Гребной вал

Гребной вал. вал. непосредственно несущий на себе движитель судна (гребной винт или гребное колесо). Передача вращения от главной машины судна (паровой поршневой машины, двигателя Дизеля, паровой турбины) движителю осуществляется при помощи нескольких соединенных между собой валов, совокупность которых называется

л н имей па л а. Фигура 1 дает расположение отдельных частей, составляющих линию вала (для винтового судна); 1—гребной вал; 2—дейдвудпый вал (в одновинтовых судах гребной вал является в то же время и дейд-вудным); 3—промежуточный вал; таких валов может быть несколько, называют их также коридорными, по месту их расположения; 4—упорный вал; кроме того, к линии вала относится коленчатый вал поршневой машины, не показанной па фигура; в турбинных установках без передачи коленчатый вал заменяется валом турбины, а в турбинных установках с передачей—валом, несущим большую шестерню. Кроме перечисленных, необходимыми принадлежностями линии вала являются: 1) сальник дейдвуд-ного вала, устраиваемый в месте прохода дейдвудного вала через переборку и препятствующий прониканию зной воды вдоль дейдвудного вала внутрь судна; 2) опорные подшипники (фигура 2), служащие для поддержания собственного веса валов и в то же время являющиеся направляющими опорами при передаче упорному подшипнику .осевого давления, развиваемого винтом; каждый промежуточный вал обычно покоится на двух опорных подшипниках; 3) упорный подшипник, прочно соединенный при помощи особого фундамента с корпусом судна и служащий для передачи судну осевого усилия, развиваемого винтом и сообщающего судну движение. Линия валов должна представлять собою правильную прямую линию, т. к. всякий излом этой линии (угол между двумя жестко соединенными друг с другом валами) при вращении валопровода будет вызывать нагревание и износ подшипников.

<1>ш 2.

На фигуре 3. представляющей Г. в (который в то же время является и дейдвудным) одновинтового судна: а—Г. в.; б—чугунная дейд-вудная трупа, один конец которой крепится к переборке судна, а другой—к ахтерштевню судна; в—бакаутовые вкладыши, служащие подшипниками, на которых лежит дейдвудпый вал; г—бронзовая облицовка (непрерывная); д—дейдвудпый сальник. Если облицовка не сделана непрерывной, то вал, лишенный металлической облицовки, часто защищают от лсштвня мирской воды специальной облицовкой из резины. Из характерных деталей линии вала необходимо отметить еще упорный подшипник. До появлении подшипника системы Мичеля (Michel 1) упорными подшипниками исключительно служили или подшипники со скобами системы Моделей (фигура 4) или (для малых судов) подшипники с кольцевыми выточками, состоящие из двух половин. В подшипниках этих систем удельное давление допускается в пределах от 3 до 6 килограмм/см², и вал

имеет несколько упорных колец. Разработанный Мичелем, на основании новой теории смазки, подшипник дал возможность поднять удельное давление до 25 килограмм/с.ч², вследствие чего оказалось возможным ставить на валу только одно кольцо; конструкция иод-шинника весьма компактна. Сущность устройства, которое допускает такие высокие удельные давления, состоит в следующем (фигура 5); между подшипником I. и упорным кольцом 11 имеются упорные подушки z, которые опираются лишь в одной точке на болты а. Когда кольцо начинает вращаться, то смазочное масло, приходя в движение, отодвигает подушки и удерживает их в наклонном положении по отношению к кольцу, причем наружные концы подушек отодвигаются от упорного кольца дальше,

Т. Э. m. VI.

чем внутренние. В образующиеся между кольцом и подушками клинообразные пространства непрерывно поступают все новые

количества смазки, н, таким образом, трущиеся металлические поверхности нигде не соприкасаются.

Конструкция и расчет. При определении прочных размеров валов коммерч. судов приходится пользоваться теми ф-лами и нормами, которые дают классификационные общества. В СССР наряду с правилами «Регистра Союза ССР» применяются правила Англ. Ллойда, Герм. Ллойда и Бюро Ве-ритас. Размеры валов, определенные по правилам этих об-в, довольно близко подходят друг к другу. Для расчета по правилам Англ. Ллойда служат следующие ф-лы. Промежуточные валы для судов с паровой поршневой машиной:

л _ ,У~Р· · S · Р · 11,22

V е (г + 2) ’

где (I—диам. промежуточного вала в миллиметров. I)—диам. цилиндра низкого давления в миллиметров. 8—ход поршня в миллиметров, 1ГР−рабочее давление в котлах в килограммах/см“, г—отношение площади

поршня цилиндра низкого давления к площади поршня цилиндра высокого давления, с—коэффициент, даваемый табл. 1.

Т а 0 л. 1.—3 н а ч е н п я к О э ф ф и ц цента г (п а-Р о в а я п о р ш н е в а я м а ш и и а к о м n ay ид т ii о ii н о г о и четверного р а с ш и р е н и я).

Распределение колен	Значения	КОЭфф-Та с
Распределение колен	для океанских судов	для речных и озерных судов
2 колена под 90°.	1 900	2 100
2 » » 180°.	1 350	1 500
3 » » 120°.	2 150	2 400
4 кодена уравновешен ной МИНИНЫ.	2 150	2 4О0
•1 колена код 90-.	2 100	2 300

Диаметр коленчатого вала должен быть но меньше 1,05 d диам. Г. в.—не меньше, чем < +,

где Р—диам. винта в aut, а с—коэфф., равный 144, если бронзовая облицовка вала непрерывная, и 100,если облицовка не является непрерывной. Диаметр упорного вала в районе между упорными кольцами должен быть не меньше 1,05 г/; от упорных колец к муфте диаметр упорного вала м. б. сведен путем постепенного перехода к диам., равномуd. Диам. дейдвудпого вала (не несущего винт)—не меньше 1,05 d. Если вал подвержен действию морской воды, то его диаметр должен быть не меньше 1,075 (/. Для судов с паровыми турбинами диаметр промежуточных валов должен быть вычислен по следующей формуле:

d — 25,4 j “,-Fmm,

где S—максимальное число IP на валу, развиваемых турбиной, К—число об/м. F— коэффициент, для океанских судов равный 64, для речных и озерных—58. Диам. вала при турбинах с зубчатой передачей должен быть не меньше 1,05с/—1,Ы, в зависимости от числа и расположения малых шестерен. Для судов с дизелями диаметр промежуточного вала должен быть не меньше d — c) D¹ S миллиметров, где Id—диаметр цилиндра в миллиметров, S—ход поршни в миллиметров, с—коэфф., к-рый берется из табл. 2

Т а В л. 2. — 3 я а ч е и и я коэфф и ц и о я т а с (суда с дизелями).

Число ЩМИЯДР011 А=0,0025 .4=0,0050 /1 =0,0100

Двухтактные простого действия:. 0,305 0,317 0,330

3. 0,340 0,303 0,305

4. 0,364 0,380 0,390

5. 0,380 0,391 0,404

О. 0,398 0,403 0,412

Четырехтактные простого действия:

4.	0,300	0,312	0,327
6.	0,338	0,355	0,370
8.	0,357	0,306	0,376
10.	0,376	0,382	0,389
12.	0,394	0,398	0,404

путем интерполировании в зависимости от величины коэфф-та А, вычисляемого но φι-ле:

А W · d*_v=S 5760,

где W—полный пес махового колеса в килограммах, d v—диам. махового колеса в миллиметров, Л—число об/м., /4—диам. цилиндра в миллиметров, S—ход поршня в миллиметров. Если ход поршня не меньше 1,2 и не больше 1,6 диам. цилиндра, то вместо выражения (^/Л- S м. б. взято выражение 0,735/4+0,273Λ. Вычисление диаметра коленчатого вала дизелей производится по следующей ψ-ле, при условии, что максимальное давление в цилиндре не выше 35 килограмм/см¹:

dk= D- (А · N г В h), где /4—диаметр цилиндра в .ши, S—ход поршня в миллиметров, и h—расстояние в миллиметров между внутренними кромками подшипников,

на которых лежит колено вала. Значения коэффициентов А и В берутся из табл. 3.

Табл, 3,—3 н а ч е п н я л и В для коленчатого вала д к 8 е л е й.

		Значения
Четырехтактные	Двухтактные	КОЭфф-ТОВ
диаеяи простого	дизели простого
действия	действия	А	в
4- или 6-цилнндр.	2- или 3-цилиндр.	0,089	0,05С
8-ЦИЛИИДР.	4-цилиндр.	0,099	0,054
10- ИЛИ 12-ЦИЛИНДр.	5- или 6-цилиндр.	0,1)1	0,052:
16-ЦИЛИНДР.	8-цилиндр.	0,131	0,050

Вышеприведенные формулы дают минимальные, требуемые Англ. Ллойдом, размеры валов. Для судов военного флота, где конструктор не стеснен предписаниями страховых обществ, размеры валов определяются по обычным формулам сопротивления материалов. Коленчатый вал, подвергающийся одновременному действию изгиба и кручения, рассчитывается по формуле Сен-Венана (Saint-Venant):

Пи,г. э I* (о,35 Ми.,г. + 0,65] М^_г.+М_Кр ),

где —допускаемое напряжение на изгиб,

П—момент сопротивления, М_Шг. и М._кр.— соответственно изгибающий и крутящий моменты. Вместо ф-лы Сен-Венана, построенной на теории прочности, предполагающей, что причина разрушения тел кроется в величине наибольш. деформаций сжатия или растяжения, применяется и Англии и входит в употребление в других странах ф-ла:

Нчзг.& „У m_w.+M²Kp.

Эта формула построена на допущении, что причиной разрушения являются возникающие в теле наибольшие деформации сдвига. Очень часто расчет ведется по формулам, учитывающим только касательные напряжения, а именно:

d=1,72 ^м<- см, (1)

I И

а.

У *

М,=71 620 килограммем, (3)

i d диаметр вала, «^—внутренний даам. вала, если вал пустотелый, М,—крутящий момент, К—число индикаторных IP машины, п—число об/м., И.—допускаемое напряженно на сдвиг, которое берется в следующих пределах: 2404-320 Jce.e.u- (для товарных и пассажирских судов), 3504-400 килограмм/см¹(для военных судов тяжелой постройки), 400 480 килограмм/см² (для военных судов легкой постройки), 4804-580 килограмм ем- (для миноносцев). Расчет промежуточных валов, работающих гл. обр. на скручивание, производится по указанным выше ф-лам (1), (2), (3).

В случае турбинной установки иод А понимается число эффективных IP, передаваемых валом. M, берется на 10—15% больше, чем в коленчатых валах; при турбинных установках /?, берется: 4204-450 килограмм/см? (для коммерческих судов), 5004-050 килограмм/см² (для броненосцев и крейсеров) и 7504-850 килограмм/см-(для миноносцев). Очень большое влияние на прочность валов имеют крутильные колебания, возникающие в валопроводе при работе машины. В случае резонанса, то есть совпадения периода собственных колебаний валопровода с периодом действующих сил, в валах могут получиться опасные напряжения, вызывающие их поломку. Определение числа собственных колебаний валопровода и сравнение его с числом оборотов машины дают возможность определить, насколько близко лежат эти пределы. В случае их совпадения, чтобы избежать резонанса, приходится или менять число оборотов машины или изменять размеры валопровода. Крутильные колебания, возникающие в ва-лопроводах, опасны еще и в том отношении, что вал, закручиваясь то в одном то в другом направлении, периодически меняет напряжение, что в конечном результате при соответствующих значениях напряжения может вызвать явление «усталости» материала и повести к поломке (смотрите Вибрации).

Г. в отковываются из болванок, отлитых из сименс-мартеновской стали. Чтобы обеспечить поковку от следов усадочных раковин, вес болванки, предназначаемой для вала, определяют с таким расчетом, чтобы ее прибыльная часть, составляющая 30— 40% от общего веса, осталась неиспользованной; это относится к случаю, когда стальная болванка отливается обычным способом. Если яге при отливке болванки будут приняты особые меры для уменьшения размеров усадочной раковины (подогрев прибыльной части, отливка с насадкой, выложенной огнеупорным кирпичом, прессование жидкой стали), то в таком случае размеры неиспользованной прибыльной части болванки соответственно уменьшаются. Размер болванки в поперечном сечении должен быть таков, чтобы была обеспечена надлежащая проковка вала; считается достаточным, если площадь сечения откованного вала составляет не более 20% от площади поперечного сечения выбранной болванки. Большие судовые Г. в отковываются под гидравлич. или нарогидравлич. прессами, причем мощность пресса в 3 000 тонн достаточна для проковки самых больших валов. Колена в коленчатых валах располагают в поковке от чала в одной плоскости; надлежащее их взаимное расположение под разными углами, согласно чертику, достигается путем скручивания в нагретом состоянии соединительных между отдельными коленами частей вала. Валы обрабатываются резанием на станках со всех сторон; припуск на обработку зависит от размеров вала и колеблется от 5 до 30 миллиметров па сторону. Судовые гребныг валы изготовляются из стали качества обыкновенной углеродистой с временным сопротивлением на разрыв в 40—50 килограмм/мм-. В некоторых случаях коленчатые валы двигателей внутреннего сгорання(1тпример, дизелей) предпочитают делать из специальной стали—никелевой или хромоннкелевой, т.к. эти сорта стали являются более стойкими при работе изделия, когда возможны удары и вибрации. IIoj отковке валы простой углеродистой стали подвергают отжигу, причем t° нагрева должна соответствовать содержанию углерода в стали; валы пз специальных сортов стали подвергаются также по отковке соответствующей составу стали термической обработке. Пробы для испытания качества металла отбирают от концов вала после отжига или окончательной термич. обработки; от малых валов (весом до 10 тонн) пробы берут с одного конца; от валов весом свыше 10 тонн пробы берут с двух концов. Облицовка дейдвудпого вала отливается из бронзы состава: красной меди 86%, олова 10% п цинка 4%. Облицовка насаживается на вал нагретой или под прессом и должна удерживаться трением; крепление ее к налу винтами или гужонамн не допускается.

Лит.: М а д и с о в В. П. Морские паровые машины, вып. 3. СПБ, 1904: Погодин А., Курс пароходной механики, ч. 2, СПБ, 1313: Ситон А. Е., Руководство к проектированию судовых машин и котлов, т. 1, перевод с англ., 2 над. СПБ. 1 0 06: Тимошенко С. II., К вопросу о явлениях резонанса в валах. “Известил С.-Петербургского политехнического института», СПБ. 1905: Bauer G. Der .Sctiiffs-maschinenbau. В. 1. Mch. 1923. В. 2, Miinchen, 1927; Lloyd’s Register of Shipping Rules and Regulations, London, 1923: Bureau Veritas, RPglement pour la construction rt la classification drs navires en acier, P. 1927: Germanischer Lloyd. Yorschriftrn fiir Klassifi-kation u. Bau von flusseisernen Seeschiffen. R. 1926: F r a ii m II. Neue Lntersuchungen liber die dynami-schen Vorgange in die Wellenleitungen v>in Schiffs-masehinen,«. litteilungen liber Forschungsarbeiten». В.

I 902. II. 6, p. 33. Б. Горбунов и И. В оснресен ски й.