Ремонт судового вало-винтового комплекса

f1 Статьи

Ремонт гребного вала и винта

Причины поломок вала. Гребные или промежуточные валы ломаются относительно редко, гораздо чаще происходит их изгиб.

Естественно, что лопнувший вал не ремонтируют, а заменяют, но во всех случаях необходимо проанализировать характер поломки и выявить ее причину. Важно, чтобы поломка по той же причине не повторилась при дальнейшей эксплуатации установки с новым валом.

Если вал сломался при ударе о подводное препятствие и при этом его скрутило, причем угол закрутки достигает величины φ° = (0,3-0,5)L/d, где L — длина, a d — диаметр вала (см), то причина поломки или в отсутствии предохранительной муфты или в неправильном выборе ее срезного элемента — он слишком прочен.

Может произойти поломка вала без заметного скручивания, а иногда и без видимых внешних причин, причем излом проходит под углом примерно 45° к оси вала и имеет зернистую структуру. В таких случаях причиной излома, как правило, является трещина, проходящая в районе шпоночных пазов или уступов.

Возникновение же трещин объясняется действием усталостных напряжений, появляющихся, когда вал передает помимо основного постоянного крутящего момента от двигателя к винту еще какие-то дополнительные моменты, периодически меняющие направление.

Такие знакопеременные нагрузки возникают, например, из-за неравномерной работы двигателя (чем меньше число цилиндров, тем неравномерность больше) или перебоев в работе одного из цилиндров;

— из-за неравномерного износа или низкого качества изготовления зубчатых передач;

— из-за неправильной установки карданных шарниров;

— из-за появления сил, периодически действующих на каждую из лопастей при пересечении ею следа от кронштейна или дейдвуда либо при прохождении вблизи днища и у кронштейна;

— из-за плохой центровки или изгиба вала.

При правильно выполненной установке гребного вала относительно корпуса катера и его выступающих частей и правильной установке карданных валов дополнительные напряжения, появляющиеся в валах от знакопеременных нагрузок, как правило, невелики и не могут служить причиной поломки. Поломка вала в этом случае (особенно если диаметр вала выбран минимально допустимым) может произойти только при возникновении резонансных крутильных колебаний. В том случае, когда собственная частота колебаний системы двигатель — вал — винт совпадает с частотами знакопеременных нагрузок, напряжения в валах и амплитуда их колебаний резко увеличивается, возникает резонанс. Внешними признаками возникновения крутильных резонансных колебаний являются: увеличение шумности; появление металлических стуков в шлицевых и шпоночных соединениях, особенно при наличии у них люфтов; усиление шума в зубчатом зацеплении.

В любительских условиях для предохранения валов от поломок из-за возникновения крутильных колебаний целесообразно увеличивать диаметры шеек валов в местах крепления муфт и винта, т. усиливать те места, где чаще всего возникают усталостные разрушения. Очень полезна установка упругих муфт (см. «КЯ» № 66), особенно на промежуточном валу. Целесообразно также использовать штатное сцепление автомобильных двигателей, которое оснащено эффективным упругим гасителем крутильных колебаний. При монтаже гребного винта расстояния до днища корпуса катера или дейдвуда и кронштейнами следует делать возможно большими.

При эксплуатации катера следует избегать даже кратковременной работы двигателя на больших нагрузках при перебоях в одном или нескольких его цилиндрах, с погнутым валом либо винтом, так как при этом амплитуда крутильных колебаний резко увеличивается.

Правка вала. Правку погнутых гребных или промежуточных валов лучше всего производить в токарном станке (рис. 1) или в простейшем приспособлении (рис.

Рис. Правка гребного вала на токарном станке

1 — индикатор; 2 — брусок (медь, алюминий).

Вынуть гребной вал для проверки и ремонта во многих случаях удается на плаву, если, конечно, не погнут кронштейн опорного подшипника. Для этого обычно сначала снимается перо руля, затем муфта (или полумуфта) отсоединяется от редуктора, вал сдвигается до упора в корпус сальника дейдвуда, муфта спрессовывается с конца вала и вынимается шпонка. После этого на конец вала и корпус сальника надевается резиновая перчатка (мешок из прорезиненной ткани, два-три полиэтиленовых пакета), которая плотно приматывается изолентой к корпусу сальника. Теперь вал с гребным винтом может быть вынут в корму, причем дейдвуд оказывается герметично закрытым. Эту операцию лучше проводить на мелком месте или с низких мостков.

Вынутый вал с винтом устанавливается в центрах токарного станка или на призмы приспособления, которые должны располагаться в районе заднего опорного подшипника и шейки муфты, крепящей его к реверс-редуктору.

При правке вала на токарном станке измерение его биения лучше всего производить при помощи индикатора 1 (см. рис. 1), укрепляя его на салазках продольного суппорта. Можно определить биение и по нониусу поперечного суппорта, последовательно подводя зажатый в резцедержатель брусок 2.

Часто концы валов имеют резьбовые шейки для крепления гребного винта и муфты, которые могут быть погнуты при затягивании гайки. Следует иметь в виду, что нас интересует биение вала относительно его опорных шеек, а не центровых отверстий, расположенных в резьбовых концах. Поэтому биение, прежде всего, необходимо проверить в районе шеек заднего опорного подшипника А и фланца полумуфты В. При этом биение опорных шеек более 0,2 мм указывает на чрезмерный прогиб резьбовых концов вала.

Править этот прогиб нужно, не снимая вал со станка, упором бруска 2 в шейки. При этом перемещение суппорта на первом этапе задается равным прогибу шеек Апр max, который равен половине биения. Далее вновь проверяется биение, определяется новое значение прогиба, и последующее перемещение суппорта задается большим на величину этого нового прогиба. Операция повторяется до тех пор, пока биение не уменьшится до 0,1-0,2 мм.

В тех случаях, когда биение шейки А связано в основном с сильным изгибом самого вала, производится первоначальная правка вала; далее при необходимости выполняется правка его резьбовых концов и только после этого — окончательная правка вала.

Перед окончательной правкой определяют местоположение и направление максимального прогиба вала. При правке вала следует иметь в виду, что из-за его относительно большой длины величина прогиба упругих деформаций может достигать величины 10-20 мм. Для того чтобы выправить вал, его необходимо деформировать на величину прогиба в области упругих деформаций (назовем его Δупр) плюс величина максимального прогиба вала Δпр max.

Именно из-за того, что Δпр max, как правило, намного меньше, чем Δупр, обычно не удается выправить вал при помощи ударов — рихтовкой: слабые удары не приводят к цели, а слишком сильные сразу же и намного прогибают вал в другую сторону. При помощи ударов удается выправить только короткие валы (L/d = 5-8), у которых Δупр меньше Δпр max.

Предварительную оценку величины прогиба вала в области упругих деформаций, т. до появления деформаций остаточных, можно произвести по формуле:

f1-9050372

где k — коэффициент (k = 500 для обычных сталей и k = 400 для легированных); L — расстояние между опорами, см; dB — диаметр вала, см.

Чтобы сократить время правки вала, целесообразно на первом же этапе задать перемещение суппорта чуть меньше величины Δупр. Вначале брусок мягкого металла 2 (см. рис. 1) подводится к валу в месте максимального прогиба и со стороны «выпуклости»; показания нониуса записываются. Далее производится правка перемещением суппорта вперед на расстояние 0,9Δупр, после чего суппорт возвращается в нулевое положение (с обязательной выборкой люфта). Если после этого не появился зазор между валом и бруском, операция повторяется, но величина перемещения суппорта увеличивается на величину максимального прогиба вала. После того как при возвращении суппорта на нулевую отметку появился зазор, каждое последующее перемещение суппорта при правке делается больше предыдущего на величину максимального прогиба вала Дпр max за вычетом величины этого зазора.

После этого вал еще раз проверяется обязательно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Биение валов диаметром 25-35 мм в районе муфты, винта, опорной шейки и дейдвудного сальника не должно превышать 0,15-0,3 мм, в остальных местах — 0,3-0,5 мм (меньшие цифры относятся к коротким валам с длиной менее 1200 мм). При необходимости правка повторяется с учетом того, что положение места максимального прогиба может быть другим.

В тех случаях, когда основной изгиб вала произошел в районе заднего опорного подшипника, целесообразно весь вал до шейки опорного подшипника вставить в шпиндель, а правку производить упором в ступицу винта. Попытка произвести правку без гребного винта приведет к изгибу посадочного конуса под винт, в связи с чем после напрессовки винта снова возникнет некоторый прогиб вала. В связи с тем, что вылет вала в этом случае невелик и жесткость вала достаточно высока, первоначальное перемещение суппорта можно принять равным прогибу вала. Чтобы исключить возможность повреждений поверхности вала кулачками патрона, вал рекомендуется обернуть медной или алюминиевой полосой. Правка вала в приспособлении (см. рис. 2) происходит благодаря усилию, развиваемому винтом 2. Величина прогиба измеряется по изменению расстояний между валами при помощи штангенциркуля.

Рис. Приспособление для правки гребного вала

1 — гребной вал; 2 — винт M16; 3 — поперечина, сталь δ=15-20; 4 — полоса δ=3-4; 5 — призма; 6 — штанга; пруток диаметром не менее 1,3 диаметра вала или труба диаметром не менее 1,5 диаметра вала; 7 — винт стопорный; 8 — труба; 9 — призма δ=8-12, приварить к трубе 8; 10 — штангенциркуль.

Необходимо учитывать, что одновременно с валом изгибается и штанга, поэтому величину суммарного прогиба в области упругих деформаций вала можно определить по зависимости (аналогичной ранее приведенной):

f2-8924186

где dш — диаметр штанги, см.

В остальном методика правки аналогична рассмотренной выше.

Другими видами ремонта вала являются восстановление резьбы (как правило, при помощи наплавки с последующей механической обработкой) и изношенной шейки сальника (лучше всего — при помощи установки втулки из нержавеющей стали на эпоксидном клее).

Ремонт гребного винта. Характерные повреждения гребных винтов — это загиб, частичное или полное обламывание лопасти, появление трещин и т. Причиной подобных повреждений чаще всего являются удары лопастей о твердые предметы, однако нередки случаи обламывания лопастей без видимых внешних причин: по аналогии с гребными валами такие поломки объясняются появлением усталостных трещин из-за действия на лопасть знакопеременных нагрузок.

Слишком малое расстояние между краем лопасти и днищем катера, расположение винта за плохо обтекаемым дейдвудом и кронштейном, чрезмерный наклон вала, работа валопровода в условиях крутильных колебаний и т. — приводят к появлению знакопеременных нагрузок, действующих на лопасть. В принципе, при правильно выбранной толщине лопасти знакопеременные нагрузки могут привести к ее обламыванию только в сочетании с действием других факторов, таких, как коррозия или кавитационная эрозия, появление внутренних напряжений при ремонте путем правки лопасти в холодном состоянии или заварке трещин без последующего отжига и т. Таким образом, технология ремонта гребного винта оказывает существенное влияние на его дальнейшую работоспособность.

Холодная правка латунных лопастей возможна лишь при загибе их на угол не более 30°. Гибку лучше всего производить при помощи двух-трех рычагов длиной до 1 м, имеющих на концах прорези глубиной 6-8 см, надеваемые на кромку винта (рис. Можно воспользоваться тисками, универсальным съемником для подшипников или любым прессом.

Рис. Правка гребных винтов

1 — винт; 2 — рычаг, сталь листовая δ=10 мм. При толщине лопасти до 5 мм L=600 мм, b=60 мм; при толщине до 8-10 мм L=1000 мм, b=80 мм; 3 — подкладная планка (медь, алюминий); 4 — кувалда тяжелая; 5 — кувалда легкая; 6 — наковальня.

При правке ударами с целью уменьшения местных деформаций лопасти лучше пользоваться свинцовой кувалдой. При правке стальной кувалдой на лопасть нужно наложить пластину из свинца, отожженной меди или алюминия. Правку производят на наковальне или любом тяжелом предмете, одерживая противоположный край лопасти тяжелой кувалдой.

При загибе лопасти больше чем на 30° правку необходимо вести с нагревом. (Удается и холодной правкой выправить лопасть, загнутую на 90°, а иногда и более, однако при этом дальнейшая работоспособность отремонтированной лопасти оказывается весьма малой. ) Температура нагрева для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 равна 550-700 °С, для ЛАМЦЖ 67-5-2-2 — 600-750 °С; при этом следует иметь в виду, что при недостаточном нагреве условия правки будут лишь незначительно отличаться от выполнения ее без нагрева. Нагрев лучше всего производить в горне или в печи; обеспечить плавный и равномерный нагрев при помощи ацетиленовых горелок обычно не удается.

После правки нужно обязательно произвести отжиг винта для снятия термических напряжений. Отжиг производят сначала медленным (не более 100 °С в час) нагревом до температуры 350-400 °С для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 и 500-550 °С — для ЛАМЦЖ 67-5-2-2, а затем еще более медленным охлаждением вместе с печью (скорость охлаждения не выше 50 °С в час).

Очень часто при ремонте винтов приходится выполнять сварочные работы. Лучше всего, если есть возможность применить аргонно-дуговую сварку, однако удовлетворительные результаты получаются и при обычной газовой сварке. Горелка при этом должна быть отрегулирована на окислительное пламя (отношение О2/С2Н2 = 1,2 — 1,3) для предотвращения появления в пламени свободного водорода, вызывающего резкое снижение прочности сварного шва. В качестве присадки при сварке латуни лучше всего применять проволоку из алюминиевых бронз. После сварки также целесообразно произвести отжиг; для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 допускается замена отжига проколачиванием шва в холодном состоянии до появления заметных вмятин по всей его поверхности.

Стальные винты, особенно, если они изготовлены из нержавеющих сталей аустенитного класса 1-18 (например, 1Х18Н107), значительно менее чувствительны к остаточным напряжениям после гибки и сварки; применение отжига для них не обязательно.

Из-за малой пластичности алюминиевых сплавов холодную правку и гибку при ремонте отлитых из них винтов не применяют. Основным способом ремонта в данном случае является аргоно-дуговая сварка или обычная газовая сварка с применением специальных флюсов (АФ-4А). Присадочный материал должен быть идентичен основному металлу винта. После сварки желательно винт нагреть до температуры 300-350 °С и медленно охладить для снятия остаточных напряжений.

В процессе ремонта следует обратить особое внимание на восстановление первоначального шага лопасти. Напомним, что средний шаг лопасти определяется как среднее арифметическое значений шагов на пяти относительных радиусах R/0,5D = 0,3; 0,5; 0,7; 0,8; 9,95. Контроль шага лучше всего вести по фактической величине шага недеформированной лопасти того же винта. При этом различия в шагах в каждом из сечений не должны быть более 2-5%, а в среднем шаге более 1,5-4% (здесь и далее меньшие значения относятся к глиссирующим катерам).

Существуют различные приспособления для измерения шага. Одно из них изображено на рис.

Рис. Приспособление для проверки шага лопастей винта

1 — втулка; 2 — гайка барашковая; 3 — шпилька М8; 4 — шаговый шаблон;
5 — винт; 6 — оправка.

При ремонте удобно пользоваться простейшим приспособлением (рис. 4), состоящим из оправки 6, имеющей коническую поверхность под отверстие в винте, и двух цилиндрических поверхностей (эта же оправка в дальнейшем может быть использована для балансировки винта). По меньшей цилиндрической шейке свободно перемещается втулка 1, к которой приварена шпилька 3, имеющая длину, несколько превышающую радиус винта. На шпильке двумя гайками-барашками крепится шаговый шаблон 4 из мягкой жести или алюминия. Шаблон изгибается приблизительно по проверяемому радиусу Rизг подводится до упора в нагнетающую поверхность неповрежденной лопасти и фиксируется гайками-барашками. Затем, приподнимая втулку 1, шаблон подводят поочередно к другим лопастям, проверяя зазор между ним и лопастью. Далее шаблон перемещается на другое сечение лопасти и шаг проверяется на другом радиусе; шаблон, естественно, при этом должен быть изогнут по новому радиусу. Для винтов диаметром 300-400 мм зазор между лопастью и шаблоном не должен превышать 0,5-1,5 мм.

Если погнуты все лопасти винта, то вначале целесообразно выправить одну из них, наименее поврежденную, и уже по ней подгонять шаги остальных лопастей. При правке первой лопасти необходимо выдержать средний шаг лопасти и распределение шага вдоль радиуса (если, конечно, они известны).

Обычно считается, что фактический шаг лопасти не должен отличаться от расчетного более чем на 1,5-4%, однако эта рекомендация приемлема для гребных винтов, эксплуатирующихся с судовыми дизелями, работающими по внешней характеристике. Для конвертированных автомобильных двигателей работа по внешней характеристике не допускается, поэтому можно увеличить допустимое отличие действительного шага от расчетного до 10%. Отклонение значений местного шага по сечениям лопасти от закона распределения шага вдоль радиуса не должно превышать 5-10%. Однако следует иметь в виду, что отклонение величин местного шага на одних и тех же радиусах у разных лопастей должны быть значительно меньше (во избежание появления чрезмерной вибрации вала); это учтено в приведенных выше допусках на зазоры между шаговым шаблоном и лопастью. Крайне нежелательно увеличение шага в районе ступицы, приводящее к ухудшению антикавитационных свойств винта и увеличивающее вероятность подсоса воздуха.

После выполнения сварочных работ обычно возникает необходимость в опиловке шва с целью сохранения предусмотренной чертежом толщины лопасти. Небольшое изменение толщины практически не сказывается на тяге, развиваемой винтом, но может заметно ухудшить антикавитационные свойства винта. По этой причине допускаемое отклонение по толщине лопасти на водоизмещающих судах должно быть ограничено пределами от +20% до -10%, а для быстроходных глиссирующих — от +8% до -4%). (Меньшее значение отрицательного допуска объясняется опасностью чрезмерного снижения прочности лопасти

Лопасти винтов обычно имеют наклон в корму на угол 10-15°. После правки может оказаться, что эти углы у разных лопастей различны. Обнаружить это можно при вращении винта на оправке или, положив винт ступицей на ровную поверхность, замером расстояний до входящей и выходящей кромок на концевых радиусах. Разница в наклоне лопастей практически не оказывает влияния на упор винта, но нарушает динамическую уравновешенность и, следовательно, приводит к появлению вибрации. Поэтому существует рекомендация ограничить линейное отклонение конца лопасти величиной 1,5-3,0% диаметра винта.

Окончательной операцией является балансировка винта. Лишний вес лопасти удаляется опиловкой всей ее поверхности. Величина допустимого момента дисбаланса для винтов диаметром 300-400 мм — 50-200 г·см.

Мухин, Б. Синильщиков.

В раздел «Лодочные моторы»

Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки:

добавить страницу в избранное

О компании

Поставки оборудования и технологий для рынка энергетики и судостроения. Судовое оборудование, пропульсивные установки и системы управления судов. Гибкие электростанции. Технологии энергетики. Полный спектр продуктов и услуг, включая оптимизацию работ систем, обновление и эксплуатационную поддержку.

Автоматические регуляторы. Схемы и свойства типовых регуляторов

  • П-регуляторы прямого действия.
  • Астатические регуляторы (И-регуляторы).
  • Пропорционально-интегральные регуляторы (ПИ-регуляторы).
  • Двухимпульсные регуляторы.
  • Однорежимные, или предельные регуляторы.
  • Всережимные регуляторы.

ris-22-8-5093055

Автоматаческие регуляторы являются составной частью любой САР (система автоматического регулирования). Автоматический регулятор может быть выполнен как отдельное устройство либо как совокупность элементов, входящих в САР.

Название САР определяется названием ее регулятора и совокупностью основных свойств:

  • по виду основного регулируемого параметра регулятором различают САР давления, температуры, частоты вращения, вязкости, электрических величин (напряжения, частоты переменного тока) и т.д.;
  • по источнику энергии, движущей регулирующий орган (РО — элемент через который регулятором осуществляется регулирующее воздействие на ОУ(Объект управления)), могут быть прямого и непрямого действия. В системе воздействие на РО производится за счет энергии, развиваемой измерительным устройством (см. рис. 22.8). В системе выходное звено регулятора воздействует на РО за счет дополнительной энергии от постороннего источника, подводимой к усилительному устройству. Регуляторы непрямого действия используют в тех случаях, когда требуется получить значительные усилия перемещения РО при сохранении малой нечувствительности и качественного переходного процесса. Такие регуляторы обеспечивают более точное поддержание регулируемого параметра и легко приспосабливаются для дистанционного управления, в тоже время они более сложны и дороже, чем регуляторы прямого действия;
  • по виду дополнительной энергии регуляторы непрямого действия могут быть: электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные, например пневмоэлектрические, электоро-пневмо-гидравлические и др. Вид используемой вспомогательной энергии в значительной мере зависит от ОУ, так как обычно используют тот вид энергии, который имеется в объекте. В комбинированных регуляторах в разных каскадах усиления могут использоваться различные виды энергии;
  • по характеру воздействия на регулирующий орган САР могут быть (аналогового) и (дискретного) действия. Системы позиционного действия обычно работают по принципу включено-выключено, производя двухпозиционное воздействие на РО. Существуют системы и многопозиционного действия;
  • по закону регулирования, определяемому характером изменения во времени выходной величины регулятора от входной, САР делят на релейные позиционные (РП-регуляторы), интегральные (И-регуляторы), пропорциональные (П-регуляторы), пропорционально-интегральные (ПИ-регуляторы), пропорциональные пропорционально-интегральные (ППИ-регуляторы), пропорционально-дифференциальные — (ПД-регуляторы), пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД-регуляторы), регуляторы без обратной связи и с обратной связью (жесткой, гибкой или комбинированной);
  • по числу параметров, на которые реагирует регулятор, САР делят на -и (двух- и трехимпульсные). Для получения определенных статических и динамических свойств САР применяют многоимпульсные регуляторы, которые могут реагировать на изменение не только значения регулируемого параметра, скорости его изменения, но также нагрузки ОР. В этом случае регулятор называется двухимпульсным. Если регулятор реагирует на все три величины, он называется трехимпульсным;
  • по значению статической неравномерности САР могут быть и
  • (пропорциональные) регуляторы поддерживают регулируемую величину с заранее предусмотренной неравномерностью регулирования (с некоторым отклонением), зависящей от величины возмущающего воздействия (имеют статическую ошибку).
  • (интегральные) регуляторы обеспечивают постоянное значение регулируемой величины независимо от величины возмущающего воздействия.
  • (пропорционально-интегральные) регуляторы содержат элементы как астатического, так и статического регулирования, поэтому обладают значительной устойчивостью и не имеют статической ошибки.

Статические регуляторы (П-регуляторы)

П-регуляторы прямого действия просты по конструкции, так как их регулирующий орган перемещается, используя энергию, чувствительного элемента (ЧЭ).

Принцип действия простейшего центробежного пропорционального регулятора прямого действия САР частоты вращения вала дизель-генератора, заключается в следующем. С изменением угловой скорости ω центробежные грузы 2 будут сходиться или расходиться, перемещая муфту 1 и сжимая или ослабляя пружину 3. Перемещение муфты будет передаваться через рычаг 4 на рейку 5 топливных насосов. В статическом режиме при отсутствии нагрузки на дизель-генератор, обозначим Ро, установится частота вращения вала nо (холостого хода), см. рис. 9, а. При подключении потребителей на шины генератора, нагрузка на него возрастет, допустим до значения Р1. САР из статического режима перейдет в динамический, а именно: частота вращения вала дизеля начнет снижаться, грузы регулятора начнут сходиться, перемещая муфту 1 вниз на увеличение подачи топлива, до тех пор, пока не установится новое равновесное состояние. При этом новое установившееся значение частоты вращения вала дизеля n1; окажется меньше no (см. рис. 9, б).

Это произойдет потому, что новое положение топливной рейки, вызванное необходимостью увеличения подачи топлива, установит муфту в другое положение, при котором грузы 2 окажутся ближе друг к другу, а пружина 3 — ослабленной. Регулятор является статическим. Разность между значениями частоты вращения, поддерживаемой регулятором при максимальной нагрузке и при отсутствии нагрузки (холостой ход), равна статической ошибке регулятора.

ris-22-9-2936774

Несмотря на перечисленные недостатки, такие регуляторы находят применение в судовых установках, не требующих больших регулирующих воздействий и высокой точности регулирования.

С увеличением нагрузки статическая ошибка Δn этих регуляторов будет возрастать, что является их недостатком. Регуляторы прямого действия обладают значительной нечувствительностью из-за трения в рычагах и опорах, наличия зазоров, люфтов и т.

П-регуляторы непрямого действия с жесткой обратной связью. Для простоты уяснения преимуществ пропорционального регулятора с жесткой обратной связью, над регулятором без жесткой обратной связи, рассмотрим ту же САР частоты вращения вала дизель-генератора, также при набросе нагрузки, но с пропорциональным регулятором непрямого действия и жесткой обратной связью.

При подключении потребителей на шины генератора, нагрузка на него возрастет. САР из статического режима перейдет в динамический, а именно: частота вращения вала дизеля начнет снижаться, грузы регулятора начнут сходиться, пружина 1 разжимается, перемещая муфту 3 вниз (рис. 10).

ris-22-10-3717538

Вместе с муфтой вокруг шарнирной точки 7 по часовой стрелке будет перемещаться рычаг 8 (жесткая обратная связь), так как поршень 5 сервомотора заторможен маслом, находящимся в обеих полостях цилиндра. Поворот рычага 8 вызовет перемещение золотника 4 вниз, масло от насоса давлением Рм начнет поступать в верхнюю полость цилиндра сервомотора, одновременно сливаясь из нижней в маслосборник насоса.

Поршень сервомотора пойдет вниз, и рычаг 8, повернувшись вокруг точки 9 против часовой стрелки, вернет золотник в прежнее положение, поджав пружину 1. Шток 6 кинематически связан с рейкой топливных насосов, его перемещение вниз увеличит подачу топлива, и частота вращения вала двигателя повысится.

Как видно из схемы, по окончании переходного процесса рычаг 8 вернется в первоначальное положение только своим правым концом, а левый конец займет новое положение 7, так как он жестко связан со штоком поршня сервомотора, который переместился вниз на увеличение топливоподачи и зафиксировался в этом положении золотником. Пружина регулятора вследствие некоторого перемещения муфты вниз окажется ослабленной и, следовательно, частота вращения вала двигателя снизится. В варианте снижения нагрузки, все произойдет наоборот и по окончании процесса регулирования левый конец рычага окажется выше точки 4, пружина будет поджата и новая установившаяся частота вращения будет выше первоначальной. Таким образом, нагрузочная характеристика регулятора с жесткой обратной связью носит также статический характер. Введение жесткой обратной связи в регуляторах непрямого действия повышает устойчивость системы и улучшает показатели качества переходного процесса:

  • уменьшается динамический заброс;
  • уменьшается перерегулирование;
  • уменьшается время переходного процесса;
  • подавляется колебательность переходного процесса (рис. 22.11).

ris-22-11-6278505

Именно в этом и заключается стабилизирующее действие обратной связи, что является ее положительным свойством. Изменяя соотношения плеч рычага (путем изменения положения шарнира 9) можно влиять на неравномерность регулирования, изменяя наклон нагрузочной характеристики. Однако следует помнить, что с уменьшением неравномерности положительные свойства обратной связи начинают снижаться.

Статические регуляторы непрямого действия с жесткой обратной связью применяют в случаях, когда объекты регулирования имеют недостаточное саморегулирование или не обладают им, а по условиям эксплуатации неравномерность регулирования допускается. На судах такие регуляторы используют в системах регулирования давления пара и уровня воды в котлах.

Астатические регуляторы (И-регуляторы).

И-регуляторы непрямого действия. Используют для перемещения РО дополнительную энергию постороннего источника. Регулятор имеет усилитель — отсечной гидравлический золотник 4 и исполнительный механизм (ИМ) — гидравлический поршневой сервомотор 5 двухстороннего действия. Шток поршня сервомотора связан только с регулирующим органом — топливной рейкой б. В качестве дополнительной энергии используется масло давлением Рм, которое подводится к усилительному золотнику 4 и от него к верхней или нижней полостям сервомотора 5. При частоте вращения вала двигателя, равной заданной, окна золотника усилителя перекрыты, поршень сервомотора неподвижен и подача топлива эквивалентна нагрузке двигателя.

ris-22-12-1800365

При уменьшении нагрузки на двигатель угловая скорость вращения вала ω будет возрастать, грузы 2 центробежного измерителя начнут расходиться, сжимая пружину 1, и через муфту 3 и рычаг 8 будут перемещать золотник 4 вверх.

Масло через открывающееся нижнее окно усилителя начнет поступать в полость под поршнем сервомотора, перемещая его вверх — на уменьшение топливоподачи. Одновременно масло над поршнем сервомотора через открытое верхнее окно усилителя будет уходить на слив. При снижении частоты вращения до первоначальной величины золотник, перемещаясь вниз, закроет окна усилителя, прекратив перемещение поршня. Топливная рейка окажется в новом положении, с меньшей подачей топлива, соответствующей меньшей нагрузке двигателя. Так как жесткая связь между муфтой и поршнем сервомотора отсутствует, муфта, а следовательно, и пружина регулятора по окончании переходного процесса вернутся в первоначальное положение. Регулятор является астатическим, так как не имеет ошибки регулирования (рис. 13, а). Это свойство данной САР является положительным.

ris-22-13-7528892

Приведенное описание работы САР является идеальным. Реально же из-за инерционности элементов регулятора в момент закрытия золотником окон усилителя, точка с на (рис. 13, б), поршень сервомотора окажется несколько ниже, чем необходимо для восстановления первоначальной частоты вращения вала. Это произойдет потому, что в точке b (динамическая ошибка) в момент времени tв. поршень сервомотора будет перемещаться на уменьшение подачи топлива с максимальной скоростью, т. отклонение n будет максимальным. В результате грузы ЧЭ окажутся ближе друг к другу, точка d на (рис. 13, б), муфта 3 через рычаг начнет приподнимать золотник вверх на увеличение подачи топлива до оборотов n0 и цикл динамического регулирования начнет повторяться по кривой незатухающих колебаний.

Такой характер процесса регулирования будет наблюдаться в том случае, если объект регулирования не обладает саморегулированием, как в приведенном примере с дизель-генератором. Поэтому И-регуляторы применяют только на объектах с саморегулированием, в которых требуется поддерживать постоянное значение регулируемых величин на всех нагрузочных режимах, т. там, где не допускается статическая ошибка, как, например, при регулировании давления в паровых и топливных котельных магистралях. И-регуляторы также применяются как предельные для — ограничения частоты вращения вала главного дизеля. Кривая переходного процесса на объектах, обладающих саморегулированием, носит затухающий характер (показана штриховой линией на рис. 13, б). Определенное влияние на динамические свойства И-регулятора оказывает время сервомотора.

Интегральные регуляторы реализуют закон, при котором скорость изменения выходной координаты пропорциональна интегралу входной.

Временем сервомотора называют время, за которое РО переместится из одного крайнего положения в другое при полном открытии каналов усилительного устройства и номинальном давлении рабочей среды. Время сервомотора можно изменять в эксплуатационных условиях путем изменения проходного сечения дроссельного клапана 1О (см. рис. 12). Увеличение времени сервомотора досчитается прикрытием клапана, уменьшение — открытием.

Пропорционально-интегральные регуляторы (ПИ-регуляторы).

Непрямого действия с гибкой обратной связью называют также изодромными, или пропорционально-интегральными (рис. 14). Гибкая связь прекращает воздействие на золотник усилителя не сразу, как жесткая обратная связь, а благодаря наличию пружины изодрома и самого изодрома (или катаракта — цилиндра с поршнем, обе полости которого заполнены маслом и сообщаются между собой через игольчатый клапан) через некоторое время после перемещения регулирующего органа. Действие ПИ-регулятора можно рассматривать как совокупность пропорционального и интегрального регуляторов, так как ПИ-регулятор объединяет в себе свойства статического и астатического регуляторов, а именно: преимущества первого (устойчивый переходный процесс) и второго (точное поддержание параметра на всех установившихся режимах). Введение гибкой обратной связи обеспечивает своевременное выключение усилителя в переходном процессе и возвращение измерительного устройства при любом положении сервомотора в исходное положение в конце переходного процесса.

ris-22-14-1094525

При сбрасывании нагрузки и первоначальном увеличении частоты вращения двигателя процесс изодромного регулирования протекает следующим образом. Расхождение центробежных грузов, вызывает перемещение поршня и штока сервомотора вверх. Вместе со штоком сервомотора поднимается цилиндр масляного катаракта 1. В первый момент система ведет себя как жесткая связь, так как перетекание масла из одной полости катаракта в другую затрудняется сопротивлением в дроссельном клапане 2, проходное сечение которого регулируется иглой 3 изодрома.

Таким образом, вначале подъем цилиндра катаракта происходит с той же скоростью, что и подъем поршня сервомотора, и в этот момент времени регулятор работает как статический. По мере подъема катаракта возрастает сопротивление пружины 4, перетекание масла из одной полости катаракта в другую станет более интенсивным и скорость перемещения цилиндра катаракта относительно его собственного поршенька возрастает. Это приводит к тому, что после установления золотника в среднее положение точки 5 и 6, а следовательно, и муфта 7 возвратятся в свое первоначальное среднее положение (тогда как в регуляторе с жесткой обратной связью точка 7 (рис. 1О) не возвращалась в свое первоначальное положение). Поэтому, можно считать, что во втором периоде переходного процесса изодромный регулятор работает как астатический и полностью снимает статическую ошибку первого периода регулирования.

Масляный катаракт, дроссельный клапан с иглой изодрома и пружина 4, образуют устройство, называемое изодромом.

Для нормальной работы регулятора большое значение имеет правильный подбор проходного сечения дроссельного клапана 2. Если иглу изодрома 3 полностью закрыть, то вследствие невозможности перетекания масла в катаракте перемещение его поршенька относительно стенок цилиндра окажется также невозможным, гибкая связь превратится в жесткую, а регулятор — в пропорциональный (П-регулятор). Игла изодрома позволяет изменять время изодрома и является настроечным органом регулятора. Понятно, что время изодрома — это время перемещения поршенька изодрома из одного крайнего положения в другое.

Положительные свойства ПИ-регуляторов обеспечили им широкое применение в судовых энергетических установках, особенно при необходимости астатического регулирования объектов, не обладающих свойством саморегулирования.

Двухимпульсные регуляторы.

Применяются в САР, когда по условиям эксплуатации энергетической установки требуется сокращенное время переходного процесса и уменьшение динамических ошибок.

На морских судах двухимпульсные регуляторы используются в дизель-генераторных установках. Регулирование скорости дизеля осуществляется по двум управляющим сигналам: изменением частоты вращения центробежного ЧЭ и по изменению электрической нагрузки.

Однорежимные, или предельные регуляторы.

Ограничивают частоту вращения вала главных судовых двигателей предельно допустимого скоростного режима. Вступают в работу при оголении винта в штормовую погоду и не оказывают влияния на подачу топлива при работе двигателя на скоростных режимах ниже предельно допустимого. Значение предельной частоты вращения задается соответствующим затягом задающей пружины регулятора.

Всережимные регуляторы.

Позволяют задавать необходимую частоту вращения вала двигателя и далее поддерживать ее неизменной. Такие регуляторы имеют жесткую связь с рейкой топливных насосов. При этом рукояткой с поста управления воздействуют не на топливную рейку, а непосредственно на задающую пружину регулятора (см. рис. 15).

При вращении вала регулятора кинематически связанного с валом двигателя, под действием центробежной силы Рц , зависящей от значения угловой скорости ω, грузы расходятся и воздействуют на подвижную муфту 3, поднимая ее вверх и сжимая пружину 4. Верхний конец пружины упирается в тарелку 5 рычага 6 поста управления (ПУ). Муфта через рычаг 7 шарнирно связана с рейкой 8 топливных насосов. При отсутствии возмущения, регулятор находится в равновесном состоянии, так как центробежная сила Рц равна силе пружины Рn.

Регулятор будет поддерживать только один скоростной режим, соответствующий положению рукоятки 6 на пульте управления. При изменении положения рукоятки 6, например при перемещении вниз, тарелка 5 сожмет пружину 4 и сила Рn возрастет. Муфта 3 опустится и через рычаг 7 переместит рейку 8 вверх — в сторону увеличения подачи топлива. Частота вращения вала начнет увеличиваться (грузы 2 — расходятся) до значения при котором Рц станет равной силе Рn. Когда установится новый (в данном примере повышенный) скоростной режим, регулятор вновь начнет работать как однорежимный.

ris-22-15-2810638

Литература

Судовой механик: Справочник. Том 3 — Фока А. (2016)

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.

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.

ris-60-3356162

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. 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. а) и главный упорный подшипник обеспечивают восприятие осевой силы, возникающей на движителе судна, и передачу этой силы на корпус судна для его движения.

ris-61-1816346

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. 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.

ris-62-9763530

Оцените статью
RusPilot.com