CC BY
53
УДК [629.12.037.4+629.12.-8] 192
В. В. Комаров Астраханский государственный технический университет
КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРЫ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДВИГАТЕПЬНО-ДВИЖИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК НА СУДАХ ПР. 19614 ТИПА «Н. НОВГОРОД»
Факторами, определяющими проблему работоспособности двига-тельно-движительных установок (ДДУ) на судах пр. 19614 типа «Н. Новгород» (рис. 1), являются недостаточная технологическая гибкость вало-провода и жесткие технические требования со стороны фирмы-поставщика к нагружению валов и опор редуктора.
Разрешение данной проблемы на основе увеличения технологической гибкости путем удлинения валопровода и соответствующего сдвига в нос ди-зель-редукторного агрегата (ДРА) представляется практически неосуществимым из-за технической сложности работ и соображений экономической целесообразности. В условиях серийного строительства судов разработка более технологичной конструкции ДДУ обусловливается имеющимися габаритными размерами валопровода и существующим местом положения ДРА и его фундамента в машинном отделении. Однако ограждение редуктора от влияния валопровода при существующей ДДУ нереально. От деформации корпуса судна (в связи, например, с приемом груза или его выгрузкой) и износов подшипниковых пар дейдвудного устройства возникает изгиб валопровода. При жестких фланцевых соединениях валов ДДУ в дополнительный изгиб будет вовлекаться и ведомый вал редуктора, кормовое опорное сечение которого оказывается наиболее нагруженным. Обеспечение работоспособности ДДУ, таким образом, представляется возможным только при кардинальных изменениях ее существующей конструкции.
На рис. 2, а, б приведены более технологичные схемы ДДУ, конструктивно различающиеся между собой, но имеющие одинаковые с ДДУ на рис. 1 диаметры валов и габаритные размеры по длине.
Р&дчшар ШГШ
Ю$!
Рис. 1. Двигательно-движительная установка на судах пр. 19614 типа «Н. Новгород»
ТорсоЗраъна.'Я мцорща
ПО ГОСТ Р50192-9&
о]
Редуктор ЩР-83
Зубчатая муажю.
ПО ГОСТ Р5089В-«Г,
\
к1>/
иНН*
2,03
%
0,30 _
3,50
т<
I № |№|Й5?| ОМ5
Рг
б
Рис. 2. Конструктивные варианты ДДУ: а - с торообразной муфтой; б - с зубчатой муфтой
Определяющим элементом этих ДДУ являются упругая (торообраз-ная по ГОСТ Р50892-96*) или гибкая (зубчатая по ГОСТ Р50895-96**) муфты, устанавливаемые между валопроводом и редуктором. Частичное или полное ограждающее влияние на редуктор указанные муфты оказывают за счет высокой изгибной податливости резинокордной оболочки или за счет кинематической связи в зубчатых зацеплениях, исключающих взаимную передачу изгибающих моментов и перерезывающих сил состыковываемых валов.
Для восприятия упора гребного винта в составе ДДУ (рис. 2) предусматривается упорный вал со своим подшипником (по ОСТ 5. 4068-73).
Расчетные параметры состояния (при соосном положении всех опор) в статическом состоянии ДДУ и в начальный период ее эксплуатации приведены в табл. 1. При расчете опорных реакций и изгибающих моментов для ДДУ с торообразной муфтой были учтены упругие свойства резинокордной оболочки.
а
ГОСТ Р50892-96. Муфты упругие с торообразной оболочкой. Технические условия.
ГОСТ Р50895-96. Муфты зубчатые. Технические условия.
Таблица 1
Параметры состояния ДДУ
Контролируемые параметры Значения параметров на опорных сечениях
D2 \ Di 1 1 1 Fi 1 F2
В статическом состоянии Д ДУ
Реакции на опорах, Н Изгибающие моменты, Н.м 25905 25930 -9464 -9464 18500 18560 -9505 -9316 4590 5910 -2370 -2159 21810 7515 -3572 -734 -9565 -90 0 0
С учетом нагрузок в зубчатом зацеплении
Реакции на опорах, Н Изгибающие моменты, Н.м 25895 25930 -9464 -9464 18745 18560 -9530 -9316 3890 5910 -1955 -2159 75300 59245 -4760 -734 -13525 -2930 0 0
С учетом теплового расширения редуктора
Реакции на опорах, Н Изгибающие моменты, Н.м 25880 25930 -9464 -9464 19225 18560 -9628 -9316 2560 5910 -1155 -2159 78140 59425 -3572 -734 -15495 -2930 0 0
*В числителе приведены данные для ДДУ с торообразной муфтой; в знаменателе - для ДДУ с зубчатой муфтой.
Из сравнения данных в табл. 1 и значений нагрузок для опор и валов в табл. 2 следует, что по варианту валопровода с торообразной муфтой из-за перегрузок кормовой опоры вала редуктора работоспособность ДДУ не обеспечивается (ЯР1 = 78 140 Н при [Л^]= ± 66 910 Н). Перегрузка опоры редуктора связана с влиянием массы муфты ^м = 815 кг) и с передачей на нее определенной доли весовых нагрузок от валопровода.
Таблица 2
Пределы нагружения опор и валов (в вертикальной плоскости)
Параметры нагружения Значения параметров на опорах
D2 Di 1 Fi F2
Реакции на опорах, Н: max[RJ/min[Rj] Изгибающие моменты, Н.м: max[Mj]/min[Mj] 49570 7290 48275 -48275 44200 6500 43125 -43125 38000 2420 43125 -43125 66910 -66910 31665 -31665
Предельные отклонения номинальных опорных реакций nom R и изгибающих моментов nom Mi (см. табл. 1) для ДДУ с зубчатой муфтой рассчитаны по формулам:
max[AR ] = max[R ] - nom R ; min[AR ] = min R - nom R ;
max[AM ] = max[Mi ] - nom ; min[AMi ] = min- nom ,
а значения их составных частей, назначаемых для целей постройки (ремонта) max(min)[ARi]KT, max(min)[AM]KT и эксплуатации max(min)[AR]^, max(min)[AMbK в равном их соотношении между собой, приведены в табл. 3.
Таблица 3
Предельные отклонения номинальных параметров состояния ДДУ*
Параметры Значения предельных отклонений
В Ві 1
Предельные отклонения опорных реакций, Н: тах[Дйг- ]КТ / тш[ДКг- ]КТ; шах[ДКг- ]ЭК / тт[Дйг- ]ЭК Предельные отклонения изгибающих моментов, Н.м: тах[ДМ;- ]КТ / тт[ДМг- ]КТ; тах[ДМг- ] / тт[ДМг- ]ЭК 11820 -9320 12820 -6030 26220 -16900 16045 -1745
*При наличии на зубчатой муфте только кинематической связи ведомый вал редуктора дополнительному изгибу не подвергается.
В период эксплуатации от износов/к и/ на дейдвудных опорах (рис. 3) дополнительный изгиб будет распространяться только на длину валопровода до зубчатой муфты. Дополнительное нагружение валов и опор в этом случае описывается, согласно ОСТ 5.335-85, уравнениями в табл. 4.
■Зі=аЙ22-‘іО% мч
і=Аєі>
Рис. 3. Изгиб валопровода в связи с износами на дейдвудных опрах
Таблица 4
Нагружение опор и валов в связи с износами на дейдвудных опорах
Опорные сечения Дополнительные реакции на опорах, Н
Дг &Яд 2 = (-256,12 /к + 1067,38 /Н )
А &Яд1 = (1067,38 /к - 4448,31 /н )
1 ЛЯ1 = (-811,26/к + 3380,93/Н )
Дополнительные изгибающие моменты, Н.м
Дг &Мд 2 = 0
А &Мд1 = (-1646,85/к + 6863,28/Н )
1 ЛМ1 = 0
При ограничениях по нагружению опор шах[&Яг]ЭК , шіп[&Лг]ж и валов шах[&М]ЭК, шіп[&Мг]ж из табл. 3 диапазон допускаемых (по состоянию центровки двигательно-движительной установки) износов на дейд-вудных опорах определяется системой неравенств для опорных реакций и изгибающих моментов:
шах[&Я ]ЭК > &Яг- > шіп[&Я- ]ЭК; шах[&Мг- ]ЭК > &МІ > шіп[&Мг- ]ЭК .
В графической форме диапазон допускаемых износов представлен в виде площади между линиями [&ЛД1] и [ЛЯі] на рис. 4. Если принять удельные износы /к = 0,22-0,25 мм/1000 ч [1] и соотношение удельных износов на кормовой и носовой дейдвудных опорах /к / /Н »1,75 [2], эксплуатационный период до наступления предельных износов [/к] = 4,00 мм
и [/Н] = 2,30 мм (рис. 4) достигает Т »16 • 103 ч.
Рис. 4. Диапазон допускаемых износов на дейдвудных опорах
Большое значение для судов имеет возможность восстановления утрачиваемой по результатам эксплуатации работоспособности ДДУ путем ремонта при минимальной трудоемкости и сроках его проведения.
Все изменения в ДДУ, возникающие в период эксплуатации, сводятся в конечном итоге к несоосности между валопроводом и редуктором на зубчатой муфте. Целью всех работ, включаемых в объем центровки ДДУ, и будет устранение указанной несоосности. Наиболее эффективным технологический процесс центровки будет в том случае, если устранение несоосностей становится возможным за счет изгиба валов (в допускаемых пределах) при неизменном положении ДРА на фундаменте.
Расчетные методики в ОСТ 15. 335-85 позволяют описывать состояние ДДУ при изгибе валов в связи с устранением несоосностей по
схеме на рис. 5, в форме уравнений для дополнительного нагружения опор и валов (табл. 5).
|61?1Е
ад
*«>
т
!-кшШ
-^а_и„ф
ЬЬ2Ь
-А
Рис. 5. Дополнительный изгиб валов в связи с устранением несоосностей
Таблица 5
Параметры дополнительного нагружения опор и валов в связи с устранением несоосностей
Параметры устраняемой несоосности Параметры нагружения
Дополнительные реакции, Н Дополнительные изгибающие моменты, Н.м
Смещение Д, мм 5ЯШ = 534,21Д; 5Ят1 = -2226,82Д; 5Д = 1692,12Д. 5Мт = 0; 5Мт = 3435,00Д; 5М1 = 0.
Излом Ф, мм/м 5ЯВ2 = 1471,81Ф; 5Ят =-6129,43Ф; 5Д = 4657,62Ф. 5Мт2 = 0; 5Мт1 = 9463,72Ф; 5М1 = 0.
При ограничениях по нагружению опор шах[ДЯг]КТ, шт[лКг]КТ, шах[ДМ]КТ, тт[дМг-]КТ из табл. 3 диапазон устраняемых несоосностей определяется системой неравенств:
шах[д^. ]КТ >д^. > ш1п[д^. ]КТ; шах[дМг- ]КТ >дМ{ > тт[дМг- ]КТ.
После подстановки значений входящих параметров из табл. 3 и 5 диапазон устраняемых несоосностей оказывается равным:
- по смещению от Д = 1,03 мм до Д = 2,71 мм при одновременном изменении изломов от Ф = -0,38 мм/м до Ф = 0,98 мм/м;
- или по излому от Ф = -0,38 мм/м до Ф = 0,98 мм/м при одновременном изменении смещений от Д = -1,03 мм до Д = 2,71 мм.
На основании данных [3, 4] диапазон компенсирующей способности зубчатой муфты может быть установлен в пределах: по смещению [5] < ±1,85мм и излому [ф] < ± 2,75мм/м. С учетом этого суммарный диа-
пазон несоосностей, в пределах которого изломы и смещения на зубчатой муфте при центровке могут быть доведены (за счет изгиба валов регулированием нагрузки 5^) до значений, не нарушающих работоспособность зубчатой муфты и валопровода, определяется полем на рис. 6.
Изложенный материал по ДДУ с зубчатой муфтой и результаты аналитического обоснования приводят к следующим основным выводам:
- работоспособность редуктора, определяемая техническими требованиями фирмы-поставщика на монтаж и эксплуатацию, может быть обеспечена за счет включения в состав ДДУ зубчатой муфты;
- работоспособность валопровода с зубчатой муфтой обеспечивается во всем объеме технических требований действующей нормативной документации и в течение требуемого периода эксплуатации;
уровень технологичности конструкции ДДУ с зубчатой муфтой позволяет восстанавливать ее работоспособность при ремонтах судна за счет центровки с минимальными затратами времени и труда.
1. Смирнов Б. И. Износостойкость гребных валов с капролоновыми подшипниками // Судостроение. - 1975. - № 4. - С. 25-27.
2. Моделирование на ЭВМ процесса эксплуатации опор гребного вала / В. Ф. Бабанин, М. Б. Рубин, А. В. Николаев, М. В. Шулькин // Судостроение. - 1986. - № 11. - С. 36-38.
3. Ряховский О. А., Иванов С. С. Справочник по муфтам. - Л.: Политехника, 1991.
4. Калюжный С. Е., Лобанов М. Я. Нормирование центровки судовых турбоагрегатов, соединяемых зубчатыми муфтами // Судостроение. - 1980. - № 2. - С. 44-46.
і А мм
Рис. 6. Диапазон несоосно-стей на зубчатой муфте, устраняемых при центровке
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
Получено 18.02.05
CONSTRUCTIVE MEASURES MAINTAINING OPERABILITY OF PROPULSIVE ARRANGEMENTS ON SHIPS pr. 19614 “N. NOVGOROD” TYPE
V. V. Komarov
In the article are given constructive variants of propulsive arrangements with compensating couplings. There have been analysed calculation data of state concerning influence of operating factors and estimated operability of reductor gears and drive-shafting. Also there has been shown influence of different types of couplings on safety and durability of the reduction gear operation.
