Способы передачи мощности от двигателя к движителю

К важнейшим составным частям судовых энергетических установок относятся элементы передачи мощности. Под этим понимаются все элементы, участвующие в передаче крутящего момента от коленчатого вала или ротора в турбинах к гребному винту.

По способу передачи мощности от главного ДВС к гребному валу судовые силовые установки разделяются на три основных типа: установки с прямой, редукторной и электрической передачами.
Силовые установки с прямой передачей широко используются на судах с мощностью главных ДВС от 100 до 70 000 кВт. Эти передачи являются наиболее простыми и характеризуются очень малыми потерями мощности, составляющими примерно 2—5%.
В установках с прямой передачей коленчатый вал главного ДВС жестко соединен с гребным валом, поэтому последний имеет ту же частоту вращения, что и главный двигатель. В зависимости от длины линии валопровода между главным двигателем и гребным валом могут устанавливаться промежуточные валы.
Схемы передачи мощности ДВС на гребной вал:

На рисунке а дана принципиальная схема силовой установки с прямой передачей мощности от главного ДВС 9 с маховиком 8 на гребной вал 3. Коленчатый вал двигателя жестко соединен с гребным валом при помощи короткого упорного вала 6 и двух промежуточных валов 4, установленных в опорных подшипниках 5. Гребной вал вращается в дейдвудной трубе 2. Упорный вал 6 выполнен заодно с упорным гребнем, который передает осевое усилие гребного винта 1 упорному подшипнику 7.
Преимуществами прямой передачи являются высокий КПД передачи, простота ее устройства, надежность в работе.
Недостаток прямой передачи — при работе двигателя на долевых нагрузках его мощность используется неэффективно, что приводит к значительному увеличению удельного расхода топлива. Кроме того, жесткая связь между двигателем и гребным винтом ухудшает маневренные качества судна, а частые реверсы значительно снижают моторесурс двигателя.
Редукторные передачи используются в судовых силовых установках с быстроходными ДВС, применение которых дает определенные преимущества и в первую очередь уменьшение габаритных размеров и массы установок. В последние годы такие передачи нашли применение в сочетании со среднеоборотными ДВС, так называемые дизель-редукторные агрегаты.
Силовые установки с редукторной передачей чаще всего включают в свой состав два главных ДВС, от которых мощность передается на один гребной вал через редуктор. Между коленчатым валом главных ДВС и редуктором устанавливаются индукционные или гидравлические муфты, которые сглаживают колебания крутящего момента двигателя, обеспечивая плавность зацепления шестерен редуктора, быстрое отключение валопровода от коленчатого вала, отключение одного из ДВС при неисправностях и т. д. Широко применяются фрикционные муфты.
Редукторные передачи дают возможность применения в составе силовых установок обратимых электрических валомашин,позволяющих осуществлять отбор мощности от главных двигателей для питания судовых потребителей или, наоборот, использовать мощность судовой электростанции для увеличения скорости движения судна.
На рисунке б дана принципиальная схема силовой установки с редукторной передачей от главных двигателей 5 к гребному винту 1. Главные двигатели через муфты 4 приводят во вращение валы редуктора с шестернями 3 и 6, которые вращают зубчатое колесо, соединенное с валопроводом2 и гребным винтом 1. Усилие гребного вала воспринимается упорным подшипником, установленным в корпусе редуктора.
К недостаткам редукторных передач (в сравнении с прямыми) относятся сложность конструкции, меньшие моторесурс и КПД передачи. Несмотря на эти недостатки, возможность рационального использования мощности двигателей при различных режимах работы судна, а также применение быстроходных ДВС относительно небольших размеров и массы делают редукторную передачу наиболее перспективной для промысловых судов.
На рисунке в дана принципиальная схема силовой установки с электрической передачей мощности от главных двигателей к гребному винту1. Главные ДВС 5 приводят в действие генераторы 4, вырабатывающие электрический ток, который подводится к распределительному щиту 3. От него электроэнергия подается к потребителям, в том числе и к гребному электродвигателю 2, соединенному с гребным винтом 1.
Электрическая передача имеет ряд преимуществ перед прямой и редукторной. Ее применение позволяет: использовать нереверсивные быстроходные ДВС, размещая их независимо от гребных валов; эффективно использовать мощность силовой установки независимо от скорости вращения гребного винта; легко осуществлять реверс гребного электродвигателя (гребного винта) с помощью переключателей из машинного отделения и рулевой рубки; использовать главные генераторы для обеспечения электроэнергией вспомогательных механизмов.

Состав и работа судовоговалопровода.

Валопровод на судне служит для передачи энергии от главного двигателя к движителю. Валопровод включает валы, подшипники и гребной винт. Упор от винта на корпус судна также передается через валопровод.

В состав валопровода входят упорный вал, несколько промежуточных валов и гребной вал, которые вращаются соответственно на упорных, опорных и дейдвудных подшипниках. Дейдвудная труба с обеих сторон уплотняется сальниками. Все элементы валопровода показаны на рис. 11.1.

Упорные подшипники. Эти подшипники служат для передачи упора, возникающего при работе винта, на корпус судна, поэтому упорный подшипник должен иметь прочную конструкцию и быть установлен на достаточно жесткой опоре. Подшипник может выполняться отдельно или составлять единую конструкцию с главным двигателем. Подшипник должен быть рассчитан на передачу упора при переднем и заднем ходе, а также на различные нагрузки, включая аварийные.

Корпус автономного упорного подшипника (рис. 11.2) состоит из двух половин, соединяемых точными болтами. Упорная нагрузка воспринимается упорными подушками, благодаря которым можно изменять угол наклона. Эти подушки устанавливают в направляющих или на опорах и облицовывают белым металлом. В показанной на рис. 11.2 конструкции упорные подушки занимают три четверти окружности и передают весь упор на нижнюю часть корпуса подшипника. В других конструкциях упорные подушки расположены по всей окружности. Масло, увлекаемое упорным гребнем, при помощи скребка снимается с него и направляется к распорке, удерживающей подушки. Отсюда масло струей направляется к подушкам и подшипникам. Упорный вал имеет фланцы, при помощи которых он болтами крепится к фланцам валов двигателя или редуктора или к фланцу промежуточного вала.

В тех случаях, когда упорный подшипник является частью главного двигателя, корпус подшипника составляет продолжение фундаментной рамы, к которой он крепится болтами. Принудительная смазка этого подшипника осуществляется от системы смазки двигателя, а в остальном конструкция подшипника такая же, как и у независимого подшипника.

Рис. 11.1. Схема валопровода:

1 —дейдвудные подшипники, поддерживающие вал и винт; 2 — кормовая втулка; 3 — носовая втулка (устанавливается не всегда); 4 — дейдвудная труба; 5 — гребной вал; 6 — ахтерштевень; 7 — переборка ахтерпика; 8 — промежуточный вал; 9 — опорные подшипники (устанавливаются не всегда); 10 — упорный вал; 11 — двигатель внутреннего сгорания, непосредственно передающий мощность на гребной вал; 12 — двигатель внутреннего сгорания или турбина с передачей мощности на вал через редуктор; 13 — главный двигатель; 14 — автономный упорный подшипник, служащий для передачи упора винта на корпус судна; 15 — промежуточные опорные подшипники, поддерживающие вал снизу; 16 — кормовой опорный подшипник, поддерживающий вал сверху и снизу; 17 — дейдвудный сальник в машинном отделении; I — мощность двигателя; II — упор винта

Опорные подшипники. Не все опорные подшипники валопровода имеют одинаковую конструкцию. Крайний кормовой опорный подшипник имеет как нижний, так и верхний вкладыш, так как он должен воспринимать и массу винта и вертикальную составляющую упора при работе винта, направленную вверх. Другие опорные подшипники служат лишь для поддержания массы вала и поэтому имеют только нижние вкладыши.

Один из средних опорных подшипников вала показан на рис. 11.3. Обычный для подшипников вкладыш заменен здесь по душками на шарнирной опоре.

Рис. 11.2. Упорный подшипник:

1 — указатель уровня масла; 2 — масляный скребок; 3 — упорный гребень 4 — дефлектор; 5 — вал; 6 — стопор упорных подушек; 7 — упорная подушка; 8 — змеевик охлаждения; 9 — вкладыш опорного подшипника

Рис. 11.3. Опорный подшипник:1 — масляное кольцо; 2 — масляный скребок; 3 — дефлектор; 4 — шарнирные опорные подушки

Такие подушки лучше воспринимают перегрузки и способствуют сохранению масляного клина достаточной толщины. Смазка осуществляется из масляной ванны, расположенной в нижней части корпуса. При помощи кольца, опущенного в ванну, масло при вращении вала увлекается вверх и поступает на смазку. Охлаждается масло в холодильнике трубчатого типа, помещенном в ванне, через которую пропускается забортная вода.

Дейдвудные подшипники выполняют две основные функции: поддерживают гребной вал; выполняют роль сальника, который предотвращает попадание забортной воды вдоль вала в машинное отделение. В дейдвудном подшипнике в качестве облицовки ранее применялось бакаутное дерево (отличающееся особо высокой плотностью), а смазка осуществлялась забортной водой. В применяемых в последнее время подшипниках используются залитые белым металлом вкладыши, смазываемые маслом. Одна из таких конструкций подшипника показана на рис. 11.4.

Масло подается к втулке подшипника через наружные каналы, расположенные аксиально, и через радиальные боковые отверстия с двух сторон во внутренние аксиальные каналы. В торцовой части втулки масло выходит и направляется к насосу и маслоохладителю. В системе смазки имеются два напорных масляных бака, причем для поддержания системы в рабочем состоянии в случае выхода из строя масляного насоса достаточно использовать один масляный бак.

Рис. 11.4. Кормовой дейдвудный подшипник, смазываемый маслом:

I — подвод масла; II — отвод масла; III — слив масла через клапан слив

На каждом из баков устанавливается аварийная сигнализация, предупреждающая о снижении уровня масла ниже допустимого.

На наружном и внутреннем концах гребного вала установлены специальные уплотнения. Давление в системе смазки устанавливается несколько выше статического давления забортной воды, чтобы предотвратить попадание воды в дейдвудную трубу, если уплотнение будет повреждено.

Валы валопровода. В составе валопровода на участке между упорным и гребным валом, в зависимости от расположения на судне машинного отделения, может быть один или несколько промежуточных валов. Все валы цельнокованые стальные с выполненными заодно фланцами соединяются при помощи кованых стальных точных болтов. Каждый промежуточный вал имеет фланцы с обеих сторон и, если он опирается на подшипник, в этом месте его диаметр увеличен.

На гребном валу также имеется фланец для соединения его с промежуточным валом. Другой конец гребного вала имеет коническую форму, которая соответствует коническому отверстию в ступице гребного винта. На конце конического хвостовика вала расположена резьба для гайки, которой гребной винт крепится к валу.

.