Уважаемые покупатели!В связи с постоянным колебанием курса доллара просьба уточнять акутальные цены у менеджеров магазина. Надеемся на ваше понимание.
Регистрация
В механике , то пропеллер представляет собой устройство , сформированное из нескольких лопастей регулярно расположенного вокруг оси. Когда его ось вращается, эта система описывает пропеллеры в жидкости, движущейся перпендикулярно плоскости вращения, благодаря лопастям, ориентированным под определенным углом наклона, которые опираются на жидкость. Таким образом, пропеллер может быть приводным (передача энергии жидкости: самолет) или принимающим (извлечение энергии из жидкости: турбина, ветряная турбина или аэрогенератор). Профиль и шаг лопастей оптимизированы для предполагаемого использования.
Применение: тяговое устройство , компрессор , движитель , подъемник , измерительный прибор.
Описание
Длинный пропеллер, в середине Е века изучается и используется на судах. У него очень плохая производительность. Его нельзя использовать в самолетах. Обратимся к истории морского гребного винта, см. Для этого: « Винт (корабль) ».
Для всех применений — морского и авиационного — короткий гребной винт состоит как минимум из двух лопастей, соединенных центральной частью, называемой ступицей. Он ведет себя как крыло, аэродинамическая сила которого разбита на тягу и крутящий момент. Крутящий момент гребного винта находится в равновесии с крутящим моментом двигателя. Острие лопасти имеет большую линейную скорость, чем секции лопасти, больше в центре, необходимо распределять растягивающее усилие без деформации ступицы.
Завершающей операцией по монтажу валопровода является закрепление на конце гребного вала ступицы гребного винта. До недавнего времени конус гребного вала и отверстие в ступице гребного винта обрабатывали путем шабрения с проверкой качества с помощью калибра и согласованного с ним контркалибра. От качества обработки конусных поверхностей зависело качество и легкость установки гребного винта на валу.
Гребной винт, подготовленный к установке, подвозят на специальной тележке под корму судна, отжимными устройствами совмещают ось ступицы с осью гребного вала и, перемещая тележку, надевают винт на конус гребного вала. Затем укрепляют на резьбовом конце гребного вала (рис. 178, а) гидравлическое устройство и ручным масляным насосом создают давление масла 150000 кн/м2 (1500 кгс/см2). Масло под высоким давлением поступает в зазор между конусными поверхностями винта 3 и вала 4 через отверстие 8 и распределительные канавки 7. Между этими поверхностями образуется масляная пленка, по которой и скользит винт. При одновременной подаче масла в поверхность сопряжения и кольцевой домкрат 2, закрепленный на валу гайкой 1, винт перемещается по конусу вала в осевом направлении, что создает необходимый натяг и силу трения для удержания винта на валу даже при отсутствии шпонки. Чтобы при необходимости снять винт с конуса вала, достаточно подать масло при том же давлении на поверхность сопряжения, и винт сойдет с конуса без применения какого-либо съемного приспособления. В некоторых случаях применяют гидравлический съемник (рис. 178,6).
Рис. 178. Бесшпоночное крепление гребного винта (а) и конструкция гидравлического съемника (б).
а) 1 — гайка; 2 — кольцевой гидравлический домкрат; 3 — ступица гребного винта; 4 — конус гребного вала; 5 — уплотнение; 6 — прокладка; 7— масляная канавка; 8 — отверстие для подачи масла на вал; 9 — подача масла в домкрат; б) 1 — резиновое кольцо; 2 — прижимное кольцо; 3 — монтажная гайка; 4 —
корпус домкрата; 5 — тяга; 6 — плунжер.
Аналогично монтируют ВРШ, которые отличаются от обычных винтов более крупными размерами ступицы вследствие размещения внутри нее МИШ лопастей винта.
Заканчивается монтаж гребного винта установкой и закреплением обтекателя на резьбовом конце гребного вала, установкой кожуха и протекторов (цинковых дисков или брусков), предусмотренных чертежом.
По конструкции гребные винты фиксированного шага (ВФШ)
бывают двух типов: с цельнолитыми и со съёмными лопастями.
Во время эксплуатации судна ВФШ подвергается изнашиванию,
действию коррозии и эрозии (эрозия — результат механического разрушения
металла), а также механическим повреждениям (при ударе о грунт или о плавающие
предметы), в результате происходит деформация или поломка лопастей.
Дефектоскопию ВФШ начинают с общего поверхностного осмотра. При этом выявляют явные дефекты (видимые трещины, выкрашивание кромок лопастей,
навигационную эрозию, поломку и деформацию лопастей), затем измеряют
геометрические элементы (шаг винта, толщину поперечных сечений лопастей, наклон
лопастей, угол между лопастями) гребного винта и сравнивают их с чертёжными
данными и делают заключение о характере и объёме ремонта. Геометрические
элементы винта проверяют и после его ремонта.
При дефектоскопии винта со съёмными лопастями проверяют
состояние их крепления.
При ремонте лопастей гребного винта стремятся сохранить
форму и профиль лопастей, а также шаг винта. Деформированные лопасти стальных и
латунных гребных винтов чаще всего правят термомеханическим способом с
использованием приспособлений, включающих в себя гидравлический или винтовой
домкрат. Стальные лопасти при этом нагревают до 900-1000°С, бронзовые и
латунные — до 200-300°С. После правки рекомендуется термическая обработка
лопастей для снятия внутренних напряжений. Небольшую деформацию кромок лопастей
можно устранить без нагрева и без снятия винта — с помощью молота и поддержки,
прикладываемой с обратной стороны.
Трещины на лопасти заваривают, а небольшие отломанные части
приваривают, для чего изготавливают наделки. Небольшие дефекты (мелкие трещины,
кавитационное изнашивание, вмятины) устраняют наплавкой.
При ремонте латунных гребных винтов применяют газо- и
электросварку электродами со специальными покрытиями в среде защитных газов. В
качестве присадочного материала используют прутки (проволоку) того же состава,
что и основной материал. Перед сваркой латунных и бронзовых винтов их
предварительно нагревают до 150-300°С. После ремонта винта проводят его
статическую балансировку. Динамической балансировке подвергают только гребные
винты с частотой вращения свыше 500 мин*1.
После балансировки у ВФШ пригоняют коническую поверхность
ступицы винта по конусу вала на краску. Пригонку считают удовлетворительной в
том случае, если 75% конической поверхности покрывается пятнами краски с
плотностью не менее одного пятна на 1 см2.
Определение натяга ступицы ВФШ. Для достижения плотного
контакта между ступицей гребного винта и конусом вала создают натяг, который
образуется, когда диаметр ступицы винта меньше диаметра конуса вала.
Натягом гребного винта называют отрицательную разность между
диаметром отверстия ступицы гребного винта и наружным диаметром конуса вала.
Потеря натяга в процессе эксплуатации или установки винта с
недостаточным натягом ведёт к фреттинг-коррозии ступицы винта.
Величину натяга ступицы винта проверяют по её выступанию от
торца малого конуса вала. Натяг ступицы гребного винта в зависимости от её
длины (L) должен составлять (0,02-0,03) L.
Схема установки
гребного винта фиксированного шага на конус гребного винта.
Конические соединения гребных винтов с валами выполняют двух
типов: со шпонкой (тип А) и без шпонки (тип Б). Согласно Регистру конусность
гребного вала должна выполняться не более 1:12. Практически конусность в
соединении гребной винт-гребной вал колеблется от 1:15 до 1:12.
Величину осевого натяга гребного винта можно рассчитать по
методике, приведённой ГОСТ5. 9670-77:
Устройства, предназначенные для создания упорного давления, воспринимаемого судном и являющегося основой его движения, называются движителями. Существуют движители различных видов: лопастные колеса, крыльчатые движители, гребные винты и т.
Крыльчатый движитель представляет собой диск, снабженный тремя-четырьмя вертикальными поворотными лопастями и расположенный горизонтально под кормой судна на вертикальном валу. Диск приводится во вращение от электродвигателя через коническую зубчатую передачу. Использование крыльчатых движителей обеспечивает высокую маневренность судна при отсутствии рулевого устройства и позволяет осуществлять задний ход без реверса двигателя. Однако конструктивная сложность таких движителей и их габариты, возрастающие с увеличением мощности энергетической установки судна, не позволяют применять их для крупных
судов. В последнее время крыльчатыми движителями типа «Фойтшнейдер» снабжают самоходные грузовые краны, некоторые мелкие суда и подруливающие устройства более крупных судов.
Наибольшее распространение в качестве движителя для судов получил гребной винт. Основными частями гребного винта (рис. 81) являются: ступица 1 винта с конусным отверстием внутри и лопасти 2, число которых может быть от двух до шести. Гребные винты выполняют с цельнолитыми, со съемными и с поворотными лопастями.
Рис. Гребной винт с цельнолитыми лопастями.
Винты с цельнолитыми лопастями (рис. 81) применяют в основном на судах морского торгового флота. Такие винты отличаются небольшими весом и габаритом ступицы, а также более высокой прочностью в нормальных условиях эксплуатации.
Винты со съемными лопастями устанавливают на судах арктического флота, где по условиям эксплуатации замена поврежденной лопасти целой более удобна, чем замена всего винта. Кроме того, такие винты применяют в том случае, когда диаметр винта велик и отливка его затруднительна.
Винты с поворотными лопастями, иначе называемые винтами регулируемого шага (ВРШ), отличаются от обычных тем, что их лопасти закрепляются подвижно в ступице винта и могут поворачиваться вокруг своей оси на заданный угол при помощи особого привода. Этот привод, или механизм изменения шага (МИШ), обычно располагается внутри ступицы винта, поэтому ступица значительно больше, чем у обычных винтов. Механизм изменения шага бывает ручным, механическим, электромеханическим, гидравлическим и электрогидравлическим. В состав МИШ, за исключением ручного, входят: механизм поворота лопастей, размещаемый, как правило, в ступице винта; сервомотор, создающий усилия для поворота лопастей и располагаемый на участке между гребным валом и главным двигателем; обратная связь или устройство, показывающее величину нового шага винта.
Механизм поворота лопастей (рис. 82) бывает двух видов: зубчатый и кривошипный, причем последний более надежен и применяется во всех напряженных конструкциях винтов (больших мощностей и диаметров, высокооборотных ВРШ малых диаметров и др.
Рис. Механизм поворота лопастей: а — зубчатый; б — кривошипный.
Наиболее распространенным в настоящее время является гидравлический МИШ (рис. 83), обычно располагаемый в линии валопровода. Для поворота лопастей винта здесь используется энергия жидкости (чаще всего масла с малой вязкостью) под давлением. Гидравлический привод МИШ отличается относительной простотой устройства и возможностью создавать значительные рабочие усилия при сравнительно небольших габаритах и весе установки.
Рис. Конструкция МИШ с гидравлическим приводом.
В ступице 4 винта находится поводок 1 штанги 5, помещенной внутри пустотелого гребного вала 6. Поводком 1, в пазу которого расположен палец 2 на комле лопасти, производится поворот последней вокруг своей оси. Для облегчения поворота комель лопасти посажен в гнездо ступицы на двухрядных конических роликоподшипниках 3. На другом конце штанги 5 располагается поршень сервомотора 7, соединенный обратной связью 8 с подвижной муфтой 12 и поршнем распределительного золотника 11. Масло в распределительный золотник 11 и сервомотор 7 подается через трубки 10 от масляного насоса. Управление изменением шага лопастей винта осуществляется рычагом 9, нижний конец которого скользит в пазу подвижной муфты. Гидравлический МИШ позволяет производить управление шагом винта с ходового мостика при помощи дистанционной пневматической системы.
Применение винтов регулируемого шага позволило значительно упростить управление судном, уменьшить габариты и вес главных двигателей за счет устранения ступеней и устройства заднего хода, давать судну обратный ход без перемены направления вращения гребного вала. Кроме того, применение ВРШ на таких судах, как буксиры, танкеры и лесовозы, позволяет привести шаг винта в соответствие с любой скоростью. Это повышает экономичность работы энергетической установки и дает возможность более полно использовать мощность главных двигателей на различных режимах работы.
Гребной винт — наиболее распространённый современный движитель судов, а также конструктивная основа движителей других типов.
Любой современный гребной винт — лопастной, и состоит из ступицы и лопастей, установленных на ступице радиально, на одинаковом расстоянии друг от друга и повёрнутых на одинаковый угол относительно плоскости вращения, и представляющих собой крылья 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 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.
Диаметр винта — диаметр окружности, описываемой концами лопастей при вращении винта — современных винтов колеблется от десятков сантиметров до 5 метров (такие крупные винты характерны для крупных океанских судов).
Интерцептор — загнутая исходящая кромка — на гребных винтах способствует увеличению способности винта к захвату воды (особенно это важно на лодках с высоко установленным мотором и большими углами ходового дифферента). Интерцептор также обеспечивает дополнительный подъём носа катера в случае установки на линиях угла наклона лопасти. Применение интерцептора на исходящей и внешней кромках лопасти увеличивает шаг. Применение стандартного интерцептора обычно выражается в снижении оборотов на 200—400 об. /мин. (это означает, что в случае замены обычного винта на винт с интерцептором потребуется снижение шага на 1-2 дюйма).
Скорость вращения гребного винта выгодно выбирать в пределах 200—300 об/мин или ниже — на крупных судах. Кроме того, при низкой скорости вращения существенно ниже механический износ нагруженных деталей двигателя, что весьма существенно при их больших габаритах и высокой стоимости.
Гребной винт лучше всего работает, когда его ось вращения расположена горизонтально. У винта, установленного с наклоном, и в связи с этим — обтекаемого «косым» потоком, коэффициент полезного действия всегда будет ниже, — это падение КПД сказывается при угле наклона гребного вала к горизонту большем чем 10°.
Ось гребного винта на глиссерах расположена сравнительно близко к поверхности воды, поэтому нередки случаи засасывания воздуха к лопастям винта (поверхностная аэрация) или оголения всего винта при ходе на волне. В этих случаях упор винта резко падает, а частота вращения двигателя может превысить допустимый максимум. Для уменьшения влияния аэрации шаг винта делается переменным по радиусу — начиная от сечения лопасти на r = (0,63—0,7) R по направлению к ступице шаг уменьшается на 15~20 %.
Для передачи большой мощности часто применяют двух- и трехвальные установки, а некоторые большие корабли (например авианосцы, супертанкеры, атомные ледоколы) оснащаются четырьмя симметрично расположенными гребными винтами.
Гребные винты морских ледоколов арктического класса всегда имеют повышенную прочность, так как их вторая функция — дробление льда при движении ледокола задним ходом.
Гребные винты различаются по:
Шагу — расстоянию, которое проходит винт за один оборот без учёта скольжения;
Диаметру — окружности, описываемой наиболее удалёнными от центра концами лопастей;
Дисковому отношению — отношению суммарной площади лопастей к площади круга с радиусом равным радиусу винта;количеству лопастей — от 2 до 7 (изредка больше, но наиболее часто 3—4 лопасти);
Конструкционному материалу — углеродистая или легированная (напр. нержавеющая) сталь, алюминиевые сплавы, пластики, бронзы, титановые сплавы;
Конструкции ступицы (резиновый демпфер, сменная втулка, сменные лопасти;
Прохождению выхлопа — выхлоп через ступицу или под антикавитационной плитой;
Количеству шлицов втулки.
Преимущества и недостатки
Работает как движитель только при непрерывной или возрастающей скорости вращения, в остальных случаях — как активный тормоз. КПД винта ~30-50 % (теоретически максимально достижимый — 75 %). «Идеальный» винт невозможно сделать из-за постоянного изменения условий его работы — условий рабочей среды.
Гребной винт все же проигрывает веслу (КПД ~60-65 %) по КПД.
В сравнении с гребным колесом у гребного винта выше КПД и гребной винт очень компактен и легок. Но поврежденное гребное колесо может быть легко отремонтировано, гребные винты же чаще всего неремонтопригодны, и повреждённый гребной винт заменяют новым. Также, гребной винт наиболее уязвимый в сравнению с другими судовыми движителями и наиболее опасный для морской фауны и упавших за борт людей. Вместе с тем, гребные колеса обеспечивают бо́льшую тягу с места (что удобно для буксиров, а также позволяло им иметь меньшую осадку). Однако при волнении они очень быстро оголяются (колесо одного борта вхолостую вертится в воздухе, тогда как колесо противоположного полностью погружается под воду, до предела нагружая ведущую тяговую машину), что делает их практически непригодными для мореходных кораблей (вплоть до конца третьей четверти XIX веке их использовали по большому счёту лишь ввиду отсутствия альтернативы, а также вспомогательной роли парового двигателя на парусно-паровых кораблях тех лет).
Особенно преимущества винтового движителя перед колесным несомненны для военных кораблей — снималась проблема расположения артиллерии: батарея вновь могла занимать все пространство борта. Также исчезала и очень уязвимая цель для неприятельского огня, — гребной винт находится под водой.
Определение шага винта.
Шаг гребного винта — это расстояние, на которое переместился бы гребной винт за один оборот в твердой среде (аналогично винту, ввертываемому в отверстие с резьбой); одна из важнейших характеристик гребного винта. При равных диаметрах винтов зависит от угла поворота его лопастей относительно плоскости вращения. Выбор значения шага гребного винта определяется типом корабля (судна), для которого предназначен данный гребной винт. Например, для тральщиков, буксиров и некоторых других кораблей и судов, условия движения которых имеют широкий диапазон, для повышения эффективности работы двигателей и гребных винтов применяются винты регулируемого шага.
Основной эксплуатационной характеристикой судна, определяющей возможности работы судна в ледовых условиях, является его ледовый класс. В прошлом каждое классификационное общество имело свою уникальную систему классификации судов ледового плавания, и, как следствие – свои нормативные требования к таким судам, однако в начале 2000-х годов Международной ассоциацией классификационных обществ (МАКО) была проведена работа по унификации этих требований, результатом которой стало введение двух систем классификации судов ледового плавания: системы балтийских ледовых классов (для плавания в Балтийском море и схожих по ледовым условиям морях) и системы полярных классов (для плавания в полярных водах), при этом требования каждого классификационного общества-члена МАКО остались в силе. Со вступлением в силу в 2017 году Международного кодекса для судов, эксплуатирующихся в полярных водах (Полярного кодекса) особенно актуальным стал вопрос присвоения судну полярного класса. Несмотря на то, что МАКО была определена приблизительная эквивалентность ледовых классов различных систем классификации (см. рис. 1), на практике для получения полярного класса необходимо подтверждение соответствия судна требованиям IACS UR I – requirements concerning Polar Class. Эти требования разделяются на корпус и механические установки. Рассмотрим пример выполнения анализа соответствия механических установок судна полярному классу.
Рисунок 1 – Приблизительное соответствие ледовых классов различных классификационных обществ
Постановка задачи
Морское судно (название скрыто из условий конфиденциальности) имело с постройки ледовый класс ICE-10 по классификации DNV. Для работы в полярных водах судовладельцу потребовалось подтвердить соответствие судна ледовому классу PC4. Соответствующий инженерный анализ в части главных механизмов (machinery), должен включать в себя:
- расчет прочности лопасти гребного винта, включая усталостную прочность;
- ряд расчетов и формальных проверок соответствия элементов энергетической установки применимым требованиям.
Поскольку рассматриваемое судно имеет класс DNV, при выполнении расчетов использовались Правила DNVGL-RU-SHIP-Part 6 Chapter 6 Section 6 (далее – Правила DNV). Для расчета прочности лопасти гребного винта Правилами DNV предусмотрены несколько типовых сценариев взаимодействия льда с лопастью, для рассматриваемого судна были выделены следующие расчетные случаи (см. табл
Таблица 1 – Расчетные случаи
№ОписаниеНагрузка F, кНСхема
1Равномерное давление на засасывающую часть лопасти на участке от 0,6 R до конца и от входящей кромки лопасти до величины, равной 0,2 длины хордыFb
2Равномерное давление на периферийную часть лопасти выше 0,9R со стороны засасывающей поверхности0,5 Fb
3Равномерное давление на нагнетающую поверхность лопасти на участке от 0,6 R до конца лопасти и от передней кромки лопасти до величины, равной 0,2 длины хордыFf
4Равномерное давление на периферийную часть лопасти выше 0,9 R со стороны нагнетающей поверхности0,5 Ff
5Равномерное давление на нагнетающую поверхность лопасти на участке от 0,6 R до конца и от задней кромки лопасти до величины, равной 0,2 длины хордыFb
Численные значения нагрузок Fb и Ff определялись по формулам Правил DNV:
3D-модель лопасти (рис. 2) была построена по данным теоретического чертежа лопасти.
Рисунок 2 – Фрагмент теоретического чертежа лопасти (слева) и КЭ модель (справа)
Неотъемлемым этапом расчета МКЭ для геометрически сложных объектов является оценка качества сетки, которая выполнялась с помощью анализа сеточной сходимости и контроля правильности формы элементов. Качество элементов сетки представлено на рис
Рисунок 3 – Качество элементов сетки
Расчет статической прочности лопасти винта
При выполнении анализа были рассмотрены 5 расчетных сценариев, приведенных в табл. 1; на рис. 4 показаны граничные условия и результаты расчета по сценарию 5. В качестве граничных условий использовалась жесткая заделка нижней поверхности модели. Нагрузка прикладывалась с помощью нормальной к поверхности силы, равномерно распределенной по поверхности.
Рисунок 4 – Граничные условия (слева) и результаты расчета (Эквивалентные напряжения по Мизесу, МПа) (справа)
Расчет выполнялся в упругой постановке в соответствии с требованиями Правил DNV, оценивались эквивалентные напряжения по Мизесу, возникающие в лопасти при действии расчетных нагрузок. Допускаемые напряжения рассчитаны в соответствии с п. 1 Правил DNV по следующим формулам (выбирается меньшее значение):
В табл. 2 приведены результаты расчетов статической прочности лопасти для всех расчетных случаев.
Таблица 2 – Сводная таблица результатов расчета
№Максимальные эквивалентные напряжения по Мизесу, МПаσдоп,МПа
1316353
224353
342353
4115353
5328353
Расчет усталостной прочности лопасти винта
Для расчета усталостной прочности вычисляется размах и максимальная амплитуда напряжений, которая составила
По полученным значениям напряжений строится распределение Вейбулла и гистограмма нагружения согласно п. 2 приложения А правил DNVGL-CG-0041. Общее количество циклов для рассматриваемого винта и класса PC4 равно 4,11×107. S-N кривая построена в соответствии с п. 2 Правил DNV. На рис. 5 представлено распределение напряжений и S-N кривая.
Рисунок 5 – Распределение напряжений и S-N кривая
Расчет усталостной прочности произведен согласно правилу Майнера и в соответствии с требованием п. 1 Правил DNV. Общая поврежденность за срок эксплуатации рассчитана по формуле
откуда следует, что усталостная прочность обеспечена.
Анализ энергетической установки
В рамках анализа соответствия элементов энергетической установки судна требованиям Правил DNV для полярного класса РС4 в работе были выполнены:
- расчет болтов крепления лопасти винта, направляющих штифтов, ступицы вала;
- расчет соединения винта и вала;
- расчет диаметра вала;
- оценка соответствия подшипников и уплотнительных элементов;
- оценка параметров рулевой системы;
- расчет минимальной мощности главных двигателей;
- анализ обеспечения защиты от замерзания и обледенения вспомогательных систем, включая кингстонные ящики и отверстия для забора воды,
подтвердившие возможность присвоения судну полярного класса РС4.
Результаты
Произведен анализ напряженно-деформированного состояния лопасти винта для пяти расчетных случаев согласно правил DNV. Максимальные эквивалентные напряжения составили 328 МПа, что ниже допускаемых напряжений 353 МПа. Прочность обеспечена.
Произведена оценка усталостной прочности лопасти винта по правилу Майнера. Усталостная прочность обеспечена.
Анализ элементов энергетической установки судна подтвердил соответствие требованиям Правил DNV для полярного класса PC4.
Работа была рассмотрена DNV с положительным заключением.
РАЗРАБОТАН ордена Трудового Красного Знамени Центральным научно-исследовательским институтом технологии судостроения (ЦНИИТС)
Директор института И. Савченко
Начальник отделения А. Марков
Руководитель темы В. Сергеев
Ответственный исполнитель А. Горденков
ВНЕСЕН Центральным научно-исследовательским институтом стандартизации
Директор института Б. Подсевалов
ПОДГОТОВЛЕН К УТВЕРЖДЕНИЮ отделом стандартизации Министерства
Начальник отдела Е. Похвалов
УТВЕРЖДЕН Главным техническим управлением Министерства
Начальник ГТУ Г. Пуляевский
ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Директивным указанием Министерства от 24 августа 1977 г. № 15/1016-9670
СОГЛАСОВАН с ММФ, МРХ, МРФ, ЦК отраслевого профсоюза
ОДОБРЕН Регистром СССР0
СОЕДИНЕНИЯ КОНИЧЕСКИЕ
СУДОВЫХ ВАЛОПРОВОДОВ. СБОРКА И РАЗБОРКА
Типовые технологические
процессы
Утвержден Министерством
24 августа 1977 г.
Срок введения установлен
с 1 января 1979 г.
замен 0СТ5. 4036—71,
0Н9-96-63, 0Н9-356-62 и
0Н9-213—60 в части требова-
ний к сборке и разборке
соединений
Настоящий стандарт распространяется на судовые и корабельные валопроводы и устанавливает типовые технологические процессы сборки и разборки конических соединений гребных винтов, полумуфт и втулочных муфт с валами.
Стандарт не распространяется на пластмассовые и чугунные гребные винты.
- Конические соединения гребных винтов, полумуфт и втулочных муфт с валами должны выполняться в соответствии с ГОСТ 8838—74, ОСТ5.4097—74 и требованиями настоящего стандарта.
В сборочных чертежах на соединения гребных винтов, полумуфт и втулочных муфт с валами и в паспорте (формуляре) валопровода должны быть указаны расчетные параметры насадки (усилие установки деталей в начальное положение Qo; осевое перемещение х; давление масла, подаваемого на сопрягаемые конические поверхности р; усилие окончательной напрессовки Q) и допускаемые отклонения, а также максимально допустимые величины усилия напрессовки Qmax и давления масла ртах. - Конические соединения гребных винтов, полумуфт и втулочных муфт с валами должны выполняться в соответствии с ГОСТ 8838—74, ОСТ5.4097—74 и требованиями настоящего стандарта.
- В сборочных чертежах на соединения гребных винтов, полумуфт и втулочных муфт с валами и в паспорте (формуляре) валопровода должны быть указаны расчетные параметры насадки (усилие установки деталей в начальное положение Qo; осевое перемещение х; давление масла, подаваемого на сопрягаемые конические поверхности р; усилие окончательной напрессовки Q) и допускаемые отклонения, а также максимально допустимые величины усилия напрессовки Qmax и давления масла ртах.
Издание официальное ГР8054760 от 26. 77 Перепечатка воспрещена
ГОС. ПУБЛИЧНАЯ
БИБЛИОТЕКА
Ленинград/) ТО
ОЭ 1978 актЬт?
Для судов иностранной постройки параметры насадки должны быть указаны в чертежах, разрабатываемых для ремонта судна.
- Детали и комплектующие изделия, поставляемые на сборку-соединений, должны соответствовать требованиям рабочих чертежей, паспортов, сертификатов и стандартов.
- Изготовление деталей соединений валопроводов, правила приемки и методы контроля, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение должны соответствовать требованиям ОСТ5.9648—76 и ОСТ5.4097—74.
- Перед сборкой детали соединений должны быть’ расконсервированы в соответствии с указаниями ОСТ5.9583—75, а посадочные поверхности зачищены от следов царапин, задиров и других дефектов.
- Напрессовка гребных винтов, полумуфт и втулочных муфт на валы должна производиться осевым усилием, обеспечивающим осевое перемещение охватывающей детали по конусу вала (промежуточной гильзы) на расчетную величину s, с одновременной подачей масла под давлением на сопрягаемые конические поверхности.
- Для шпоночных соединений с диаметром вала до 200 мм и для соединений, не имеющих системы подвода масла на сопрягаемые конические поверхности, допускается производить напрес- совку гребных винтов и полумуфт осевым усилием, обеспечивая при этом необходимые параметры насадки, регламентируемые настоящим стандартом, и не превышая максимально допустимого усилия напрессовки Qmax.
Допускается производить установку бесшпоночных полумуфт на валы диаметром до 200 мм тепловым способом.
- Расчет необходимой температуры нагрева полумуфты и величины осевого перемещения при этом следует производить в соответствии с указаниями, приведенными в обязательном приложении 1.Отсчет величины осевого перемещения при сборке соединений (кроме собираемых тепловым способом) должен производиться во всех случаях после установки охватывающей детали в начальное положение осевым усилием Qo-
- При сборке соединения, перед началом напрессовки латунного или бронзового гребного винта, следует учитывать влияние температуры окружающего воздуха на величину натяга и производить пересчет величины осевого перемещения по формуле
где st— величина осевого перемещения при температуре окружающего воздуха, м (мм);
s—расчетная величина осевого перемещения, определяемая исходя из условия эксплуатации соединения при максимально возможной температуре +:35°С, м (мм);
Kt — коэффициент влияния температуры окружающего воздуха;
Dcp — средний диаметр конуса вала, м (мм)
£>ср = Г>-^;
D — диаметр шейки вала (большой диаметр конуса вала), м (мм);
L—длина сопрягаемых поверхностей, м (мм);
К — конусность соединения.
Значения коэффициента Ktдля соединений с конусностью 1 : 10—1 : 15 приведены в таблице.
Температура окружающего воздуха, °С
Материал гребного винта
Латунь
Бронза
+35
0,00
0,00
+30
0,51
0,45
+25
1,02
0,90
+20
1,53
1,35
+15
2,04
1,80
+10
2,55
2,25
+ 5
3,06
2,70
0
3,57
3,15
— 5
4,08
3,60
—10
4,59
4,05
—15
5,10
4,50
-20
5,61
4,95
-25
6,12
5,40
- При сборке соединений допускаются следующие отклонения величин параметров насадки: осевого перемещения s от минус 2 до плюс 8%; осевого усилия при установке охватывающей детали в начальное положение Qo от минус 5 до плюс 10%; температуры нагрева полумуфты t„ от минус 5 до плюс 20° С.
- При установке на хвостовик вала гидравлического домкрата (гайки-домкрата) или концевой гайки (гайки-обтекателя) витки резьбы указанных деталей следует промыть уайт-спиритом, тщательно протереть досуха и смазать консистентной смазкой.
В качестве смазки рекомендуется применять графитовую по ГОСТ 3333—55 или смазку, изготовленную по следующей рецептуре, мае
жир животный 80,0
порошок алюминиевый. 12,0
Допускается в качестве консистентной смазки использовать другие смазки, обладающие свойствами, предохраняющими резьбу от заедания.
- Концевая гайка в соединениях гребных винтов и полумуфт с валами должна быть плотно поджата к торцу охватывающей детали и надежно застопорена.
- Для бесшпоночного соединения полумуфты с валом, с целью контроля их взаимного положения при последующих сборках, должны быть нанесены метки на торцах фланца и полумуфты и вала в виде рисок или 2—3 кернов, расположенных на одном радиусе.
Метки следует наносить на собранных деталях непосредственно после чистовой обработки наружных и торцовых поверхностей полумуфты.
В процессе сборки соединения допускается отклонение меток на величину, не превышающую 5°.
При разборке шпоночных соединений и соединений втулочных муфт с валами дополнительно должно быть приложено осевое усилие, но не свыше максимально допустимого значения.
Г I d^p VI
где <зт-ст—предел текучести материала охватывающей детали, МПа (кгс/мм2);
<5Т. в —предел текучести материала вала, МПа (кгс/мм2);
£)и —наружный диаметр охватывающей детали в среднем сечении, м (мм);
d — диаметр расточки вала в районе соединения деталей, м (мм).
При сплошных валах величина давления масла не должна превышать значения ртлх, определяемого по формуле (2).
Для гребных винтов со съемными лопастями значение DH принимается равным диаметру вписанной окружности в среднем сечении ступицы.
- При гидропрессовом способе сборки и разборки соединений следует применять для подачи на сопрягаемые конические поверхности масла с вязкостью ■vso=(lO—200) 10~6 м2/с (10— 200 сСт), при этом при низких температурах окружающего воздуха должны применяться масла менее вязкие, а при высоких температурах — более вязкие. Марки масел приведены в рекомендуемом приложении 7.
- Масло, применяемое для подачи на сопрягаемые конические поверхности, должно быть без механических примесей и иметь сертификат.
Проверка на отсутствие механических примесей — по ГОСТ 6370—59.
Рекомендуется введение в масло 3% антикоррозионной присадки (см. справочное приложение 8).
- ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Сборка соединения гребного винта (полумуфты) с валом гидропрессовым способом
Установить на вал штатные детали носового уплотнения конуса вала, а при металлических дейдвудных подшипниках также детали их уплотнения.
Промыть посадочные поверхности ступицы гребного винта (полумуфты) и вала уайт-спиритом, тщательно протереть досуха и смазать маслом, применяемым при сборке соединения.
Установить на конус вала гребной винт (полумуфту) до плотного прилегания сопрягаемых конических поверхностей. - Сборка соединения гребного винта (полумуфты) с валом гидропрессовым способом
Установить на вал штатные детали носового уплотнения конуса вала, а при металлических дейдвудных подшипниках также детали их уплотнения.
Промыть посадочные поверхности ступицы гребного винта (полумуфты) и вала уайт-спиритом, тщательно протереть досуха и смазать маслом, применяемым при сборке соединения.
Установить на конус вала гребной винт (полумуфту) до плотного прилегания сопрягаемых конических поверхностей. - Установить на вал штатные детали носового уплотнения конуса вала, а при металлических дейдвудных подшипниках также детали их уплотнения.
- Промыть посадочные поверхности ступицы гребного винта (полумуфты) и вала уайт-спиритом, тщательно протереть досуха и смазать маслом, применяемым при сборке соединения.
- Установить на конус вала гребной винт (полумуфту) до плотного прилегания сопрягаемых конических поверхностей.
При установке бесшпоночной полумуфты должны быть совмещены метки на торцах фланца и вала в соответствии с п.
Схема насадки гребного винта гидропрессовым способом
1 — домкрат гидравлический; 2 — винт гребной; 3 — индикатор; 4 — вал; 5 — облицовка; 6 — штуцер Черт
В случае-применения гидравлического домкрата его следует плотно поджать к торцу охватывающей детали и соединить с насосом.
- Ввернуть в маслоподводящее отверстие охватывающей детали штуцер и с помощью маслопровода соединить его с насосом.
- Установить на вал индикатор для замера осевого перемещения охватывающей детали по конусу вала.
Допускается замер осевого перемещения в процессе сборки соединения производить с помощью шаблона.
Схема насадки полумуфты гидропрессовым способом
1 — индикатор; 2 — полумуфта; 3 — втулка резьбовая; 4 — домкрат гидравлический; 5 — фланец;
6 — штуцер; 7 — вал Черт
- Прокачать масло между сопрягаемыми поверхностями до появления его у торцов ступицы охватывающей детали.
- Установить охватывающую деталь на конус вала в начальное положение осевым усилием Qo, создаваемым домкратом.
- Установить стрелку индикатора на «О».
- Окончательно напрессовать охватывающую деталь на конус вала до расчетной величины осевого перемещения s, постепенно подавая масло на сопрягаемые конические поверхности до давления р и одновременно создавая домкратом осевое усилие Q (черт. 1, 2, 3).
Напрессовку деталей валопроводов, изготовленных из спец- сплава, следует производить ступенями (5—8 ступеней). На каждой ступени постепенно должно подниматься давление масла на сопрягаемых конических поверхностях, а затем прикладываться соответствующее ему осевое усилие.
История
Первый тип пропеллера — архимедов винт, появившийся около 200 г. до н. Годы нашей эры как насосный и ирригационный инструмент. Этот же винт должен был служить двигателем для плавсредств, предназначенных для перемещения в открытой воде с такой же легкостью, как и по песку или грязи.
Первоначальной моделью пропеллерной силовой установки кажется ветряная мельница. Пропеллер, в принципе, является продолжением лопасти и паруса и передает движущую силу паруса: при повороте гребной винт мобилизует приводимую в движение жидкость, несущую силу, и передает ее транспортному средству, которое он оснащает. Эта подъемная сила является составляющей реакции жидкости, которая действует перпендикулярно касательной плоскости лопастей гребного винта.
Макет проекта Леонардо (Музей авиации Сантьяго-де-Чили).
В 1486 году Леонардо да Винчи в своих рисунках придумал использовать пропеллер, построенный по модели винта Архимеда, для приведения в движение самолета. Эту идею часто называют изобретением вертолета , хотя у Леонардо да Винчи нет двигателя для достижения желаемого эффекта.
Мы находим грубое объяснение эффекта весел в задачах механики с Псевдо-Аристотеля , работа , которая действительно распространилась в эпоху Возрождения, с комментариями о Бальди (1621). Механический анализ в движении к парусам подходить на полях Статики из P. Pardies (1672).
Проблема поднята Даниэлем Бернулли в его « Гидродинамике» (1738 г. ): он отмечает, что скорость крыльев мельниц немалая по сравнению со скоростью ветра и что для объяснения этого эффекта необходимо учитывать относительный ветер и скорость лопастей. Эйлер написал на эту же тему статью, озаглавленную De constructione molarum alatarum (1752 г. Наконец, Кулон резюмирует свою работу в своем эссе «Теоретические и экспериментальные наблюдения за влиянием ветряных мельниц и на форму их крыльев» (1783 г.
Но в конечном итоге именно развитие моторизации с появлением паровой машины окончательно потребовало гребного винта в навигации. И тем не менее, это не происходит быстро: до спуска на воду « Грейт-Истерн» (1858 г. ) пароходы чаще были кораблями с веслом, чем кораблями с гребным винтом; Жуффруа д’Аббанс и Роберт Фултон, например, выбирают лопаточный движитель. И если Джон Фитч тестировал эту систему еще в 1804 году, продвижение винтовых систем в Соединенных Штатах в 1850-х годах было в основном работой шведского инженера Джона Эрикссона.
Чарльз Даллери был первым, кто придумал применить гребной винт для паровой навигации, и в 1803 году для этой цели подал патент на изобретение. Он намеревался построить лодку по этому принципу, но его изобретение не получило необходимой финансовой поддержки. В то же время, американский Роберт Фултон строит лопастное колесо лодки по Сене. Разбитый, Чарльз Даллери в отчаянии разрушил свою лодку собственными руками, так и не сумев довести ее до конца.
Первый патент на рабочий гребной винт был выдан австрийским инженером Джозефом Ресселем в 1827 году. После аварии с архимедовым гребным винтом британский инженер Фрэнсис Петтит Смит испытал гребной винт — гребное устройство на пароходе в 1836 году. Первый действительно действующий пропеллерный пароход SS Archimedes (1839 г. ), разработанный в сотрудничестве с Джоном Эриксоном, можно считать его шедевром: он знаменует начало длинной серии успехов, с Великобританией (1843 г. ) и Great Eastern от Isambard Kingdom Brunel (1858 г. В 1850 году Франция вместе с Дюпюи де Лом решили оснастить линейное судно « Наполеон» гребным винтом.
Пропеллер СС Архимед (1839 г
Часто упоминается еще один соавтор морского гребного винта , это француз Фредерик Соваж , родом из Булонь-сюр-Мер, где находится его статуя. Плодовитый изобретатель, но с трудным характером, который безумно скончался в приюте Пикпюса , у него было довольно бурное сотрудничество с кораблестроителем из Гавра Огюстеном Норманом и его главным инженером, англичанином Барнсом, который спустил в 1842 году почтовый лайнер, предназначенный для связи с Корсикой. , « Наполеон» ( гражданский корабль, не путать с его военным тезкой), который для того времени был настоящим морским псом с рекордной скоростью более 13 узлов.
Барнс и Норманд значительно улучшили оригинальный винт Sauvage и испытали более дюжины конфигураций количества и формы лопастей под заинтересованным взором принца де Жуанвиля , сына Луи Филиппа , военно-морского офицера, увлеченного военно-морскими инновациями.
1871 г. — Модель с резиновым двигателем. 1884 г. — пропеллер электрического дирижабля «Ла Франс» Шарля Ренара.
Приложения
- Пропеллер, приводимый в движение двигателем, используется для перемещения машины в жидкости и, наоборот, для перемещения жидкости в контейнере (машина остается неподвижной). Происходит передача энергии от двигателя к жидкости.
- Связанный с датчиком , он используется для измерения скорости движения жидкости или движения объекта в жидкости. Теоретически передачи энергии нет.
Типы пропеллера
Пропеллеры используются по-разному.
Морской винт
Морской гребной винт известен своими принципами финикийцам и древним грекам, описан Архимедом и используется для орошения, но о нем быстро забывают. Он был заново открыт в его применении к пропульсивной установке судна в течение XVIII — го века, но игнорировал в течение десятилетий всех Адмиралтейств до его конца успеха пробуждать в них внезапное желание «отцовство» для цели , как много коммерческих, националистический пропагандиста.
Установленная на «Черепахе» («La Tortue»), первой подводной лодке, построенной изобретателем Дэвидом Бушнеллом в 1776 году с целью подрыва британских кораблей во время войны за независимость в Америке , еще одним из ее пионеров является американец Джон Стивенс ( 1749 — 1838 ), который построил и испытан в 1803 году — 1804 первый по- настоящему функциональный пропеллера парохода. Однако его изобретение оставалось неизвестным, и только в 1830-х годах оно было возобновлено. В 1829 году под изумленным взором триестинов «Ла Чиветта» вышла в море, а Йозеф Рессель только что изобрел гребной винт. В то время, чтобы добраться из Триеста (Фриули) в Венецию, нужно было 19 часов на пароходе. Рессель ищет спонсора для постройки гребного катера. Он находит британского бизнесмена, но вскоре после этого его планы украдены, и в Англии подана заявка на патент с такими же характеристиками. Французский инженер Фредерик Соваж испытывает пропеллерную силовую установку в 1832 году на барже от Ourcq 15 футов, а канадский инженер Джон Патч на шхуне в заливе Фанди в 1834 году. Оба были презираемы своими правительствами, и они умерли в нищете. В то же время, их открытие восторжествовало благодаря интересу , проявленному в 1840 году британского флота в демонстрации инженера Фрэнсис Петтит Смит на пароходе , SS Архимеда , оснащенный укороченной пропеллера эффективность которого был хорошо превосходил длинные винты.
Пример сабельного винта для подводных лодок
Пропеллер с тех пор стал наиболее распространенным средством приведения в движение , чтобы переместить лодку или подводную лодку.
Морские гребные винты часто отливают из чугуна, алюминиевой бронзы, алюминия, собирают их редко. Количество и форма лезвий зависят от их использования:
- если используется тяга, будет выбран большой гребной винт со значительным соотношением опорной поверхности по сравнению с диском того же диаметра;
- если использование смешанное, для парусной лодки мы выберем гребной винт с минимальным сопротивлением даже с убирающимися лопастями;
- для подводной лодки выберем сабельные винты, чтобы они не зацепились за траву, количество лопастей умножим, чтобы они тише;
- для очень быстрого судна будет выбран надводный гребной винт, чтобы ограничить кавитацию ; суперкавитация пока не используется в пропульсивной пропеллера.
В воздухоплавании
Винт был первой силовой установкой в авиации, особенно для дирижаблей, и до сих пор используется в легких самолетах , региональных транспортных самолетах, летящих ниже 0,6 Маха , и военно-транспортных самолетах. Вентилятор без воздуховода ( пропеллер ) — это эволюция гребного винта с воздуховодом, форма лопастей которого позволяет достигать более высоких скоростей, вплоть до 0,8 Маха. Винт в другой форме находится в нагнетателях байпасных реакторов авиалайнеров (это многолопастной винт с обтекаемой формой, расположенный перед двигателем; он обеспечивает большую часть тяги). Он находится снова в форме лопаток из компрессоров наложенных друг на друга в реактивных двигателях.
Винт также используется вертолетами (несущий винт и рулевой винт) и судами на воздушной подушке. В 1930 году немецкий железнодорожный инженер Франц Крюкенберг даже использовал его для оснащения высокоскоростного двигателя Schienenzeppelin , который в следующем году случайно побил рекорд скорости по железной дороге (более 230 км / ч ).
Заметки
- Ср Рой Лэрд, « Сфера механики Возрождения », Осирис , второй, т. 2,1986 г.
- См. C.-A. Кулон, Теория простых машин , Париж, имп. Бакалавр, Париж,1821 г.( репр. факсимильное издание Blanchard, 2002), 368 с. ( ISBN 2-85367-218-2 , уведомление BnF п о FRBNF38863247 )
- Франсуа д’Орлеан, принц Жуанвиль, Vieux Souvenirs , Париж, Mercure de France ,Апрель 1986, 328 с. ( ISBN 978-2-7152-1410-1 , читать онлайн )
- Анри Жиффар, « О силе, затраченной на достижение точки опоры в спокойном воздухе с помощью пропеллера », Бюллетень аэростатического и метеорологического общества Франции (май 1853 г.), в Гюставе Понтон д’Амекур, Сборник воспоминаний о воздушном пространстве. движение без воздушных шаров , Париж, Готье-Виллар, 1864 г., стр. 58-62
Результаты поиска для ‘винт’
На этом сайте используются cookie-файлы и другие аналогичные технологии, которые для удобства сохраняют сведения о ваших действиях на сайте. Если, прочитав это сообщение, вы остаетесь на сайте, это означает, что вы не возражаете против использования этих технологий. Подробнее.