Что такое муфта судового двигателя

Муфты и редукторы дизелей

Муфты. На судах, где среднеоборотные дизели применяют в качестве главных двигателей, а частота вращения винта небольшая по сравнению с частотой вращения валов этих дизелей, призе меняют зубчатые редукторы. Между дизелем и редуктором обычно устанавливают упругую муфту для устранения вибрации. Часто возникает необходимость в муфтах для разъединения дизеля и редуктора.

Такие упругие или гибкие соединения валов позволяют иметь некоторое смещение (децентровку) линии вала и амортизируют или устраняют вредное воздействие изменения значений крутящего момента вала дизеля. Муфты выполняют дополнительную функцию — служат в качестве соединительного и разъединительного устройства. По принципу действия муфты могут быть механическими, электрическими, гидравлическими или пневматическими. Обычно функции разъединения и соединения валов объединены в одной муфте.

Муфты представляют собой устройства, служащие для соединения или разъединения приводного агрегата (дизеля) от агрегата, который он приводит во вращение. Например, если два дизеля соединены с гребным валом посредством редуктора, с помощью муфты можно обеспечить вращение винта от одного или двух дизелей, а также можно производить реверсирование.

В гидравлической или жидкостной муфте для соединения ведущего колеса (импеллера) с ведомым рабочим колесом (рис. 2.23) используется масло, поэтому изнашивание этих двух деталей сведено к минимуму и муфта работает плавно. Рабочее колесо и импеллер имеют выемки, обращенные одна к другой, которые заполняются маслом при вращении этих деталей. Импеллер с приводом от дизеля при вращении сообщает маслу кинетическую энергию, которая передается рабочему колесу. Упорный подшипник монтируется на одном конце муфты для восприятия осевого усилия, развиваемого этим соединением.


Рис. 2.23. Гидравлическая муфта:
1 — упорный подшипник; 2 — ведущее колесо (крыльчатка); 3 — отверстия для спуска масла» циркулирующего в замкнутой системе; 4 — скрепляющая крышка (кожух); 5 — ведомое колесо (ротор); 6 — отверстие для подвода масла

Электромагнитная муфта состоит из двух электромагнитов. Один с обмоткой последовательного возбуждения с полюсами, прикрепленными к малому зубчатому колесу, с возбуждением от источника постоянного тока, подаваемого с борта судна (рис. 2.24). Второй электромагнит, с обмоткой, прикрепленной к коленчатому валу дизеля, возбуждается индуктивно через воздушный зазор (устройство обмотки на коленчатом валу подробно описано в гл. 14). Эти два электромагнита вместе образуют как бы электрогенератор. Так как магниты вращаются, то производится механическая, а не электрическая энергия. Муфта, таким образом, воспринимает механическую мощность от дизеля, преобразует ее в электрическую мощность, затем в механическую энергию на зубчатой паре колес. При использовании гидравлической муфты возникает небольшое различие в частоте вращения вала дизеля и ведомого вала, известное как скольжение. При этом ведомый вал вращается несколько медленнее ведущего.


Рис. 2.24. Электромагнитная муфта:
1 — вал редуктора; 2 — обмотка; 3 — от вала дизеля; 4 — обмотка типа «беличья клетка»; 5 — коллектор

Редукторы. Редукторы используются для уменьшения частоты вращения валов среднеоборотных дизелей до частоты вращения винта. Передаточное число от 2: 1 до 4: 1 характерно для современных судовых энергетических дизельных установок.

Зубчатые редукторные устройства похожи на устройства, применяемые в турбинах, которые описаны в гл. 3.

Реверсирование. Если редуктор используется с дизелем, реверсивное устройство может быть соединено с дизелем так, что сам дизель при реверсировании не изменяет направление вращения вала. На судах, где используется винт регулируемого шага (ВРШ), нет необходимости реверсировать главный двигатель. Тем не менее, когда это необходимо при работе судна на маневрах, время впрыскивания топлива в цилиндры должно быть изменено.

В дизелях, где используются выпускные тарельчатые клапаны, их настройка также должна быть соответствующим образом изменена. Если топливные насосы имеют толкатели, то топливные кулачки на распределительном валу должны быть передвинуты для возможности работы на задний ход. Это можно сделать благодаря наличию на распределительном вале специальных кулачков для реверса путем передвижения распределительного вала вдоль горизонтальной оси до требуемого положения. В качестве альтернативы может быть использована специальная муфта, обеспечивающая угловое проскальзывание вала топливного кулачка относительно распределительного вала на участке реверса.

Кулачок топливного насоса и разъединительная муфта углового проскальзывания показаны на рис. 2.25. Форма кулачка такова, что впрыскивание топлива в цилиндр дизеля начинается при подходе поршня к верхней мертвой точке, примерно в положении около 10° поворота коленчатого вала (ПКВ) до в. м. т. и заканчивается примерно в положении поршня 5° ПКВ после в. м. т. Затем наступает период покоя, когда плунжер насоса не двигается. Полный поворот (реверс) кулачка будет симметричен этому положению, как показано на рис. 2.25. Угол, образующийся между в. м.т. при вращении вала топливного кулачка вперед и назад, называется «потерей движения», необходимой для перехода на вращение вала дизеля назад. Для реверса применяется муфта или сервомотор с лопастями, прикрепленными к кулачковому валу, которые могут передвигаться в соответствии с передвижением кулачкового вала, приводимого от коленчатого вала. Лопасть, как видно из рис. 2.25, удерживается в положении «работа вперед» под воздействием масла, находящегося под давлением. Когда масло поступит под давлением по каналу, лопатка повернется на угол «потери движения» и обеспечит подачу топлива для обеспечения работы дизеля при заднем ходе. Воздушная пусковая система изменяет настройку посредством передвижения распределительного вала или путем непосредственной подачи воздуха в пусковой воздухораспределитель для изменения положения кулачков. Выпускные, или тарельчатые, клапаны имеют свою собственную муфту или сервомотор для обеспечения перевода на задний ход.

Читайте также:  Ремонт двигателя рмз 550 своими руками


Рис. 2.25. Схемы реверса:
а — работа кулачка топливного насоса; 1 — наполнение топливом; 2 — впрыскивание топлива до в.м.т.; 3 — положение поршня в в.м.т.; 4 — впрыскивание топлива после прохождения поршнем в.м.т.; 5 — концентрическая часть профиля кулачка (не перемещающая сопряженную деталь-ролик); 6 — работа «вперед»; 7 — работа «назад»; 8 — впрыскивание топлива после прохождения поршнем в.м.т.; 9 — потеря движения плунжера насоса; 10—кулачок топливного насоса, 6 — разъединительная муфта: 1 — канал для подачи масла (рабочей жидкости); 2 — кулачковый (распределительный) вал; 3 — канал для стока масла; 4 — вращающаяся лопасть; 5 — зубчатый привод распределительного вала от коленчатого вала через промежуточные шестерни; 6 — потеря движения (скольжение)

Источник

Соединительные муфты

Соединение промежуточных валов между собой, а также промежуточного вала с дейдвудным, производится при помощи обычного фланцевого соединения, выполненного заодно с валом (для судов малого водоизмещения); специальных шпоночных муфт, насаживаемых на концы валов; бесшпоночных муфт и полумуфт, напрессовываемых на концы валов гидропрессовым способом.

Бесшпоночное соединение промежуточных валов (рис. 85) осуществляется при помощи полумуфт 1, устанавливаемых с натягом на конусные концы 5 валов гидравлическим способом. Полумуфты 1 соединяют затем болтами 2 через конусные отверстия. Резьбовые отверстия 3 и 6 и кольцевые выточки 7 служат для подачи масла под давлением около 12-104 кн/м 2 (1200 кгс/см 2 ) в микро-зазоры между конусом вала и внутренней поверхностью полумуфт. Резьбовые отверстия 4 предназначены для крепления съемного приспособления.


Рис. 85. Соединение валов при помощи бесшпоночных муфт.

Для соединения вала двигателя с валопроводом применяют обычно специальные муфты: гидравлические, электромагнитные и шинно-пневматические.

Гидравлические муфты состоят из двух полумуфт. На валу двигателя устанавливают полумуфту, разделенную радиальными и концентрическими перегородками на ряд камер. Вторую полумуфту располагают на присоединяемом валу. Между полумуфтами имеется небольшой зазор; их помещают в общий неподвижный кожух, внутрь которого подают под давлением воду или масло. Во время вращения вала двигателя жидкость, заполняющая камеры обеих полумуфт, приобретает вращательное движение в камерах, заставляя вращаться полумуфту, установленную на примыкающем валу валопровода, а следовательно, и сам валопровод.

Электромагнитные муфты также состоят из двух полумуфт, из которых одна, внутренняя, жестко соединенная с валом двигателя, является короткозамкнутым ротором, а вторая, посаженная на присоединяемый вал, представляет собой диск с ободом, на котором установлены электромагнитные и контактные кольца. Между полумуфтами имеется небольшой зазор, поэтому, когда вал двигателя начинает вращаться, короткозамкнутая обмотка полумуфты-ротора пересекает магнитное поле, образуемое электромагнитами наружной полумуфты при подводе к ним тока через контактные кольца; в обмотке индуктируется электродвижущая сила и возникают токи, которые, взаимодействуя с магнитным полем, создают вращающий момент.

Шинно-пневматические муфты служат не только для соединения и разъединения вала двигателя с валопроводом, но и для других соединений последнего. Ведущая часть муфты представляет собой стальной барабан, жестко соединенный с валом двигателя. Наружная цилиндрическая поверхность барабана является фрикционной поверхностью муфты. Ведомая часть муфты, соединенная с валом, состоит из диска и обода со съемной шиной, представляющей собой замкнутую камеру, изготовленную из резины. На внутренней поверхности шины установлены фрикционные колодки, охватывающие наружную поверхность ведущего барабана таким образом, что между нею и колодками образуется небольшой зазор. Воздух подается в камеру, раздувает ее, прижимает фрикционные диски к наружной поверхности барабана, создавая силу трения, необходимую для вращения валопровода.

Источник

Судовые передачи мощности

К важнейшим составным частям судовых энергетических установок относятся элементы передачи мощности. Под этим понимаются все элементы, участвующие в передаче крутящего момента от коленчатого вала или ротора в турбинах к гребному винту. Типовая дизельная энергетическая установка с двумя среднеоборотными дизелями показана на рисунке. Она включает в себя муфты, одноступенчатый редуктор, валопровод и гребной винт. В энергетических установках с малооборотными дизелями редуктор отсутствует, в турбинных и энергетических установках с высокооборотными дизелями ставят двух- и трехступенчатые редукторы. В дизель- и турбоэлектрических энергетических установках предусмотрены электродвигатели.

Дизель-редукторная энергетическая установка со среднеоборотными дизелями

1 — муфте; 2 — редуктор; 3 — валопровод; 4 — гребной винт

Муфта соединяет узлы, выполняющие вращательные движения. Муфта предназначена для передачи крутящего момента от ведущего вала к ведомому, а также для сглаживания незначительных продольных, радиальных, угловых отклонений и крутильных колебаний. В зависимости от конструкции, назначения и принципа действия различают жесткие (глухие), упругие, фрикционные, гидродинамические и электромагнитные муфты. В судовых установках встречаются все виды муфт в зависимости от типа, мощности и конструкции главного двигателя. В установках, не имеющих передаточных механизмов (например, в малооборотных дизелях), чаще всего применяют жесткие муфты (рис. а, b). Фланцы жесткой муфты в разогретом состоянии запрессованы на вал или на конус и дополнительно зафиксированы призматической шпонкой. В энергетических установках с редуктором связь между редуктором и двигателем, а также с валом гребного винта осуществляется со стороны двигателя чаще всего через соединительную муфту, а со стороны гребного винта — через разобщительную. На рис. е показана упругая муфта. Она состоит из двух оснований, соединенных между собой гибкими прокладками, изготовленными из специальной резины. Такие муфты винтами крепятся к фланцам вала. Они могут передавать моменты независимо от направления вращения. За счет гибких вкладышей возможно выравнивание при перекашивании валов относительно друг друга.

Читайте также:  Схема двигатель постоянного тока датчик холла

Работа гидродинамических муфт основывается на гидравлическом принципе, схематично показанном на рис. с. Это можно представить себе так: насос, приводимый в движение двигателем, отсасывает жидкость из резервуара, и нагнетает ее в турбину. Жидкость под определенным давлением протекает через лопатки турбины, приводя ее в движение, и затем течет обратно в резервуар. При одинаковых размерах роторов насоса и турбины агрегат работает как гидравлическая муфта, при различных — он превращается в гидротрансформаторную передачу, позволяющую изменять частоту вращения ведомого вала. На практике роторы насосов и турбин находятся в специальном корпусе (рис. d). Действие гидродинамической муфты основывается на энергообмене между двумя полумуфтами (рис. d) с помощью рабочей среды и циркуляции жидкости. Эта циркуляция возникает только в том случае, когда первичная сторона и турбина имеют равные частоты вращения. У гидравлических муфт, используемых на судах, это скольжение составляет от 1,5 до 3%.

Судовые муфты

а, b — жесткие (глухие) муфты: 1 — полумуфта; 2 — фланец; 3 — шпоночная канавка со шпонкой. с — схема гидромуфты: 1, 2 — насосы; 3 — цистерна. d — схема гидромуфты (турбо-муфты); е — гибкая муфта. 4 — фланец; 5 — элемент муфты. f — электромагнитная муфта.

В судовых главных двигателях довольно часто применяют также электромагнитные индукционные скользящие муфты. Принцип действия подобной муфты состоит в использовании вращающего момента, возникающего вследствие воздействия вращающегося магнитного поля на индукционные токи. Внутренняя часть муфты расположена на ведущем вале. Обмотки полюсов через щетки и контактные кольца питаются постоянным током. Внешняя часть муфты имеет обмотку в виде беличьей клетки. Когда внешняя часть, приводимая в движение двигателем через вал, начинает вращаться и возбуждается, она вместе с валом, связанным с ней и ведущим, например, к редуктору, попадает в область вращения магнитного поля. За счет этого в обмотке типа беличьей клетки этой части муфты возникают индукционные токи. Эти токи, взаимодействуя с силовыми линиями магнитного поля, обусловливают возникновение момента вращения, вследствие чего внешняя часть муфты начинает вращаться вместе с внутренней. Таким образом вращение, мощность и момент вращения передаются от двигателя к валу редуктора. Часть муфты с обмоткой типа беличьей клетки должна — аналогично гидродинамической и электромагнитной муфте — вращаться медленнее, чем вращающееся магнитное поле, так как при одинаковой скорости вращения обеих частей не могли бы возникнуть индуктированные токи и передача вращающего момента была бы невозможна. Поэтому и в данном случае имеет место так называемое скольжение муфты. Редуктор главного двигателя должен передавать момент вращения и так изменять его частоту вращения, чтобы она имела оптимальную величину, необходимую для нормальной работы гребного винта. На судах чаще всего применяют механические редукторы, состоящие из зубчатых колес. С введением планетарного редуктора появилась возможность значительно уменьшить размеры и общую массу. В последнее время на новых судах все чаще используют планетарные редукторы в энергетических установках со среднеоборотными дизелями, газовыми или паровыми турбинами.

Механический судовой редуктор

а — суммирующий; b — планетарный. 1 — вал турбины высокого давления; 2 — вал турбины низкого давления; 3, 5, 8, 9 — центральные солнечные шестерни; 4 — водило; 6 — свободный эпицикл; 7 — вал; 10 — тормозной эпицикл; 11 — свободное водило; 12 — полый вал; 13 — зубчатые колеса (3-я ступень); 14 — приводное зубчатое колесо гребного вала; 15 — гребной вал; 16 — гребной винт

Валопровод соединяет приводной двигатель с гребным винтом. Гребной вал, который в зависимости от расположения машинного отделения на судне может состоять из одной или нескольких соединенных через глухие муфты частей, должен передавать момент вращения двигателя на гребной винт. Гребной вал опирается на радиальные подшипники. Концевая часть проходит в уплотнительном сальнике, который предохраняет туннель гребного вала от попадания морской воды. На конусообразной концевой части гребного вала закреплен гребной винт (рис. а). Осевое давление, действующее со стороны гребного винта и передаваемое дальше через вал, воспринимается упорным подшипником. Принцип действия упорного подшипника изображен на рис. d-е. Такой подшипник старого типа состоит из взаимодействующего с опорными поверхностями гребня давления; опорные поверхности залиты металлом. На переднем ходу функционирует одна поверхность гребня давления, на заднем — другая.

Валопровод

а — общий вид; b — полумуфта; с — упорный подшипник; d, e — принцип действия упорного подшипника. 1 — гребной вал; 2 — сальник; 3 — полу- подшипник; 6 — переборочный сальник; 7 — муфта; 4 — промежуточный вал; 5 — опорный упорный подшипник; 8 — упорный вал

Гребной винт в настоящее время является почти единственным типом движителя. Он состоит из нескольких лопастей, радиально укрепленных на ступице. Во время вращения гребного винта вокруг своей оси на лопастях возникает сила давления, которая в конечном итоге обусловливает движение судна. Характерной величиной гребного винта является шаг. Его теоретическое значение, т. е. без учета скольжения, зависит от угла атаки лопасти гребного винта. Для достижения хорошего взаимодействия между главным двигателем и гребным винтом необходимо, чтобы параметры и особенно шаг винта имели определенные значения. Оптимальное взаимодействие будет достигнуто лишь при определенном состоянии нагрузки судна и при определенных погодных условиях (ветер, волнение и т. д.). Если эти значения отклоняются от заданных, то взаимодействие двигателя и гребного винта не приносит результата, заложенного в проекте. На практике это означает, что взаимодействие двигателя и относящегося к нему гребного винта будет наиболее эффективным, например, при полной нагрузке судна и при хорошей погоде. На судах, работающих в изменяющихся условиях, таких как буксиры или рыболовные суда (свободный ход, ход с тралом), движитель должен быть приспособлен к соответствующим условиям работы. Вместе с тем стало бы возможным одновременное использование полной мощности приводного двигателя при различных состояниях его нагрузки.

Читайте также:  Двигатель генератора хонда как разобрать

Судовой движитель

а — гребной винт с неподвижными лопастями; b — винт регулируемого шага; с — гребной винт в насадке; d — соосные гребные винты

Лопасти винта фиксированного шага отлиты вместе со ступицей или прочно привинчены к ней (см. рис. а). Изменять шаг можно на гребных винтах регулируемого шага ВРШ (рис. b). Лопасти гребного винта расположены на криволинейных дисках и укреплены на ступице винта так, что они могут поворачиваться. Применение ВРШ позволяет использовать нереверсивные двигатели в качестве судовых. Они могут работать и при постоянной частоте вращения, так как в этом случае можно осуществлять все маневры путем изменения угла атаки, т. е. от самого большого шага винта на переднем ходу, когда лопасти находятся в таком положении, что несмотря на вращение гребного винта, тяга не появляется (и поэтому судно не движется), до положения лопастей, соответствующего заднему ходу. Вначале ВРШ применяли только на буксирах, рыболовных и специальных судах, и только позднее их начали устанавливать на судах торгового флота. За счет установки ВРШ достигаются большая экономичность энергетических установок, возможность использования полной мощности двигателя при различной нагрузке, а также возможность применения нереверсивных ДВС или паровых турбин без турбин заднего хода. К преимуществам следует также отнести и возможность осуществления заднего хода при полной мощности двигателя.

Иногда на судах (особенно на судах речного флота) гребной винт устанавливают в насадке (см. рис. с). Такая конструкция позволяет улучшить уелввия работы гребного винта и повысить КПД. Диаметр судового движителя может достигать 9 м, а масса — 50 т. Гребные винты регулируемого шага имеют меньший диаметр. Преобладающее число судов имеет только один гребной винт, устанавливаемый в диаметральной плоскости судна. Встречаются также двухвинтовые суда, которые приводятся в движение либо от двух малооборотных, либо от четырех среднеоборотных дизелей, причем в последнем случае один гребной винт приводится в движение двумя двигателями. В редких случаях строятся трехвинтовые суда, например торпедные катера, на которых два бортовых движителя, приводятся в движение от высокооборотных дизелей через редукторную передачу, а средний гребной винт — от газовой турбины. Некоторые большие пассажирские суда и боевые корабли, например авианосцы, снабжаются четырьмя симметрично расположенными гребными винтами. В условиях постоянно растущих мощностей главных двигателей требуются гребные винты очень больших диаметров, что приводит к технологическим и производственным трудностям. Чтобы противодействовать этому и улучшить КПД, пытаются «устанавливать движители, вращающиеся в противоположных направлениях (см. рис. d). В этом случае необходимы сложные устройства, такие как полые гребные валы и специальные редукторные передачи. Наряду с гребными винтами в последнее время применяют крыльчатые движители. Они состоят из нескольких вращающихся навесных лопаткообразных лопастей изменяющегося профиля, укрепленных на плоском рабочем колесе. Рабочее колесо приводится в движение главным двигателем через гипоидный зубчатый редуктор. Вращающиеся лопаткообразные лопасти создают силу упора, действующую в направлении, зависящем от угла установки лопастей, как показано на рис. а. Во время работы движителя можно плавно изменять угол атаки лопастей.

Крыльчатый движитель

а — принцип действия; b — движитель Фойта-Шнейдера (вид сбоку); с — движитель Фойта Шнейдера (вид сверху); d — буксир с движителем Фойта-Шнейдера в носовой части судна; е — буксир с движителем Фойта-Шнейдера в кормовой части судна

I — «Стоп»; 2 — «Передний ход»; 3 — «Задний ход»; 4 — «Поворот на левый борт»; 5 — «Поворот на левый борт» (на заднем ходу); 6 — «Поворот на правый борт»; 7 — управляющий механизм; 8 — привод; 9 — лопасти; 10 — распределительные рычаги и тяги

Крыльчатый движитель может служить как в качестве пропульсивного движителя, так и в качестве руля. Судно, оснащенное двумя симметрично расположенными движителями, может двигаться в любом направлении. Недостатком является частая повреждаемость лопаткообразных лопастей, выступающих ниже днища судна. Крыльчатый движитель в основном используется на портовых буксирах и лоцманских судах, а также на судах портовой службы. Мощность подобных установок невелика: максимально она составляет 2200 кВт.

Источник

Adblock
detector