Гребной винт и валопровод. Гребной вал морского судна Опорно упорный подшипник гребного вала

Назначение дейдвудного устройства состоит в том, чтобы обеспечить необходимую водонепроницаемость корпуса судна, а гребному валу - одну или две опоры, воспринимать статические нагрузки от веса вала и винта и динамические от работы гребного винта в условиях различного погружения.

Дейдвудные устройства морских судов подразделяются на две группы: с неметаллическими и металлическими вкладышами.

В качестве антифрикционного материала подшипника в первом случае применяется бакаут, текстолиты, древесно-слоистый пластик, резинометаллические и резиноэбонитовые сегменты, термопластические материалы (капрографит, капролон) и др.

У металлического подшипника с масляной смазкой вкладыши опорных подшипников заливаются баббитом.

При эксплуатации судна в дейдвудном устройстве возникают постоянные и переменные нагрузки под действием сил и моментов, передаваемых гребному валу от гребного винта, которые вызывают напряжения в дейдвудных подшипниках и трубах. Двигатель передает на винт крутящий момент, который не является постоянным.

Периодические изменения крутящего момента в системе двигатель- валопровод-винт вызывают крутильные колебания. При совпадении частоты возмущающих сил с частотой собственных крутильных колебаний возникают условия резонанса, при которых усилия в деталях резко возрастают.

Значительные усилия наблюдаются и в околорезонансных зонах, когда происходит частичное совпадение частот. В диапазоне 0,85-1,05 расчетной частоты вращения вала наличие запретных резонансных зон не допускается.

В процессе работы гребного винта на его лопастях возникают периодические возмущающие силы и моменты, которые воспринимаются дейдвудным устройством и передаются корпусу судна через его подшипники. Данные усилия возникают в результате изменения за один оборот винта его упора и тангенциальной силы сопротивления вращению каждой лопасти. При этом могут создаться условия, при которых частота возникающих усилий на винте совпадает с частотой собственных изгибающих колебаний валопровода, что приведет к резонансным колебаниям гребного вала и высоким напряжениям в его основных участках.

Суммарный изгибающий момент складывается из момента от массы винта, гидродинамического изгибающего момента и момента от инерционных усилий при изгибающих колебаниях валопровода.

Гидродинамическая неуравновешенность гребного винта возникает из-за различия по шагу каждой лопасти или при работе частично погруженного винта. При изготовлении лопастей их шаг отличается незначительно, но в процессе эксплуатации при поломке или деформации отдельных лопастей возникающие при этом силы могут привести к опасной для дейдвудных опор вибрации. При балластных переходах вследствие разницы упора создается дополнительный изгибающий момент, что приводит к значительной гидродинамической неуравновешенности и как следствие к повышенной вибрации корпуса судна.

Нагрузка от массы гребного вала и винта воспринимается дейдвудными подшипниками, которые также воспринимают построечную статическую неуравновешенность гребного винта. Максимальная часть нагрузки приходится на кормовой дейдвудный подшипник и его кормовую часть. В процессе эксплуатации могут возникнуть дополнительные нагрузки на дейдвудное устройство при ударе гребных винтов о посторонние предметы.

Дейдвудное устройство одинаково для всех судов независимо от их размерений и назначения и состоит из дейдвудной трубы, внутри которой находятся подшипники, и из уплотнительного устройства, предотвращающего проникновение забортной воды внутрь судна. На рис. 1 показано дейдвудное устройство одновинтового судна с неметаллическими подшипниками, наиболее широко распространенное на морском флоте. Носовой конец дейдвудной трубы 4 фланцем 11 прочно крепится к ахтерпиковой переборке 12, а кормовой конец вводится в яблоко ахтерштевня 3, уплотняется резиновыми кольцами 15 и затягивается накидной гайкой 16 со специальным стопором 2. Уплотнительная резина устанавливается между ограничительным буртом 14 дейдвудной трубы и яблоком ахтерштевня с носовой стороны и накидной гайкой и яблоком ахтерштевня с другой стороны для предотвращения проникновения забортной воды в пространство между дейдвудной трубой и яблоком ахтерштевня.

В районе выхода дейдвудной трубы внутрь судна ставится сальниковое уплотнение, которое включает набивку 9, установленную между валом и трубой, и нажимную втулку 10. К сальнику имеется доступ со стороны машинного отделения или тоннеля гребного вала. В средней части дейдвудную трубу поддерживают флоры 13, которые могут быть приварены к трубе или опираться на подвижную опору, как показано на рис. 1.

Внутри дейдвудной трубы установлены кормовая дейдвудная втулка 5 и носовая 7 с набранными в них бакаутовыми планками или его заменителем 6 и 8 по схемам "в бочку", реже "ласточкин хвост". От проворачивания дейдвудные втулки крепятся к трубе стопорными винтами, продольному смещению планок кормового подшипника препятствует кольцо 1.
Для обеспечения надежной смазки и охлаждения подшипники принудительно прокачивают забортной водой, для чего в наборе из планок подшипника у их стыков предусмотрены канавки для свободного прохода воды. В наборе бакаута нижние планки имеют торцовое расположение волокон, верхние - продольное (см. рис. 1, разрез А-А), так как нижние воспринимают большие удельные нагрузки. Между нижними и верхними планками из бакаута установлены латунные упорные планки 18, с помощью которых исключается их проворачивание в дейдвудной втулке. Для предохранения гребного вала от коррозионного воздействия забортной воды в районе дейдвудной трубы он имеет бронзовую облицовку 17 или защищен специальным покрытием.

В дейдвудные трубы монтируются подшипники - они воспринимают усилия от винта и валопровода. Для изготовления дейдвудных труб применяется сталь, реже серый чугун марки СЧ 18-36. Они могут изготовляться вварными или вкладными. В первом случае труба соединяется сваркой с яблоком ахтерштевня, флорами набора корпуса судна и ахтерпиковой переборкой, во втором - заводится в корпус судна с кормы или носа и крепится. Вкладные трубы изготовляются литыми, сварно-литыми или ковано-сварными. Соединение дейдвудной трубы с яблоком ахтерштевня по длине в подавляющем большинстве цилиндрическое, а в отдельных случаях - коническое. Толщина стенки дейдвудной трубы должна быть не менее (0,1-0,15) dr, где dr - диаметр гребного вала по облицовке.

В целом яблоко ахтерштевня, дейдвудная труба, корпус и усиленная ахтерпиковая переборка должны представлять собой единую хорошо скрепленную жесткую конструкцию. Недостаточная жесткость этого узла, отсутствие жесткой связи трубы с флорами набора, наличие ослабленных посадок в соединениях дейдвудной трубы с яблоком ахтерштевня не обеспечивают надежной и безаварийной работы дейдвудных устройств, способствуют усилению вибрации кормовой части судна.

Уплотнительные сальники являются важным узлом в дейдвудном устройстве. Опыт эксплуатации дейдвудных устройств крупнотоннажных судов показывает, что наиболее надежны в эксплуатации такие конструкции, которые обеспечивают не только жесткость узла, но и надежное сальниковое уплотнение, препятствующее попаданию забортной воды внутрь корпуса судна.
При этом предпочтение должно быть отдано таким сальниковым устройствам, которые размещают в себе как основной, так и вспомогательный сальник, дающий возможность его перебивки на плаву без дифферентовки. Сальниковое устройство может быть установлено в носовой части дейдвудной трубы, как показано на рис. 1, либо иметь выносной корпус.

Рис. 2. Сальники гребных валов

Выносной сальник дейдвудного устройства (рис. 2, а) состоит из корпуса 4, который крепится к фланцу ахтерпиковой переборки при помощи шпилек 7. Внутри корпуса сальника находится набивка 3, которая уплотняется нажимной втулкой 6 с помощью гаек 5. Вспомогательный сальник может быть уплотнен специальным латунным кольцом 1, осевое перемещение которого обеспечивается одновременным повертыванием трех латунных винтов 2.

Конструкция выносного отдельно закрепляемого сальника нерациональна, так как перегружает дейдвудное устройство и сам сальник дополнительными нагрузками из-за нарушения центровки осевой сальниковой набивки и вала.

Широкое распространение на судах получила конструкция сальника, показанная на рис. 2, б. Отдельная сальниковая втулка 5 вместе с набивкой 4 полностью утоплена в дейдвудную трубу 3, благодаря чему увеличивается жесткость уплотнения и улучшается работа сальникового узла. Равномерное поджатие сальника осуществляется вращением одной из шести ходовых шестерен 1, связанных между собой зубчатым колесом 2.

В рассмотренной конструкции, как и во многих других, не предусматриваются вспомогательные сальники и, следовательно, исключается возможность перебивки сальника на плаву без дифферентовки судна. В этом случае представляет интерес уплотнение "Пневмостоп" (рис. 3) ледокола типа "Киев", которое устанавливается в кормовой части сальниковой коробки.
В корпус 1 носовой дейдвудной втулки вставляется до упора водораспределительное кольцо 2, которое уплотняется двумя резиновыми кольцами 5 и стопорится винтами 9. Водораспределительное кольцо имеет проточку для размещения в нем резинового кольца 3 (пневмостопа) с бронзовым внутренним кольцом жесткости 4.
Пневмостоп закрепляется крышкой 8 и болтами 7, после которых расположено пространство для набивки сальника. При необходимости прекращения доступа воды в корпус нужно подать воздух под давлением по каналу 6 в теле дейдвудной втулки внутрь фигурного резинового кольца пневмостопа, которое обожмет вал. При нормальной работе зазор между пневмостопом и гребным валом находится в пределах 3-3,5 мм, благодаря чему исключается их контакт.

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.

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