Валопровод предназначен для передачи вращающего момента от двигателя к движителю, восприятия осевых усилий, возникающих на движителе судна и передаче этих усилий на корпус судна с целью обеспечения его движения.
Состав элементов валопровода, его длина, размещение, а так же число судовых линий вала обусловлены многими факторами: типом и назначением судна; типом, мощностью и схемой размещения СЭУ на судне; требованиями по надежности, маневренности и другим эксплуатационным факторам, предъявляемыми к энергетической установке данного судна; условиями обслуживания валопровода, проведения ремонтных и монтажных работ.
По числу линий вала суда делятся на одновальные и многовальные, имеющие две и более линий вала. Применение одновальных или многовальных установок обосновывается следующими факторами:
- невозможностью передачи слишком больших мощностей на один движитель. Передача большой мощности через одну линию вала приводит к увеличению диаметра валов; технологическим сложностям в их изготовлении; увеличения диаметра гребного винта и невозможности применения больших диаметров гребных винтов на некоторых типах судов;
- обеспечением необходимой маневренности и управляемости некоторых типов судов (ледокольных, буксиров, паромов и т.д.);
- повышением надежности энергетической установки за счет дробления полной мощности на несколько автономных потоков мощности (резервирования главных двигателей и линий валов).
Условия размещения нескольких линий валов на судне приводят к необходимости располагать их под углом к основной и диаметральной плоскости (рис. 58). Угол между валовой линией и основной плоскостью судна называется углом наклона – α , а угол между валовой линией и диаметральной плоскостью – углом сходимости или расходимости – β .
При несимметричном расположении главных двигателей на двухвальном (многовальном) судне, углы α и β для валопроводов левого и правого бортов различны. При этом, из-за меньшей длины валопровода левого борта, значения α и β для этой линии вала всегда больше, чем для линии вала правого борта.
Общая длина валопровода также зависит от схемы размещения энергетической установки, способа передачи мощности на движитель и количества линий валов. Самым коротким валопровод будет у одновального судна при кормовом расположении машинного отделения, либо при любом размещении машинного отделения и использовании гидравлической или электрической передачи. При любом другом размещении энергетического оборудования и схемы передачи мощности длина линии вала может достигать 90 – 100 м и более.
Направление вращения винтов выбирается исходя из условий их безопасной работы, маневренности и управляемости судна. Для одновальной установки направление вращения движителя определяется направлением вращения главного двигателя. Обычно принимается правое вращение винта. В двухвальных установках ВФШ вращаются (на переднем ходу) правый винт – по часовой стрелке, левый винт – против часовой стрелки (при направлении взгляда с кормы в нос). Такое направление вращения снижает вероятность заклинки винтов при попадании в них посторонних предметов (битого льда и т.д.). Для трехвальной установки направление вращения среднего винта определяется направлением вращения вала двигателя. Для четырехвальной установки направление вращения центральных линий валов определяется из условия выбора максимального значения КПД пропульсивного комплекса на основе натурных испытаний моделей.
В состав валопровода обычно входят следующие элементы: валы и их соединения, опорные и упорные подшипники, дейдвудные устройства, переборочные уплотнения, специальные устройства и вспомогательное оборудование, системы, обслуживающие работу валопровода. При этом некоторые перечисленные элементы могут применяться не для всех типов судов и энергетических установок, а некоторые конструктивно входить в состав главного оборудования энергетической установки (например, главный упорный подшипник или главные судовые муфты). Схемы линий вала и их основные составные компоненты для одно- и двухвального судна показаны на рис. 59, 60.
Движитель судна (гребной винт) закрепляется на кормовом конце гребного вала. Следом за гребным валом (в направлении от движителя к двигателю) устанавливаются следующие валы: дейдвудный вал (может конструктивно совмещаться с гребным валом), промежуточные валы, проставочный вал и упорный вал (входит в состав главного упорного подшипника). Основной способ соединения валов между собой – фланцевый. Однако некоторые валы могут соединяться посредством глухого конического соединения (например, дейдвудный вал с гребным валом), быстроразъемными и неразъемными муфтами, и с помощью безфланцевых втулочных соединений.
Гребной и дейдвудный валы
Длина гребного вала судна может достигать 30 м. Для обеспечения технологии изготовления заготовок гребных валов такой длины, гребной вал может конструктивно делиться на две части: кормовую – непосредственно гребной вал, на который насаживается движитель судна, и носовую – дейдвудный вал, который проходит через дейдвудное устройство (дейдвудную трубу). Такое деление гребного вала на две части наиболее характерно для двухвальных судов с острыми обводами кормовой оконечности (рис. 60). Соединение гребного и дейдвудного валов производится посредством глухого конического соединения. Для одновальных судов, конструктивно допускающих более короткие длины гребных валов, гребной и дейдвудный валы представляют единую конструкцию (рис. 61.в).
Гребные и дейдвудные валы защищаются от контакта с морской водой бронзовой или латунной облицовкой. Облицовка может покрывать всю поверхность вала или только районы шеек кронштейна и дейдвудной трубы.
В случае использования несплошной облицовки, остальная часть вала покрывается стеклопластиковым покрытием на основе эпоксидных смол. Облицовка и эпоксидное стеклопластиковое покрытие гребных валов предотвращают их непосредственный контакт с морской водой и обеспечивают электроразъединение валов от корпуса судна. Гребной вал опирается на три опоры – подшипник кронштейна гребного вала и два подшипника дейдвудного устройства – носовой и кормовой.
Дейдвудное устройство
В месте выхода гребного вала из корпуса судна устанавливается дейдвудное устройство, которое обычно состоит из дейдвудных труб, дейдвудных втулок – носовой и кормовой, и дейдвудного сальника. Втулки являются опорами для гребного вала и выполняют роль подшипников. Втулки дейдвудного устройства (как и подшипник гронштейна гребного вала) имеют набор из планок бакаута (порода дерева). Набор планок бакаута выполняется таким образом, что в нижних половинках втулок волокна бакаута расположены перпендикулярно к поверхности линии вала, а в верхних половинках – параллельно к поверхности линии вала (рис. 62). Смазка втулок дейдвудного устройства и кронштейна гребного вала осуществляется забортной водой. Дейдвудный сальник устанавливается в месте выхода дейдвудного вала из дейдвудной трубы и предназначен для предотвращения проникновения забортной воды по валу внутрь корпуса судна. Сальник выполняется в виде нажимной втулки, опрессовывающей пеньковую просаленную набивку. В некоторых случаях вместо дейдвудного сальника может устанавливаться специальное устройство уплотнения гребного вала.
Промежуточные валы и опорные подшипники
Промежуточные валы (рис. 61.б) соединяют между собой гребной (дейдвудный) вал и упорный вал. Число промежуточных валов зависит от протяженности линии вала судна и от диаметра линии вала. Каждый промежуточный вал опирается шейкой вала на один (иногда два) опорных подшипника. Соединение промежуточных валов между собой, а также с гребным и упорным валом, производится чаще всего с помощью фланцев. Опорные подшипники выполняются в виде подшипников скольжения. Подшипники устанавливаются на фундаменты, крепящиеся к корпусу судна. На больших и протяженных линиях вала, а также с целью уменьшения вибрации линии вала из-за технологической неточности установки подшипников и компенсации деформаций корпуса судна на волнении, в качестве опорных подшипников могут использоваться самоустанавливающиеся подшипники скольжения или подшипники качения. Каждый подшипник линии вала имеет, как правило, индивидуальную систему смазки. Промежуточный вал, примыкающий непосредственно к упорному валу, иногда называют проставочным.
Упорный вал и главный упорный подшипник
Упорный вал (рис. 61.а) и главный упорный подшипник обеспечивают восприятие осевой силы, возникающей на движителе судна, и передачу этой силы на корпус судна для его движения.
Упорный вал соединяется с одной стороны с промежуточным (проставочным) валом, а с другой стороны – с фланцем главной муфты. Гребень упорного вала при работе валопровода опирается на упорные подушки ГУП (главный упорный подшипник), передавая через них, корпус главного упорного подшипника и фундамент осевую силу на корпус судна. Для обеспечения движения судна передним и задним ходом, гребень упорного вала имеет две рабочие поверхности.
Смазка ГУП осуществляется индивидуально или от централизованной системы смазки.
Переборочные уплотнения
Назначением переборочных уплотнений линии вала является предотвращение проникновения воды из отсека в отсек в случае затопления одного из них. Переборочные уплотнения линии вала устанавливаются в местах прохода линии вала через водонепроницаемые переборки. Уплотнение шеек промежуточных валов, проходящих через переборки, осуществляется пеньковой набивкой, поджимаемой к корпусу уплотнения нажимной втулкой. Корпус уплотнения крепится фланцем к переборке. Для снижения трения и тепловыделений при уплотнении работающего вала, сальник смазывается консистентной смазкой.
Тормоз
Тормоз используется для удержания неработающей линии вала от проворачивания в неподвижном состоянии при парциальной работе многовальной энергетической установки. Обычно используются тормозные устройства бугельного типа (рис. 62.б), представляющие собой простые надежные и удобные в эксплуатации конструкции, работающие по принципу сухого трения. При работе линии вала бугели разжаты, при этом вал свободно вращается внутри тормозного устройства. При необходимости стопорения линии вала, бугели сжимаются с помощью стяжного винта, обеспечивание плотное прилегание тормозных лент к шейке промужеточного вала. Для обеспечения большего тормозного эффекта шейка вала в месте расположения тормоза может иметь увеличенный диаметр. Место расположения тормозного устройства выбирается исходя из удобства эксплуатации линии вала.
Кроме перечисленного основного оборудования, входящего в состав валопровода, работу линии вала обеспечивают другие вспомогательные системы и оборудование. К ним относятся:
- система охлаждения забортной водой, предназначенная для охлаждения подшипников промежуточных валов, а также смазки и охлаждения дейдвудных подшипников;
- система смазки валопровода, обеспечивающая смазку подшипников линии вала;
- приспособления для центровки и оживления линии вала, предназначенные для обеспечения проведения технологических операций центровки линии вала;
- валоповоротное устройство, предназначенное для проворачивания линии вала на стоянке судна. ВПУ входит в состав валопровода только в случае отстутствия его в составе главного двигателя;
- устройства стопорения линии вала, предназначенные для стопорения линии вала на максимально возможном ходу судна;
- контрольно-измерительные приборы, включающие: электрические тахометры, измеряющие частоту вращения линии вала; датчики машинного телеграфа, обеспечивающие контроль и задание режимов работы главного двигателя; приборы для замера просадки гребных валов; термометры и манометры.
Литература
Судовые энергетические установки. Комбинированные и ядерные установки. Болдырев О.Н. [2007]
