Призначення і типи суднових рушіїв

 План уроку

 

Тема уроку: Призначення і типи суднових рушіїв

 

Мета: ознайомити учнів з призначенням і типами суднових рушіїв;

розвивати технічне мислення, стимулювати пізнавальний інтерес, уміння співвідносити теоретичні знання з практикою;

виховувати  уважність, культуру обслуговування рушіїв судна .

 

Методи та методичні прийоми: бесіда  з елементами розповіді,  робота з роздатковим  матеріалом.

Тип уроку: систематизація та узагальнення нових знань.

 

Хід уроку:

 

І. Організаційний момент. (доповідь старости групи про відсутність учнів на уроці, перевірка конспектів).

ІІ. Актуалізація опорних знань.

1. Призначення реверсування дизеля.
2. Принцип роботи реверс-муфти.
3. Принцип роботи реверс-редуктора.

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності. Повідомлення теми уроку,плану уроку (все записано на дошці).

План уроку:

      1. Призначення і типи суднових рушіїв

      2. Особливості застосування гребних колес

      3. Призначення і типи гребних гвинтів

      4. Водометний рушій

      5. Крильчастий рушій

      6. Рушійно-рульовий комплекс «Azipod»

ІV. Закріплення вивченого матеріалу.

 1. Яке призначення рушіїв судна?

      2. Який ККД гребного колеса?

      3. Особливості гребного гвинта фіксованого кроку?

      4. Які конструктивні особливості водометного рушія?

      5. Назвіть типи суден на яких найчастіше застосовують систему «Azipod»?

      6. Охарактеризуйте крильчастий рушій

V. Самостійна робота учнів.

      1. Підготовка проблемних запитань.

      2. Робота учнів з опорними конспектами

      3. Робота з підручниками

VІ. Підсумок уроку.

Оцінювання  роботи учнів на уроці та аналіз відповідей.

VІІ. Домашнє завдання.

 

План уроку

 

Тема уроку: Передача потужності від двигуна до рушія

Мета: ознайомити учнів з призначенням і типами лінії валопроводу;

розвивати технічне мислення, стимулювати пізнавальний інтерес, уміння співвідносити теоретичні знання з практикою;

виховувати  уважність, культуру обслуговування лінії валопроводу судна .

 

Методи та методичні прийоми: бесіда  з елементами розповіді,  робота з роздатковим  матеріалом.

Тип уроку: систематизація та узагальнення нових знань.

 

Хід уроку:

 

І. Організаційний момент. (доповідь старости групи про відсутність учнів на уроці, перевірка конспектів).

ІІ. Актуалізація опорних знань.

1.  Призначення і типи суднових рушіїв

2. Призначення і типи гребних гвинтів
3. Способи підвищення ефективності гребних гвинтів

 

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності. Повідомлення теми уроку,плану уроку (все записано на дошці).

 

План уроку:

      1. Призначення лінії валопроводу

      2. Схема лінії валопроводу

      3. Підшипники валопроводу

      4. Дейдвудний пристрій

     

ІV. Закріплення вивченого матеріалу.

 1. Яке призначення лінії валопроводу судна?

      2. З яких елементів складається лінія валопроводу судна?

      3. Від чого залежить кількість проміжних валів?

      4. Які типи підшипників застосовуються у лінії валопроводу?

      5. Яке призначення дейдвудного пристрою та де він розташований?

      6. Картка завдань

V. Самостійна робота учнів.

      1. Підготовка проблемних запитань.

      2. Робота учнів з опорними конспектами

      3. Робота з підручниками

VІ. Підсумок уроку.

Оцінювання  роботи учнів на уроці та аналіз відповідей.

VІІ. Домашнє завдання.

 

 Суднові рушії

 

Призначення і типи суднових рушіїв

 Для подолання сили опору на судні встановлюють рушії, призначення яких складається у перетворенні підведеної до них потужності головних двигунів в силу упору, за рахунок якої судно отримує хід. Всі рушії працюють за принципом відкидання маси води у бік, протилежний руху судна. Ефективність роботи рушія характеризується коефіцієнтом корисної дії, який дорівнює відношенню корисної потужності, затраченої на рух судна, до підведеної потужності.

 В якості суднових рушіїв використовують:

- гребні колеса;

- гребні гвинти;

- водометний рушій;

- крильчастий рушій;

- гвинторульова система «Азипод».

 Гребні колеса розташовують по бортах або в кормовій частині судна, вони мають горизонтальну вісь обертання, перпендикулярну до напрямку руху. Сучасні гребні колеса обладнані спеціальним механізмом лопатей, що забезпечує їм вхід у воду без удару і вихід з води без зайвого викиду бризок ( рис. 1 ).

 Особливостями гребних коліс є достатньо високий ККД ( до 50…60% ) і можливість створення значного упору при малих осадках судна. Недоліки гребних коліс: складність і громіздкість конструкції, значна маса, вимушене збільшення ширини судна, часті ушкодження, особливо при русі на хвилюванні й у льодових умовах. На морських суднах гребні колеса повністю витісненні гребними гвинтами, сучасна сфера їх можливого застосування – річки й озера, де значних хвиль не буває.

 Гребні гвинти набули найбільшого поширення на сучасних суднах. Вони забезпечують високий ККД ( до 70…75% ), мають невелику масу і габаритні розміри, зручний для розміщення на суднах з будь якою формою обводів корпуса судна ( рис. 2 ).

 

 

 

 На суднах часто встановлюють або один гвинт в діаметральній площині корпуса

( рис. 3 ), або два гвинта симетрично по бортах. На одно гвинтових суднах гребний вал опирається на підшипник, розташований в кормовому дейдвуді корпуса, а на двогвинтових суднах гребні вали ще підтримуються підшипником кронштейна.

 Найбільше розповсюдження отримали гвинти фіксованого кроку ( ГФК ), має від трьох до шести лопатей, які радіально встановлені на маточині. Гвинти можуть бути як правого, так і лівого обертання. Основними геометричними характеристиками гребного гвинта є наступні: діаметр D- діаметр окружності, який описується зовнішньою кромкою лопаті, найбільші гвинти мають діаметр до 12 м; крок гвинта Н- відстань, яку пройшов би гвинт за один оберт в нерухомій гайці ( рис. 4 ).

 При експлуатації гвинтів можуть виникати процеси та явища, які негативно впливають на їх характеристики. Найбільш небезпечною є кавітація, яка виникає за декількох умов.

 На всмоктувальній поверхні лопаті ( поверхні, що звернена у ніс судна) через збільшення швидкості потоку води, що набігає, утворюється зона розрідження, яке може бути таким, що навіть у холодній воді внаслідок пониження температури кипіння утворюються парові бульбашки. Таке закипання холодної води на всмоктувальній стороні лопаті приводить до кавітації. Бульбашки, утворені при закипанні води та заповнені парами води і повітря, при попаданні до зони більш високого тиску миттєво конденсується. При конденсації ці частинки набувають великої швидкості та з величезною силою ударяють по лопаті гвинта, що приводить до ерозії – місцевого утворення виразок внаслідок виривання часток металу. Робота гребного гвинта у таких умовах може призвести до руйнування лопатей. Це явище називається кавітаційною ерозією. З подальшим зростанням частоти обертання гребного гвинта зона кавітації розширюється і тиск у неї падає, конденсація пари відбувається за межами лопаті, кавітаційна ерозія припиняється, але робота гвинта погіршується, оскільки гвинт опиняється якби у «повітряному мішку». Це зменшує упор та ККД гвинта.

 Кавітації уникають зменшуючи швидкість обертання гребного гвинта, а також шляхом вибору при проектуванні відповідних характеристик гвинта. Специфічним засобом боротьби з кавітацією є створення суперкавітуючих гвинтів для швидкохідних суден. Такі гвинти мають значні частоти обертання, вони мають гостру кромку, яка входить до води, і увігнуту нагнітальну кромку.

 Для виготовлення гребного гвинта застосовують нержавіючі сталі, сплави міді

( бронзи, латуні ); гвинти малих суден можуть виготовлятися зі склопластику або алюмінієвих сплавів.

 Для підвищення ефективності гребних гвинтів ( рис. 5.) застосовують напрямні насадки ( a, нерухомі й поворотні), пропульсивні приробки на руль (б), які розташовані за гребним гвинтом, гвинти тандем (в) і співвісні гвинти протилежного обертання (г).

 У гребного гвинта, розташованого у напрямній насадці, упор створюється як лопатями, так і власне насадками. Насадка являє собою кільце, в якому обертається гребний гвинт. Переріз насадки вздовж осі гвинта має криловий профіль, обернений опуклою поверхнею до гребного гвинта. Насадка створює при русі води додатковий упор

( рис. 6.) і поліпшує умови підтікання води до диска гвинта і збільшує швидкість на 2…4%.

 Пропульсивна приробка на руль сприяє підвищенню ККД гвинта і підвищує умови роботи гвинта.

 Звичайні гребні гвинти фіксованого кроку ( з нерухомими лопатями ) проектують з таким розрахунком, щоб найкращим чином забезпечити найбільш характерний режим роботи з нормальним навантаженням. На всіх інших режимах ГФК буде «важким» або «легким», його ККД впаде, двигун не розвине необхідної потужності. Це особливо характерно для суден, які працюють із широким діапазоном навантаження: буксирів, траулерів, поромів. Наприклад, при русі траулера у район промислу його гвинт повинен забезпечувати значну швидкість, а при русі з тралом – значну тягу.

 Гвинт регульованого кроку ( ГРК ) має лопаті, що повертаються навкруги вертикальної осі ( рис. 7.), що дозволяє за рахунок зміни кроку змінювати характеристики гвинта в залежності від режиму роботи судна. Для ГРК характерна наявність маточини дещо більшого, ніж у ГФК діаметра: у ній розташований механізм, за допомогою якого можуть розвертатися лопаті, й тим самим буде змінюватися крок гвинта. При цьому двигун буде завжди працювати з незмінною частотою обертання і розвивати повну потужність. Поворотом лопатей можна отримати і задній хід, що дозволяє мати у складі СЕУ нереверсивний двигун.

 

 

 

 Управління механізмом зміни кроку може забезпечуватися за допомогою механічного, електричного або гідравлічного приводу. Застосування ГРК дозволяє за рахунок підвищення ККД двигуна у різних умовах експлуатації зменшити на 10…15% витрату палива і на 2-3% підвищити середню рейсову швидкість судна.

 Водометний рушій або водометом, прийнято називати рушійно-рульовий комплекс, в якому для прискорення потоку рідини застосовується насос механічного типу, розміщений усередині корпуса судна. Такий рушій має канал ( водометна труба ), що проходить усередині судна, і насос, який всмоктує воду через отвір водозабірного пристрою у днищі судна та викидає її з підвищеною швидкістю через сопло. Тяга створюється відповідно до третього закону Ньютона, за рахунок реакції потоку води, що викидається рушієм у сторону, протилежну руху судна. Робочим органом водометного рушія є осьові або відцентровані насоси, прискорення потоку перед виходом з рушія відбувається на дільниці з плавно зменшуваним перерізом – соплом. Викидання води може здійснюватися у воду чи у повітря. Існують різні конструктивні схеми водометних рушіїв, найбільш поширені наведені на рисунку 8.

 

 

 Широкого застосування водометні рушії набули на судах з підводними крилами. Загальний вигляд сучасного водометного рушія наведено на рисунку 9.

 

 

 Крильчастий рушій складається з кількох ( 4…8 ) крилоподібних вертикальних лопатей, закріплених на роторі, який вмонтований врівень з днищевою обшивкою і приводиться судновим двигуном до руху навкруги вертикальної осі ( рис.10. ).

 

Кожна лопать при обертанні ротору здійснює коливальні рухи навкруги осей, розташованих на колі ротора, тому що кожна з лопатей закріплена перпендикулярно до керуючих тяг, які повертаються навкруги центру управління. Лопаті під час повного обертання ротора створюють упор, спрямований у напрямку руху судна. При зміні положення центру управління змінюється напрямок і величина упору. Судно на якому встановлений крильчастий рушій, має високу маневреність: воно може рухатися вперед, назад, розвертатися на місці й навіть рухатися лагом (бортом).

 Незважаючи на певну складність конструкції і невеликий ККД, крильчасті рушії отримали переважне застосування на тих суднах, для яких необхідна висока маневреність

при відносно невеликих швидкостях руху – на буксирах, плавучих кранах тощо. Управління крильчастим рушієм здійснюється з ходової рубки або з крил ходового містка.

 В останні роки поширення набуло рушійно-рульові комплекси типу «Азипод»

( Azimuthal Pod – поворотна гондола ). Комплекс такого типу являє собою обтічну гондолу, яка має можливість обертатися на 360 градусів. У гондолі розташований двигун, на валу якого встановлюється гребний гвинт ( рис. 11.).

 

 

 

 

Передача потужності від двигуна до рушія

 Енергія від головного двигуна передається рушію (гребного гвинта) через валопровід, що представляє собою кілька з'єднаних в одну конструкцію валів, що спираються на підшипники. Таку передачу називають прямою механічною. За кількістю валопроводів річкові судна поділяють на одно - , двох - і трьох вальні.

 При прямій передачі потужності ( рис.13.) колінчастий вал реверсивного дизеля 8 співвісно з'єднують з коротким упорним 6, проміжним 4 і гребним валами. Кількість проміжних валів залежить від довжини судна і розташування машинного відділення. На них можуть бути змонтовані шківи для приводу електрогенератора і стрічково гальмівний пристрій, за допомогою якого при ремонтних роботах стопорять валопровід від провертання. Проміжні вали спираються на опорні підшипники 3, а гребний вал - на підшипник дейдвудного устрою 2.   

 Останнє є не тільки опорою гребного валу, але і служить для запобігання проникнення води в корпус судна. На великих суднах зовнішній кінець гребного валу (за дейдвудним  пристроєм) спирається на підшипник, змонтований в спеціальному кронштейні.

 Радіальні навантаження і осьові зусилля ( упор ) , що виникають при обертанні гребного гвинта 1, сприймає упорний підшипник 5, корпус якого жорстко прикріплюють до набору корпуса судна або вбудовують в двигун.

 На криголамах, поромах, земснарядах, портових буксирах-штовхачах, пожежних і рятувальних суднах, що працюють з часто змінними режимами, а також на деяких пасажирських суднах, обладнаних допоміжними енергетичними установками великої потужності, застосовують електричну передачу. Судна з такою передачею потужності до рушія називають електрохід.

    

 

 

На електроходах колінчастий вал головного дизеля 6 ( рис. 13,б) з'єднаний з валом

(ротором) генератора 5. Електричний струм, що виробляється генератором, від електророзподільного щита 4 надходить до електродвигуна 3, який через короткий упорний вал 2 забезпечує обертання гребного валу 1. Конструкція валопроводу при такій передачі потужності значно спрощується, полегшується дистанційне керування енергетичною установкою. Однак при подвійному  перетворенні енергії (механічної в електричну та електричної в механічну) виникають втрати потужності головних дизелів, що становлять 15 - 25 %, через що підвищується маса і вартість установки в цілому. Тому валопроводи з електричною передачею потужності обладнують в основному енергетичні установки з часто змінним режим роботи дизелів ( криголами, судна днопоглиблювального флоту і т.п.).

 Підшипники валопроводу. Проміжні вали обертаються в опорних підшипниках. Число підшипників залежить від довжини валопроводу. Зазвичай кожен вал спирається на два підшипника. В якості опорних на річкових суднах застосовують, як правило , кулькові або роликові підшипники кочення, змащені  пластичними мастильними матеріалами.

 Упорними можуть бути підшипники ковзання і кочення . Упорний одногребенчатий підшипник ( рис. 14, а) складається з корпусу 7 і кришки 3. По кінцях підшипник має припливи 2 для опорних вкладишів, що сприймають радіальні навантаження упорного ​​валу 1. Разом з валом 1 від кований гребінь 4, який сприймає упор гвинта і передає його через сегменти 5 скобам 6, вставленим в корпус підшипника і

 

 

зафіксованим від провертання. Упорні сегменти 5 з боку гребня мають бабітову наплавку і упираються в скоби через загартовані центри 9 ( рис. 14, б) . Нижня частина підшипника утворює масляну ванну. Масло у ванні охолоджується водою, що прокачується по змійовику 8.

 При обертанні упорного ​​вала, наприклад, на передній хід мастило захоплюється в порожнину між гребенем 4 і сегментом 5, утворюючи масляний клин а. Під дією гідродинамічного тиску і сили реакції сегмента останній повертається на деякий кут по відношенню до гребеня упорного ​​валу. Кут нахилу сегмента залежить від частоти обертання гребеня і складає 10-20 °.   Масляний клин а запобігає зіткнення гребеня з поверхнею сегментів і, зміщуючи точку прикладання сили реакції щодо центру, забезпечує само встановлення сегментів залежно від частоти обертання упорного валу.

 Широке поширення отримали кулькові й роликові упорні підшипники кочення. В останніх один ряд роликів сприймає упор гвинта при передньому ході судна, другий при задньому. Зовнішню обойму 6 роликів (рис. 14, б) кріплять в корпусі 8 і кришці 7 підшипника, а внутрішню - на конічній втулці 5, що складається з двох половин, покладених у виточку упорного ​​вала 1.

На втулку з обох сторін навернені гайки 3 зі стопорними шайбами ​4. Гайки 3 фіксують внутрішню обойму роликів від осьових зсувів. З торцевих сторін підшипника щоб уникнути витоків масла по валу 1 встановленні ущільнювальні войлочні кільця 2.

 Дейдвудний пристрій.  Опорою гребного валу служить дейдвудний пристрій, який являє собою дейдвудну трубу 3 ( рис.15.), закріплену між перебіркою 5 і зовнішньою

 

 

обшивкою корпусу судна ( ахтерштевнем ) 2. У дейдвудній трубі розміщують втулку 4 з антифрикційним покриттям. Вона, власне, і є опорою гребного валу 1. Внаслідок контакту з забортною водою гребні вали піддаються корозії і посиленого зношування, тому для підвищення терміну служби, на їх робочі шийки напресовують тонкостінні втулки (сорочки) з бронзи або нержавіючої сталі. В якості антифрикційних покриттів дейдвудних труб використовують бакаут ( особливу породу тропічного дерева), штучний деревний пластик ( лігнофоль, текстоліт ) і найчастіше вулканізовану гуму.

 Дейдвудні втулки змащують водою, що надходить із системи охолодження дизеля через кран 7. Для циркуляції води на внутрішній поверхні гумових покриттів є ряд поздовжніх канавок. Проникненню забортної води з дейдвудного пристрою в корпус судна перешкоджає сальникове ущільнення 6 з нажимною сталевий втулкою 9 і набиванням 8 з пеньки, гуми та інших матеріалів.

 

Контрольні запитання

1. Яке призначення рушіїв судна?
2. Назвіть основні види лопатевих суднових рушіїв?
3. Які геометричні параметри є характеристикою гребного гвинта?
4. Проаналізуйте причини виникнення кавітаційної ерозії гребного гвинта?
5. Наведіть особливості гвинта регульованого кроку?
6. Поясніть принципи дії і загальну будову крильчастого рушія?
7. З яких елементів складається водометний рушій?
8. В чому полягає особливість рушійно-рульового комплексу «Азипод»?
9. Як передається енергія від двигуна до рушія?
10. Яка мета встановлення упорних підшипників?
11. Від чого залежить кількість проміжних валів?
12. Яке призначення дейдвудного пристрою?
13. Які матеріали використовуються при виготовленні дейдвуд них втулок?

 

 

Список використаної літератури

Сизых В.А. Судовые энергетические установки, Москва 1990г.

Сенков Г.И. Судовые энергетические установки, Ленинград 1986г.

Семилетка А.І. Суднові енергетичні установки, Київ 2006р.

Горбов В.М. Енциклопедія суднової енергетики, Миколаїв НУК 2010р.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Картка завдання для закріплення пройденого матеріалу

з теми: Передача потужності від двигуна до рушія

Завдання: вписати назву деталі, відповідно до номеру на схемі

 

 

 

1._________________________________________________________________2._________________________________________________________________3._________________________________________________________________4._________________________________________________________________5._________________________________________________________________6._________________________________________________________________7._________________________________________________________________8._________________________________________________________________

 

Оцінка____________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольні запитання

з теми: Суднові рушії

Із наведених до кожного питання відповідей виберіть правильну і проти неї поставте позначку у відповідному віконці.

 

	Тест	Так	Ні	Знає/ Не знає
1.	Дайте відповіді на такі запитання:   1. Чи всі рушії працюють за принципом відкидання маси води у бік, протилежний руху судна?   2. Чи застосовують в якості суднових рушіїв, дизель?   3. Чи можна розташувати суднові рушії по бортах судна?   4. Чи правда, що найбільшого поширення в якості рушія набули гребні гвинти?   5. Чи можливо встановити два гребних гвинта в діаметральній площині корпуса судна?   6. Чи правда, що найбільш негативним і небезпечним явищем для гребного гвинта є кавітація?   7. Чи правда, що управління механізмом зміни кроку (ГРК) може забезпечуватися за допомогою ручного приводу?   8. Чи правда, що механізм водометного рушія знаходиться в середині корпуса судна?   9. Чи правда, що судно з крильчастим рушієм, має погану маневреність?   10. Чи може, рушійно-рульовий комплекс «Азипод» обертатися на 360º?	                                 	                                 
2.	Виберіть правильний варіант відповіді:   1. В якості суднових рушіїв на контейнеровозах застосовують:     а) гребні колеса;     б) крильчасті рушії;     в) комплекс «Азипод»?   2. Способи підвищення ефективності гребних гвинтів:      а) встановити гвинт більшого діаметру, ніж потрібно;      б) застосувати напрямні насадки;      в) встановити гвинт меншого діаметру, ніж потрібно?     3. Робочим органом водометного рушія є:     а) відцентрований насос;     б) гвинтовий насос;     в) струмений насос?   4. Зі скількох крилоподібних вертикальних лопатей, складається крильчастий рушій:     а) 4…8     б) 6…10     в) 2…12   5. Енергія головного двигуна передається гребному гвинту, через:     а) механічний насос;     б) валопровід;     в) проміжні вали?   6. Проміжні вали обертаються в:     а) опорних підшипниках;     б) упорних підшипниках;     в) дейдвудному підшипнику?   7. Що являється опорою гребного валу:      а) ахтерштевень;      б) сальник;      в) дейдвуд ний пристрій?   8. Що перешкоджає, проникненню забортної води в корпус судна:      а) сальник;      б) переборка;      в) гребний вал?	а)  б)  в)      а)  б)  в)        а)  б)  в)      а)  б)  в)      а)  б)  в)    а)  б)  в)      а)  б)  в)      а)  б)  в) 

 

 

Оцінка___________________