Конструкции валов и соединений

НАЗНАЧЕНИЕ, СОСТАВ И УСЛОВИЯ РАБОТЫ ВАЛОПРОВОДА

Судовой водопровод служит для передачи мощности от главного двигателя к гребному винту, восприятия упора, создаваемого гребным винтом, и передачи упора через ГУП корпусу судна. Валопровод представляет собой систему валов, подшипников, уплотнений, сальников и других элементов, соединенных в единую линию, называемую линией вала (рис. 1).

Рис. 1. Валопровод.

1 — гребкой винт; 2 — кронштейн гребного вала; 3 — гребной вал; 4 — дейдвуд-ное устройство; 5—соединительная муфта; 6 — промежуточный вал; 7—-торсиометр; 8—опорный подшипник; 9—монтажный подшипник; 10—проме­жуточный вал; 11 — тормоз; 12 — упорный подшипник; 13—переборочный сальник; 14—двигатель; /5—мортира.

Судовая энергетическая установка может иметь до трех, редко - более линий вала. Длина валопровода зависит от расположения главных двигателей и формы обводов кормы. .Для судов с расположением главных двигателей в средней части корпуса длина валопровода может превышать 100 м при числе валов до десяти.

Последний кормовой вал называется гребным валом. На гребном валу 3 устанавливается гребной винт 1. Кроме гребного в состав валопровода могут входить дейдвудный вал 4, один или несколько промежуточных валов 7, упорный вал 13 и проставочный вал 12.

Дейдвудный вал выходит из корпуса судна через дейдвудное устройство 5, в составе которого находится дейдвудный подшипник. Дейдвудный вал является и гребным валом, если на него устанавливают гребной винт; гребной винт стараются разместить вблизи от среза дейдвудной трубы. Если же кормовые обводы корпуса узкие, то гребной вал приходится удлинять. В этом случае гребной вал дополнительно к дейдвудным опорам имеет еще одну или несколько опор 2 в крон­штейнах, прикрепленных к кормовой части корпуса. Такая конструкция применяется главным образом для бортовых валопроводов.

Длина гребного вала при этом может превышать 20 м. Поковки для валов

такой длины могут изготовлять лишь на некоторых металлургических заводах.

Гребной и дейдвудный валы выполняют, как правило, отдельно, если их суммарная длина превышает 18 м, хотя имеются примеры изготовления цельных валов длиной 24 м. Надежность вала, составленного из гребного и дейдвудного, несколько ниже, чем цельного, поскольку в зойе соединения валов из-за наличия концентраторов напряжения снижается усталостная прочность. Себестоимость составного вала больше себестоимости цельного, так как стоимость двух поковок выше стои­мости одной цельной поковки, а трудоемкость обработки составного вала больше, чем цельного, на величину трудоемкости обработки соеди­нительных деталей и сборки вала.

Упорный вал является, как правило, крайним носовым валом и соединен фланцем с валом главного двигателя или редуктора.

Проставочный вал 12 используют как пригоночный для облегчения монтажа валопровода на судне. Он имеет меньшую прочность, чем другие валы, и выполняет роль предохранительного звена при перегрузках, предотвращая выход из строя других валов.

В качестве дейдвудных подшипников применяют подшипники скольжения с водяной или масляной смазкой, устанавливаемые в дейдвудной трубе. Дейдвудная труба крепится носовым концом к последней ахтерпиковой переборке, а другим - к кормовой оконечности корпуса, например в отверстии мортиры.

В случае использования неметаллических дейдвудных подшипников смазывающе-охлаждающей жидкостью служит забортная вода, при этом кольцевой кормовой зазор дейдвудного подшипника открыт для прохода воды. Чтобы предотвратить попадание в подшипник песка или других твердых частиц при плавании на мелководье, забортная вода фильтруется и подается в дейдвудный подшипник через отверстие вблизи от носового конца подшипника. Гребной вал защищают от коррозионного действия морской воды облицовкой.

Для изоляции от морской воды поверхности гребного вала между кормовым торцом облицовки и носовым торцом ступицы винта пре­дусматривается установка уплотнения. Носовой конец выхода вала из дейдвудного подшипника уплотняют при помощи сальника с мягкой пеньковой набивкой, пропитанной жировой антикоррозионной смазкой.

В устройствах с металлическими подшипниками применяется масляная смазка и используются специальные конструкции контактных уплотнений вала с уплотняющими манжетами или кольцами, изолирую­щими вал от забортной воды; гребной вал не имеет облицовки.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВАЛОВ

Конструкции валов и соединений

Наиболее распространенные варианты конструкции судовых валов — гребных, промежуточных и упорных — представлены на рис. 6.2 и 6.3.

Облицовка гребного вала, чаще всего бронзовая, может быть сплошной или состоять из двух либо трех частей. В промежутке между облицовками поверхность вала защищают покрытием из стеклопластика (на рисунках не показано). Части вала с облицовкой образуют подшипниковые шейки дейдвудных и выносных подшипников гребного вала.емкость ручной пригонки, достигающая 50% трудоемкости изготовления соединения.

В последние годы наряду с таким традиционным соединением гребного и дейдвудного валов применяется описанное выше втулочно-штифтовое соединение, которое в этом случае снабжается обтекателями и уплотнительными прокладками (рис. 6.7).

Валы малого диаметра (менее 300 мм) соединяют часто при помощи продольно-свертных муфт (рис. 6.8). Муфта 2 состоит из двух частей, стягиваемых болтами 4, и соединяет валы /, имеющие цилиндрические хвостовики. Нагрузка передается силами трения и с помощью шпонок 3. Соединение характеризуется высокой трудоемкостью изготовления и большой массой соединительных деталей.

Валы выгодно изготовлять полыми. Отверстие в меньшей степени снижает жесткость вала и его прочность, чем массу. Меньшая толщина стенки из-за наличия отверстия упрощает термообработку. Диаметр отверстия в полом вале составляет 0,4—0,8 диаметра вала.

Материалы и заготовки

Заготовками судовых валов чаще всего служат поковки. Лишь валы малого диаметра изготовляют из проката. Окончательную обработку центрального отверстия в заготовках валов выполняют на металлургическом заводе.

В соответствии с ГОСТ 8536—79 заготовки в зависимости от показателей механических свойств делят на три группы:

— из углеродистой стали с повышенными показателями механических свойств категорий прочности КМ20, КМ22, КМ25, КМ28, КМ32, КМ22А, КМ25А, КМ28А;

~ из легированной стали с повышенными показателями механи­ческих свойств категорий прочности КТ36, КТ40, КТ50, КТ60, КТ70, КТ80, КТ90, КТ100;

— из коррозионно-стойкой стали.

Числа после буквенных обозначений указывают предел текучести стали в кг/мм² (прежде использовавшихся единицах напряжения).

Заготовки из легированной стали подвергают закалке и высокому отпуску, а заготовки из углеродистой стали с содержанием уг­лерода до 0,35—0,40% — нормализации и высокому отпуску. Термообработку выполняют на металлургическом заводе после обдирки заготовки.

При ковке, закалке, правке заготовки в материале возникают остаточные напряжения, которые приводят к ее деформации при последующей обработке. Для снятия остаточных напряжений проводят отпуск при температуре не менее чем на 20° С ниже температуры основного отпуска.

Валы коммерческих судов, как правило, изготовляют из качествен­ных углеродистых сталей, например из стали марки 35, которая соответствует таким нормам: 0_Т= 250-^280 МПа; а_в=500^540 МПа; 6₅ =184-22%; 1//=32-М5%; КШ = 550 4-350 кДж/м².

Использование более дорогих легированных сталей позволяет уменьшить диаметр валов и снизить их массу, что имеет важное значение для судов с энергетической установкой большой мощности. Так, гребные валы диаметром около 800 мм для атомных ледоколов серии „Арктика" изготовлены из заготовок категории прочности КТ60 с нормами: сг_т=600 МПа; а_в =750 МПа; 6₅=15%, ф=42%, КШ = 600 кДж/м². Стали 38ХНЗМФА и 36Х2Н2МФА обеспечили с запасом выдвинутые нормы.

Дтя изготовления валов, работающих без гидрозащитного покрытия, используется коррозионно-стойкая сталь марок 20X13 (для валов, работающих в пресной воде), 14Х17Н2 и 09Х17Н7Ю.

Величины припусков на механическую обработку растут с увеличением размеров вала. Наличие фланца или гребня требует увеличения припуска. Для валов без фланца диаметром 500 мм и дайной 10 м припуск на диаметр после ковки около 40 мм. На заготовках валов для атомных ледоколов припуск на диаметр составляет около 100 мм при длине поковки около 16,5 ми диаметре около 900 мм.