Urządzenia okrętowe. - wykład LINIA WAŁÓW

Transkrypt

1 Urządzenia okrętowe - wykład LINIA WAŁÓW

2 Literatura: Cudny Konstanty; Linia wałów okrętowych, Wyd. Morskie, Gdańsk 1976; Prospekty.

3 Do napędu statku potrzebny jest zespół urządzeń, zwanych zespołem napędowym. W skład zespołu będą wchodzić następujące podstawowe urządzenia: 1) Silnik główny. 2) Wał napędowy: - wał śrubowy; - wały pośrednie; - wał oporowy. 3) Śruba. 4) Łożysko wzdłużne (oporowe). 5) Niezbędne elementy dodatkowe: - łożyska poprzeczne (nośne) wałów; - pochwał wału śrubowego (zabezpiecza szczelność przejścia wału przez kadłub); - sprzęgła łączące poszczególne odcinki wałów.

4 6) Inne dodatkowe elementy i mechanizmy: - przekładnia; - sprzęgło rozłączne; - hamulec (unieruchamia w razie potrzeby wał); - obracarka (umożliwia obracanie wału ze śrubą lub wału silnika podczas postoju jednostki). Wał napędowy, który składa się z wału śrubowego, wałów pośrednich i wału oporowego wraz ze sprzęgłami i innymi elementami tworzą linię wałów. Zadaniem linii wałów jest przeniesienie i przekazanie śrubie napędowej momentu obrotowego wytworzonego przez silnik główny oraz naporu wytworzonego przez śrubę na łożysko wzdłużne (oporowe) i dalej na kadłub.

5 Schemat zespołu napędowego: 1 silnik główny; 2 łożysko wzdłużne (oporowe); 3 łożyska poprzeczne; 4 pochwał wału śrubowego; 5 śruba napędowa.

6 a) b) Schemat zespołu napędowego: a konwencjonalne; b z wykorzystaniem pędnika azymutalnego.

7 Schemat linii wałów statku jednośrubowego napędzanym silnikiem wolnoobrotowym umieszczonym na śródokręciu: 1 sprzęgło tarczowe; 2 wał pośredni; 3,5 sprzęgło tarczowe; 4 wał pośredni; 5 wał śrubowy; 8 śruba napędowa; 8, 8 łożyska pochwy wału; 9 łożyska poprzeczne; 10, 11 dławnice uszczelniające.

8 Schemat linii wałów statku jednośrubowego napędzanym silnikiem wolnoobrotowym umieszczonym w rufowej części kadłuba: 1 wał oporowy silnika głównego; 2 wał pośredni; 3 wał śrubowy; 4 śruba napędowa; 5 pochwa wału śrubowego; 6 poprzeczne łożysko ślizgowe; 7 skrzynka zwierające elektrycznie linię wałów z kadłubem.

9 Schemat linii wałów statku dwuśrubowego z siłownią na śródokręciu z przekładniami redukcyjnymi i śrubami nastawnymi: 1 wał korbowy silnika głównego; 2 sprzęgło podatne; 3 przekładnia redukcyjna; 4 łożysko wzdłużne; 5 wał oporowy; 6 sprzęgło tarczowe; 7 wał pośredni; 8 mechanizm zmiany skoku śruby napędowej; 9 wał śrubowy; 10 śruba napędowa; 11 tylne łożysko wspornikowe; 12 przednie łożysko wspornikowe; 13 poprzeczne łożysko ślizgowe; 14 poprzeczne łożysko toczne; 15, 16 dławnice uszczelniające; 17 tarcza hamulca.

10 Schemat linii wałów okrętu dwuśrubowego napędzanego średnioobrotowym silnikiem wysokoprężnym umieszczonym w rufowej części kadłuba: 1 wał korbowy silnika głównego; 2 rozłączne sprzęgło podatne; 3 wał oporowy; 4 wał śrubowy; 5 śruba napędowa; 6 tylne łożysko wspornikowe; 7 przednie łożysko wspornikowe; 8 pochwa wału śrubowego; 9 poprzeczne łożysko baryłkowe; 10 wzdłużne łożysko baryłkowe; 11 hamulec; 12 dławnica.

11 d z d z0 q q 0 1,2 1,0 0,8 1 0,6 0,4 2 0,2 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Względny wzrost średnicy zewnętrznej d z /d z0 oraz względne zmniejszenie obciążenia liniowego q/q 0 w funkcji współczynnika wydrążenia wału m: 1 d z /d z0 =f(m) 2 q/q 0 =f(m) m

12 Wał śrubowy Pracuje w bardzo trudnych warunkach, należy go zatem zabezpieczyć przed przedostawaniem się wody morskiej, a tym samym chronić przed korozją. Wał śrubowy statku jednośrubowego.

13 Wał śrubowy okrętu dwuśrubowego: 1 wał śrubowy; 2, 3, 4 osadzone tuleje z brązu B101; 5 warstwa epoksydowa zabezpieczająca przed wodą; 6 taśma z tkaniny szklanej; 7 szpachlówka epoksydowa.

14 Wał śrubowy, oprócz obciążeń którym podlegają pozostałe odcinki wałów, narażony jest na dodatkowe obciążenia pochodzące od: a) momentu zginającego spowodowanego ciężarem śruby napędowej (podczas obrotu wału moment zginający powoduje zmienne naprężenia zginające); b) korozji i erozji śruby napędowej (zwłaszcza złamanie skrzydła narusza wyważenie wału śrubowego, co powoduje dodatkowe obciążenia zginające); c) zużycie łożysk linii wałów (zwłaszcza łożyska rufowego, znajdującego się w pobliżu śruby napędowej, jest przyczyną ugięcia wału i zwiększenia amplitudy naprężeń zginających); d) uderzeń śruby napędowej o takie przeszkody, jak lód i inne przeszkody pływające oraz przypadkowe uderzenia o dno morskie; e) sztormowej pogody powodującej dodatkowe dynamiczne obciążenia wału śrubowego (na skutek wynurzania się śruby z wody i powodowania tym wahań prędkości obrotowej, powstają zmienne naprężenia zginające i skręcające).

15 Wał pośredni Warunki pracy wałów pośrednich są znacznie korzystniejsze niż wałów śrubowych, dlatego też przyjmowane są odpowiednio większe dopuszczalne naprężenia obliczeniowe. Długość poszczególnych wałów pośrednich przyjmuje się odpowiednio do wymiaru i typu statku, przy czym uwzględnia się następujące warunki charakterystyczne dla projektu danej jednostki: - dogodność montażu i demontażu wałów; - rozmieszczenie łożysk, sprzęgieł itp. elementów, zależnie od rozmieszczenia grodzi, mechanizmów, rozwiązań konstrukcyjnych kadłuba i innych elementów znajdujących się w pobliżu linii wałów; - celowość stosowania minimalnej liczby różnych odkuwek; - w miarę możliwości równomierne rozłożenie obciążeń od ciężarów własnych wałów na łożyska poprzeczne. Długość pojedynczego wału pośredniego: - średnica od 30 do 250 mm długość wynosi 2 6 m; - średnica od 250 do 600 mm długość wynosi 6 12 m.

16 Wał pośredni.

17 a) b) c) Wał pośredni: a wał pełny z końcówkami stożkowymi do osadzenia półsprzęgieł tarczowych; b wał pełny z końcówkami do osadzenia sprzęgieł łukowych; c wał drążony z odkutymi w całości kołnierzami.

18 Tunel wałów pośrednich.

19 Wyjście wału pośredniego z przekładni.

20 Wał oporowy Zadaniem tego rodzaju wału jest poosiowe ustalenie linii wałów oraz przekazanie naporu śruby napędowej na łożysko wzdłużne, a tym samym na konstrukcję kadłuba jednostki pływającej. Wały oporowe wykonuje się z reguły jako wały krótkie, co ułatwia ich wykonanie i przechowywanie jako wałów zapasowych.

21 Rozwiązanie konstrukcyjne wału oporowego przystosowanego do łożyska ślizgowego typu Michella

22 Sprzęgła Sprzęgła linii wałów służy do połączenia wału korbowego silnika głównego, wału oporowego, wałów pośrednich i wału śrubowego w jedną całość tworzącą wał napędowy. Sprzęgła sztywne służą do łączenia współosiowych wałów w jedną giętnie i skrętnie sztywną całość. Sprzęgła skrętnie podatne umożliwiają względny ograniczony obrót końców łącznych wałów oraz ruchu wałów przy niewielkim braku współosiowości. Służą one do: - łagodzenia nierównomierności przenoszonego momentu obrotowego; - tłumienie drgań skrętnych; - zmiany częstości drgań skrętnych układu; - równoczesne spełnianie kilku z wyżej wymienionych warunków.

23 Sprzęgła tarczowe (połączenie kołnierzowe) Połączenia kołnierzowe charakteryzują się prostym i łatwym wykonaniem. Sprzęgła tarczowe mogą być wykonane w całości z odcinkiem wału lub mogą być wykonane osobno i następnie osadzone na końcówce wału. Połączenie kołnierzowe pełnego wału śrubowego i pośredniego: 1 wał śrubowy; 2 wał pośredni; 3 śruby pasowane.

24 Sprzęgło tarczowe wału napędowego.

25 Przykład sprzęgła tarczowego na wale.

26 Sprzęgła łubkowe Tego rodzaju sprzęgła najczęściej są stosowane do wałów o średnicy do 120 mm. Moment obrotowy przenoszony jest przez siły tarcia. Wpusty służą do zabezpieczenia sprzęgła przed nadmiernym wzrostem momentu obrotowego. Natomiast dzielony pierścień oporowy służy do przenoszenia siły wzdłużnej naporu śruby. Sprzęgło łubkowe wału napędowego 1 wał; 2 łubek; 3 dzielony pierścień oporowy; 4 wpust; 5 śruby łączące.

27 Zastosowanie sprzęgieł łubkowych umożliwia: - montowanie wału śrubowego od strony rufy: - stosowanie łożysk tocznych; - stosowanie lżejszych i prostszych dławnic nie dzielonych w porównaniu z dławnicami dzielonymi; - stosowanie wałów bez kołnierzy, przy czym dla średnic do 150 mm mogą to być wały walcowane.

28 Łożyskowanie wałów pośrednich Obciążenia łożysk poprzecznych wałów pośrednich: - ciężary wałów napędowych wraz z elementami znajdującymi się na nich (sprzęgła, mechanizmy zmiany skoku śruby nastawnej, itp.); - powstałe na skutek drgań giętnych; - powstałe na skutek odkształceń kadłuba pracującego na fali (zwłaszcza dla kadłubów podatnych wykonanych z laminatów, ze stopów aluminium lub stalowych o cienkim poszyciu); - zmian temperatur; - różnych stanów załadowania statku; - zużycia łożysk.

29 Na statkach można spotkać następujące rodzaje łożysk: - toczne; - ślizgowe. Sprzęgło toczne baryłkowe dwurzędowe 1 obudowa; 2 osłona; 3 bieżnia górna; 4 elementy osadcze; 5 wskaźnik oleju.

30 Sposoby smarowania łożysk ślizgowych poprzecznych (w zależności od prędkości obwodowej wałów napędowych): 1. Smarowanie knotowe dla małych prędkości obwodowych czopa do 1,5 m/s. 2. Smarowanie za pomocą pierścieni luźnych (dla wałów o prędkościach obrotowych od 75 do 200 obr/min). 3. Kombinowane smarowanie pierścieniowe i knotowe dla prędkości obwodowej czopa 1,5 3 m/s. 4. Za pomocą pierścieni stałych (prędkość obwodowa m/s). 5. Smarowanie obiegowe pod ciśnieniem, stosowane przy bardzo dużych prędkościach obwodowych i dużym zapotrzebowaniu oleju.

31 Smarowanie knotowe Ten rodzaj smarowania działa na zasadzie włoskowatości. Olej podawany jest na wał poprzez knot. Wydajność podawanego oleju zależy od przekroju oraz lepkości oleju jak i odległości zbiornika. Smarowanie za pomocą pierścieni luźnych Na czopie wału zawiesza się pierścień o średnicy równej 1,5 1,75 średnicy wału. Jego dolna część zanurzona jest w oleju, który poprzez obrót wału przenoszony jest na wyższy poziom. Dla zwiększenia tarcia pomiędzy pierścieniem a wale wykonać można rowki w pierścieniu. Zasada smarowania pierścieniem luźnym

32 Smarowanie knotowe i za pomocą pierścieni luźnych Łożyska smarowane w ten sposób wykorzystują obie, przedstawione wyżej zasady. Dodatkowo poprzez knot do łożyska dostarczany jest olej podczas postoju, dzięki temu nie ulega ono korozji. Łożysko poprzeczne sztywne (niesamonastawne) smarowane za pomocą pierścienia luźnego i dwóch knotów: 1 korpus łożyska; 2 dolna panwia łożyska wylana białym metalem; 3 pokrywa łożyska wylana białym metalem; 4 luźny pierścień smarujący; 5 knot smarujący; 6 dławi uszczelniający.

33 Smarowanie za pomocą pierścieni stałych W tego rodzaju łożyskach olej potrzebny do smarowania powierzchni jest doprowadzany za pomocą pierścienia stałego. Należy również zwrócić uwagę, że dla większości linii wałów należy stosować łożyska samonastawialne (wahliwe), czyli takie które posiadają możliwość zachowania równoległości tworzących czopa wału i panwii. Łożysko poprzeczne o powierzchni podparcia kula-kula smarowane za pomocą pierścienia stałego: 1 korpus łożyska; 2 pokrywa łożyska; 3 panwia samonastwana; 4 stały pierścień smarujący; 5 zgarniacz oleju; 6 pierścień odrzutowy; 7 wężownica do chłodzenia oleju.

34 Przykład: Łożysko nośne linii wałów serii SRB Łożysko ślizgowe nośne z dzieloną panwią linii wałów okrętowych, smarowane pierścieniem stałym. Korpus łożyska jest odlewany. Wysokocynowa warstwa ślizgowa wylana jest metodą odśrodkową. Olej w łożysku chłodzony jest wodą. Konstrukcja łożyska przystosowana jest do wyjątkowo dogodnej metody montażu na wale. Łożysko serii SRB

35 Łożysko serii SRB (ważniejsze elementy): 1,2 żeliwny korpus łożyska; 3 dolna panewka; 5 dzielony pierścień smarujący; 6 dławik olejowy; 7 zespół chłodnicy oleju 8 zgarniacz oleju; 14 korek spustu oleju; 17 śruba demontażu pokrywy; 22, 32 kołek ustalający; 34 gumowy odrzutnik oleju.

36 Smarowanie obiegowe pod ciśnieniem Smarowanie odbywa się poprzez doprowadzenie do panwi łożyska oleju pod ciśnieniem. Pomiędzy panwią, a czopem wytwarza się tzw. film smarny. Łożysko poprzeczne o powierzchni podparcia kula-cylinder smarowane obiegowo pod ciśnieniem.

37 Łożyskowanie wału śrubowego Rodzaje materiałów z których wykonane są panwie łożyska pochwy wału śrubowego: - drewno (gwajak, lignofol) - guma (naturalna, kauczuk nitrylowy); - metal; - ceramika; - tworzywo polimerowe.

38 Łożysko rufowe drewniane (gwajak, lignofol) W tego rodzaju łożyskach wał napędowy współpracuje z łożyskiem wykonanym z gwajaku (drzewo rosnące w Ameryce Środkowej, należy do jednych z najtwardszych i najbardziej odpornych gatunków) lub prefabrykowanego drewna np. lignogfolu (wykonuje się go z warstw drewna np. brzozowego, o grubości 0,4 0,5 mm przesączonych żywicą. W tego rodzaju łożyskach do smarowania wykorzystywana jest woda. Łożysko pochwy wału wykonane z gwajaku i smarowane wodą

39 Wkładka gwajakowa łożyska rufowego Rozwiązania konstrukcyjne łożysk z wkładkami lignofolowymi: 1 wał śrubowy; 2 tuleja wału śrubowego; 3 wkładka ligniofolowa; 4 listwa ustalająca; 5 tuleja łożyskowa; 6 wkręt.

40 Łożysko rufowe gumowe Łożyska tego typu współpracują z tulejami wykonanymi z brązu lub mosiądzu. Są one smarowane wodą, należy jednak pamiętać, aby nie dostał się do ich wnętrza smar. Dodatkową zaletą tego rodzaju łożysk jest ich możliwość tłumienia drgań. Łożysko pochwy wału wykonane z gumy i smarowane wodą 1 tuleja łożyskowa; 2 wkładka gumowo-metalowa; 3 listwa ustalająca; 4 wkręt.

41 Łożysko rufowe z tworzywa polimerowego Łożyska wykonane są z tworzywa polimerowego, są one masowo produkowane (skład i sposób wykonania jest zastrzeżony przez producenta). Zalety to: niska cena, prostota łożyska, niskie opory ruchu, zdolność do tłumienia drgań, podatność, łatwa obrabialność. Łożyska te są smarowane wodą. Łożysko pochwy wału wykonane z tworzywa polimerowego.

42 Przykłady łożysk wykonanych z tworzywa polimerowego.

43 Łożysko rufowe metalowe Obecnie na większości statków łożyska w pochwie wałów wykonane są z metalu, np. tuleje łożyskowe wylewane są tzw. białym metalem. Ten rodzaj łożysk smarowany jest za pomocą oleju. W związku ze sposobem smarowania, trzeba łożyska w odpowiedni sposób zabezpieczyć przed przedostaniem się wody morskiej do jego wnętrza oraz przed wyciekiem oleju do wody. Podstawowe rodzaje uszczelnień: - uszczelnienia czołowe; - uszczelnienia wargowe.

44 Uszczelnienie czołowe Schemat rufowego uszczelnienia czołowego typu CEDERVALL: 1 wał śrubowy; 2 piasta śruby; 3 tuleja łożyska; 4 pochwa wału; 5 pierścień prowadzący; 6 pierścień ślizgowy 7 pierścień oporowy; 8 sprężyna dociskowa, 9 osłona uszczelnienia.

45 Przykładowe rozwiązanie uszczelnienia czołowego.

46 Uszczelnienie wargowe Schemat rufowego uszczelnienia wargowego typu SIMPLEX: 1 korpus uszczelnienia; 2 pochwa wału; 3 tuleja łożyska pochwy; 4 tuleja wału; 5 pierścień prowadzący; 6 tylne pierścienie uszczelniające; 7 przedni pierścień uszczelniający; 8 sprężyna; 9 piasta śruby; 10 wał śrubowy; 11 osłona; 12 korek.

47 Uszczelnienie wargowe Schemat rufowego uszczelnienia wargowego typu SUBLIME: 1 korpus uszczelnienia; 2 tuleja łożyska pochwy; 3 tuleja wału; 4 pierścień prowadzący; 5 elastyczna membrana gumowa; 6 pierścienie uszczelniające; 7 piasta śruby; 8 wał śrubowy.

48 Uszczelnienie wargowe Schemat rufowego uszczelnienia wargowego firmy Lips.