась неиспользованной; это относится к случаю, когда стальная болванка отливается обычным способом. Если же при отливке болванки будут приняты особые меры для уменьшения размеров усадочной раковины (подогрев прибыльной части, отливка с насадкой, выложенной огнеупорным кирпичом, прессование жидкой стали), то в таком случае размеры неиспользованной прибыльной части болванки соответственно уменьшаются. Размер болванки в поперечном сечении должен быть таков, чтобы была обеспечена надлежащая проковка вала; считается достаточным, если площадь сечения откованного вала составляет не более 20% от площади поперечного сечения выбранной болванки. Большие судовые гребные валы отковываются под гидравлическими или парогидравлическими прессами, причем мощность пресса в 3000 т достаточна для проковки самых больших валов. Колена в коленчатых валах располагают в поковке сначала в одной плоскости; надлежащее их взаимное расположение под разными углами, согласно чертежу, достигается путем скручивания в нагретом состоянии соединительных между отдельными коленами частей вала. Валы обрабатываются резанием на станках со всех сторон; припуск на обработку зависит от размеров вала и колеблется от 5 до 30 мм на сторону. Судовые гребные валы изготовляются из стали качества обыкновенной углеродистой с временным сопротивлением на разрыв в 40-50 кг/мм 2 . В некоторых случаях коленчатые валы двигателей внутреннего сгорания (например, дизелей) предпочитают делать из специальной стали - никелевой или хромоникелевой, т. к. эти сорта стали являются более стойкими при работе изделия, когда возможны удары и вибрации.

По отковке валы простой углеродистой стали подвергают отжигу, причем температура нагрева должна соответствовать содержанию углерода в стали; валы из специальных сортов стали подвергаются также по отковке соответствующей составу стали термической обработке. Пробы для испытания качества металла отбирают от концов вала после отжига или окончательной термической обработки; от малых валов (весом до 10 т) пробы берут с одного конца; от валов весом свыше 10 т пробы берут с двух концов. Облицовка дейдвудного вала отливается из бронзы состава: красной меди 86%, олова 10% и цинка 4%. Облицовка насаживается на вал нагретой или под прессом и должна удерживаться трением; крепление ее к валу винтами или гужонами не допускается.

Среднего или малого удлинения.

Гребной винт насаживается на гребной вал , приводимый во вращение судовым двигателем. При вращении гребного винта каждая лопасть захватывает массу воды и отбрасывает её назад, сообщая ей заданный момент импульса , - сила реакции этой отбрасываемой воды передаёт импульс лопастям винта, лопасти, в свою очередь, - гребному валу посредством ступицы, и гребной вал, далее, - корпусу судна посредством главного упорного подшипника .

Двухлопастной гребной винт обладает более высоким КПД , чем трёхлопастной, однако при большом дисковом отношении (см. ниже) весьма трудно обеспечить достаточную прочность лопастей двухлопастного винта. Поэтому наиболее распространены на малых судах трёхлопастные винты (двухлопастные винты применяют на гоночных судах, где винт оказывается слабо нагруженным, и на парусно-моторных яхтах , где гребной винт - вспомогательный движитель ). Четырёх- и пятилопастные винты применяют сравнительно редко, - в основном на крупных моторных яхтах и крупных океанских судах для уменьшения шума и вибрации корпуса.

В последние годы для этих целей стали применять и пластмассы .

Преимущества и недостатки

Работающий гребной винт

Работает как движитель только при неизменной или возрастающей скорости вращения, в остальных случаях - как активный тормоз .

Гребной винт на одной из первых подлодок

Одновременно со Смитом и независимо от него разрабатывал применение гребного винта как движителя известный изобретатель и кораблестроитель швед Джон Эрикссон . В том же 1836 году он предложил другую форму гребного винта, представлявшую собой гребное колесо с лопастями, поставленными под углом. Он построил винтовой пароход «Стоктон» (мощности ходовых паровых машин - 70 л. с), сделал на нём переход в Америку , где его идея была встречена настолько заинтересованно, что уже в начале 1840-х годов был спущен первый винтовой

Гребной вал

элемент валопровода, непосредственно соединенный с гребным винтом. На больших судах длина гребного вала до 12 м; на малых непосредственно соединен с двигателем и гребным винтом.

• - Гребно́й кана́л в статье «Крылатское»...

  Москва (энциклопедия)

• - находится на Крестовском острове, в северо-западной его части, на территории Приморского парка Победы...

  Санкт-Петербург (энциклопедия)

• - движитель, преобразующий энергию вращения вала двигателя в поступательное движение корабля. Состоит из 2-6 широких лопастей, закреплённых иа втулке под углом к плоскости вращения...

  Словарь военных терминов

• - судовой реактивный движитель, в основу образования которого положена винтовая поверхность...

  Морской словарь

• - элемент валопровода, непосредственно соединенный с гребным винтом. На больших судах длина гребного вала до 12 м; на малых непосредственно соединен с двигателем и гребным винтом...

  Морской словарь

• - лопастной движитель. Состоит из насаживаемой на гребной вал ступицы с 2-6 лопастями, закрепленными на ней под некоторым углом к плоскости вращения...

  Морской словарь

• - наиболее употребительный движитель морских паровых судов, представляет собою тело, напоминающее по форме крылья ветряных мельниц...

  Энциклопедический словарь Брокгауза и Евфрона

• - наиболее распространённый судовой Движитель...

  Большая Советская энциклопедия

• - искусственный водоем для тренировок и соревнований по гребному спорту. Ширина до 200 м, длина около 4000 м, глубина не менее 2 м. Один из крупнейших в Европе гребных каналов в Крылатском...

  Современная энциклопедия

• - ...

  Орфографический словарь русского языка

• - ГРЕСТИ́ 2, гребу́, гребёшь; грёб, гребла́; грёбший; гребя́; несов...

  Толковый словарь Ожегова

• - ГРЕБНО́Й, гребная, гребное. 1. прил. к гребля. Гребной спорт. 2. Приводимый в движение греблей, веслами. Гребное судно. 3. Совершающий греблю, гребущий. Гребной винт, гребное колесо. Воздушный гребной винт...

  Толковый словарь Ушакова

• - гребно́й прил. 1. соотн. с сущ. гребля I, связанный с ним 2. Свойственный гребле, характерный для неё. 3. Предназначенный для гребли...

  Толковый словарь Ефремовой

• - гребн"...

  Русский орфографический словарь

• - ...

  Формы слова

• - прил., кол-во синонимов: 1 спортивный...

  Словарь синонимов

"Гребной вал" в книгах

СПИРАЛЬНЫЙ ГРЕБНОЙ ВИНТ

СПИРАЛЬНЫЙ ГРЕБНОЙ ВИНТ Тем не менее, в существующих условиях наилучшие результаты для надводных судов дает спиральный гребной винт, который приводится в движение четырь я путями. Первый, прямо от вала первичного двигателя; второй, посредством шестерни; третий, через

Гребной флот времен битвы при Лепанто