На каких судах устанавливают врш
Обновлено: 28.04.2024
Для рыбопромысловых судов в эксплуатационных условиях характерны частые изменения буксировочного сопротивления, скорости и осадки при применении орудий лова, подъеме улова на борт, приеме и расходовании топлива и воды и других операциях. В этих изменяющихся условиях плавания ВФШ не позволяют снимать с двигателя полную мощность, что приводит к снижению скорости траления и свободного хода. Кроме того, на добывающих судах с ВФШ за одни сутки промысловой работы приходится десятки раз реверсировать двигатель, в результате чего резко снижается срок его службы. При дрифтерном и ярусном лове, подъеме улова и т.п. судно должно двигаться с малой скоростью, однако на судах с ВФШ это практически невозможно, так как минимально устойчивая частота вращения двигателя довольна велика. Поэтому приходится с интервалом в несколько минут запускать и останавливать двигатель. Такая работа двигателя вызывает ускоренный износ ее движущихся частей, т.е. уменьшает моторесурс двигателя.
Винты регулируемого шага (ВРШ), лопасти которых специальным механизмом поворачиваются относительно осей, перпендикулярных оси вала, не имеют большинства недостатков, присущих ВФШ. Путем разворота лопасти (изменив шаговое отношение), всегда можно привести винт в соответствие с двигателем; без изменения направления вращения двигателя осуществить реверс судна и получить самые малые, и даже нулевую скорости судна при любой частоте вращения винта.
 |
Рисунок 5.14 − Принципиальная схема ВРШ
1– лопасть; 2 – ступица; 3 – ползун; 4 – штанга; 5 – гребной вал;
6 – поршень; 7 – цилиндр
ВРШ (рис. 5.14) состоит из ступицы, поворотных лопастей, механизма поворота лопастей, расположенного в ступице, механизма изменения шага (МИШ) и привода механизма поворота лопастей, располагаемого в валопроводе. Управление ВРШ осуществляется с местного поста и дистанционно. Пост дистанционного управления ВРШ устанавливается в ходовой рубке.
Механизм поворота лопастей управляется механизмом изменения шага. Наиболее распространенные механизмы поворота лопастей показаны на рис. 5.15. На морских судах применяются обычно механизмы двух последних типов, как наиболее надежные. В механизме кулисного типа (рис. 5.15, в) с поступательно движущейся штангой МИШ связан ползун, по направляющим которого перемещается сухарь. В сухарь вставлен эксцентрично закрепленный на лопасти палец. При поступательном движении штанги ползун передвигает палец и разворачивает лопасть. В механизме шатунного типа (рис. 5.15, г) движение штанги передается шатуну, который поворачивает лопасть.
Рисунок 5.15 − Механизм поворота лопастей: а – шестеренчатый;
б – винтовой; в – кулисный; г – шатунный
Механизмы изменения шага по типу привода могут быть ручными, механическими, гидравлическими, электромеханическими и электрогидравлическими. Ручные и механические приводы применяются на винтах небольших размеров. Большинство ВРШ имеют гидравлические приводы, так как они обладают простотой, высокой надежностью, малыми габаритами и развивают большие усилия. Механизм изменения шага винта размещают внутри ступицы, внутри валопровода и вне валопровода и винта. На промысловых судах МИШ устанавливается, как правило, в валопроводе, реже в ступице. На рис. 5.15 приведена схема ВРШ с МИШ, расположенным в валопроводе. Штанга, поворачивающая лопасть, проходит через полый гребной вал. Кормовой конец штанги связан с ползуном, носовой – с поршнем, который под давлением рабочей жидкости, подаваемой в одну из полостей цилиндра, передает через штангу поступательное движение ползуну. При большой длине штанги и значительных деформациях валопровода может возникнуть опасность несрабатывания механизма поворота лопастей и аварии МИШ. Этот недостаток устраняют, размещая МИШ в ступице несколько больших размеров или в кормовом подзоре судна.
ВРШ обладают следующими преимуществами по сравнению с ВФШ:
- обеспечивают полную мощность двигателя при широком диапазоне изменения скоростей, что важно при движении судна во льдах, при различных водоизмещениях, при тралении, при буксировке других судов и т.п.;
- обеспечивают любое значение скорости от наибольшего переднего до наибольшего заднего хода, без реверсирования двигателя и изменения направления и частоты вращения гребного винта;
- реализуют экономический ход судна по заданной оптимальной программе, обеспечивающей наилучшую комбинацию шага и частоты вращения.
Помимо перечисленных, ВРШ позволяют получить и другие менее принципиальные, но важные преимущества по сравнению с ВФШ, облегчающие управление судном с мостика. К ним относятся:
- существенное сокращение времени и расстояния, проходимого судном при экстренной остановке (в 1,5 раза меньше выбег) и реверсе;
- обеспечение только дистанционного управления с мостика;
- применение повышенного уровня автоматизации управления системой: судно - двигатель - ВРШ;
- повышение маневренных качеств судна, в частности облегчение швартовок, исключение рывков при буксировке и т.п.;
- облегчение пуска двигателей, который осуществляется при положении лопастей ВРШ в нулевом шаге; при этом уменьшается число пусков и увеличивается моторесурс двигателя;
- возможность судна, оборудованного ВРШ, продолжительное время стоять на месте в ожидании лоцмана, для ориентации в обстановке, не останавливая вращения гребных винтов и прогревая двигатели; это обеспечивается установкой шага лопастей в нулевое положение;
- возможность замены съемных лопастей, не выводя судно из эксплуатации.
К недостаткам ВРШ относятся следующие:
- КПД ВРШ на расчетном режиме за счет повышения диаметра ступицы ниже КПД ВФШ на 1 2%;
- масса ВРШ существенно превышает массу ВФШ;
- сложность конструкции и дороговизна.
Следует отметить, что повышенная стоимость ВРШ окупается за два - три года эксплуатации судна за счет основных преимуществ ВРШ.
Для перекладки лопасти современных ВРШ используются гидравлические, электромеханические, механические и ручные приводы. Наибольшее распространение на современных морских судах получили гидравлические приводы.
Поворот лопасти и, соответственно, изменение шага винта производятся перемещением штанги, которая расположена в полом гребном валу. Гидравлические приводы отличаются местом расположения цилиндра с поршнем, который перемещает штангу. Для ВРШ гидравлического типа наиболее характерно расположение силового органа в линии валопровода внутри судна. В ВРШ некоторых зарубежных фирм силовой орган расположен в ступице, а внутри гребного вала проходит штанга золотника и подается масло под давлением. Иногда силовой цилиндр с поршнем находится вне гребного вала.
По характеру работы ВРШ могут быть двухпозиционными и всережимными. Двухпозиционный винт имеет только два положения лопастей для экономического и полного хода. В настоящее время двухпозиционные винты используются только на судах старой постройки. Всережимные ВРШ обеспечивают получение всех ходов — от полных вперед до полны: назад, включая положение «Стоп» с работающим винтом.
Основными агрегатами всякого ВРШ с гидравлическим приводом являются винт с поворотными лопастями (ВПЛ), гребной вал, механизм изменения шага (МИШ), который используется, если силовой орган находится в линии валопровода внутри судна. Если цилиндр с поршнем расположены в ступице, то в линии валопровода монтируется масловвод. Систему ВРШ обслуживает гидравлическая установка с масляными насосами и специальная система управления, связанная с постом управления в рулевой рубке.
На рис. 1 изображена конструкция ВПЛ пла ВР-394С. В полом гребном валу расположена штанга, которая под действием МИШ может в определенных пределах перемещаться вдоль вала.
Штанга перемещает ползун 8, в сухаре 9 которого крепится палец 10 лопасти. Палец на подпятнике лопасти расположен эксцентрично, при перемещении ползуна оси вала сухарь ходит в поперечном направлении и заставляет палец разворачивать лопасть вокруг своей оси.
В конструкцию лопасти входят шайба 6, стопорная втулка 5, упорная шайба 4. Переднее положение ползуна ограничивается носовым фланцем 7. Вся конструкция монтируется в корпусе ступицы 3 с обтекателем 1, который крепится болтами к корпусу. При перемещении ползуна в шлицах ходит шлицевая втулка 2.
При конструировании ВПЛ необходимо обеспечить надежное уплотнение узла подшипника и комля лопасти (комлевой заделки), так как это подвижное соединение ВРШ непосредственно соприкасается с забортной водой. Для улучшения условий работы уплотнения комлевой заделки устанавливается компенсатор объема 12, предотвращающий колебания давления масла внутри ступицы при перекладке лопастей. Внутри ступицы в масляной системе предусмотрен предохранительный клапан 11.
Гребные валы для ВРШ имеют внутреннюю полость для размещения силовой штанги, соединяющей механизм поворота лопастей в ступице с силовым поршнем МИШ. ВРШ в отличие от обычного ВФШ устанавливается чаще всего не на конус, а на фланец гребного вала, который при постройке судна заводится с кормы.
МИШ (рис. 2) представляет собой цилиндр 6 с поршнем 7. Цилиндр с помощью полумуфты 3 соединяется с гребным валом 1 гайкой 18 гребного вала. В полости гребного вала ходит штанга 2, внутри которой есть канал 5 для прохода масла в ступицу винта.
Для ее перемещения служит поводок 14. Штанга 2 для управления ВПЛ перемещается в подшипнике скольжения 4. В носовой части цилиндр крепится к валу 8 МИШ. На кормовой полумуфте 3 установлены балансировочные грузики 17. В конструкцию МИШ входят: пневмодатчик 11 системы управления шагом винта, телемотор 12, гидроусилитель 13, коромысло 15 и масляный насос 16 с приводом от гребного вала.
Букса, на которой смонтированы эти элементы, удерживается от вращения реактивной штангой. На случай отказа гидравлической системы МИШ имеет два обратных клапана, запирающих полости цилиндра при падении давления масла. При срабатывании этих клапанов лопасти оказываются зафиксированными в том положении, которое они занимали в момент отказа гидросистемы. Если это положение лопастей не обеспечивает переднего хода, на остановленном валу поршень МИШ отжимается в переднее положение специальными отжимными болтами. На ВРШ, имеющих силовой цилиндр в ступице винта, применяются пружины, которые автоматически выводят лопасти в положение переднего хода при падении давления масла.
Применение ВРШ позволяет производить пуск гребного двигателя при минимальном моменте сопротивления, так как лопасти для пуска устанавливаются в положение «Нулевой упор». Это позволяет ускорить процесс запуска дизелей, паровых и газовых турбин, а также гребных электродвигателей переменного тока.
На швартовном режиме ВРШ дает возможность работать в широком диапазоне частоты вращения и мощности, предусмотренных для данного двигателя, в то время как ВФШ вынуждает ограничивать их исходя из допустимых тепловых и прочностных нагрузок двигателя.
Это качество ВРШ наиболее ценно для тепловых гребных двигателей. При страгивании с места и разгоне судна ВРШ позволяет получить от двигателя номинальную мощность при номинальной частоте вращения, что сокращает время разгона судна. ВФШ при страгивании может взять от двигателя только около 75% о номинальной мощности.
При наличии ВРШ реверсирование двигателя используется как аварийная мера при отказе гидравлической системы управления перекладкой лопастей. Минимальная скорость судна с ВРШ не зависит от минимальной устойчивой частоты вращения теплового двигателя, которая составляет для дизеля 30%, а для паровой турбины 25% номинального значения.
Практически судно с ВРШ может двигаться с какой угодно малой скоростью или даже остановиться при вращающемся винте. На буксире с ВРШ натяжение буксирного троса можно производить чрезвычайно плавно, что позволяет исключить обрыв троса.
Полная мощность главного двигателя используется на любых передних и задних скоростях судна, так как лопасти ВРШ могут быть установлены в любое требуемое для этого положение.
ВРШ дает возможность использовать автоматическое регулирование для поддержания постоянной частоты вращения или наивыгоднейшего режима работы двигателя при минимальном удельном расходе топлива. Автоматическое регулирование позволяет предохранять двигатель от перегрузки, поддерживая постоянство вращающего момента или натяжения буксирного троса. При наличии ВФШ малый ход создается путем снижения частоты вращения двигателя и мощности, при этом удельный расход топлива увеличивается.
На контейнеровозах используются два среднеоборотных дизеля, работающих на ВРШ через редуктор. Экономический ход может обеспечиваться работой одного дизеля, и ВРШ позволяет получить наиболее экономичный режим. При отказе одного двигателя ВРШ по сравнению с ВФШ дает возможность идти с большей скоростью благодаря полному использованию мощности работающего двигателя.
К недостаткам ВРШ следует отнести сложность конструкции и. как следствие, высокую строительную стоимость, которая выше стоимости такого же ВФШ в 3 — 4 раза, а также сложность обслуживания и ремонта. Однако перечисленные преимущества дают возможность полностью окупить установку за два-три года эксплуатации.
Надежность работы ВРШ подтверждается опытом эксплуатации многих тысяч таких винтов на различных судах во всем мире.
Винт регулируемого шага - это гребной винт, у которого регулируется угол разворота лопастей.
Лопасти такого винта разворачиваются специальным механизмом в любое положение в диапазоне «полный вперед - стоп - полный назад», т. е. в зависимости от степени разворота лопастей, не изменяя работы главного двигателя, судну можно придать или движение вперед, или остановиться на месте, или создать движение назад.
При эксплуатации всех видов ВРШ применяется принципиально одинаковая система управления. Гидравлическая система управления ВРШ дает возможность широко использовать в качестве главного двигателя нереверсивные силовые установки (турбины, дизели большой мощности и т. д.).
Внедрение ВРШ на судах позволяет улучшить маневренные качества судов. К ним в первую очередь относится уменьшение тормозного пути (за счет быстрого перевода лопастей винта на режим работы заднего хода) и периода торможения.
Гашение инерции начинается почти немедленно после дачи команды «Полный назад» (отдельные суда с полного хода останавливаются за 1 минуту при тормозном пути 1−1,5 корпуса).
На судах с ВРШ облегчается выполнение многих видов маневров при съемке с якоря и постановке на якорь, при швартовке судна к причалу и лагом к другому судну, при расхождении судов для предотвращения столкновений и т. д. Для выяснения влияния ВРШ на управляемость судна рассмотрим различные режимы его работы.
Судно неподвижно относительно воды. Руль прямо. При даче переднего хода корма уклоняется влево, а нос идет вправо. При перекладке руля вправо или влево судно будет уклоняться в сторону переложенного руля.
С разворотом лопастей в диапазоне переднего хода меняется сила попутного потока и сила набрасываемой струи от винта на руль, в результате чего будет изменяться скорость движения судна вперед, а следовательно, и управляемость.
Судно имеет ход вперед, винт работает назад. Руль прямо. Струя от винта (вращающегося в прежнюю сторону, но имеющего повернутые лопасти, соответствующие заднему ходу) будет действовать не в правый подзор, как у фиксированного винта, а в левый, уклоняя корму вправо, а нос − влево.
Уклонение кормы вправо будет увеличиваться еще за счет того, что сила набрасываемого спирального потока начнет действие на перо руля и кормовой подзор слева.
Дополнительно сила попутного потока будет воздействовать на винт, уклоняя также корму вправо. Под суммарным воздействием этих сил корма резко пойдет вправо, а нос - влево.
Судно имеет ход назад, винт работает назад. При установившемся движении судна назад и положенном прямо руле на поведение судна оказывает влияние струя воды от винта ВРШ, которая действует в левый подзор, отклоняя постоянно корму вправо.
Судно имеет ход назад, винт работает вперед. При переходе с заднего хода на передний (реверс ВРШ) основное влияние на судно будет оказывать струя от винта, набрасываемая на руль справа, в результате корма пойдет влево, а нос - вправо. При перекладке руля влево или вправо нос судна всегда будет уклоняться в сторону переложенного руля.
Анализ эксплуатационной деятельности судов с ВРШ показывает значительные преимущества их перед судами с фиксированными винтами, так как ВРШ:
дает возможность изменять направление движения судна без изменения направления вращения винта, что важно при нереверсивных двигателях;
позволяет применять дистанционное управление ходами с мостика;
дает возможность сократить время на реверс судна до 30 %;
увеличивает моторесурс дизельных установок уменьшением числа реверсов двигателя.
Судно движется вперед, винт работает вперед. Управляемость судна та же, что и при ВРШ, т. е. корма уклоняется влево, а нос — вправо (рис. а). Суммарное действие сил С и b больше силы D. При перекладке руля судно ведет себя так же, как и с винтом фиксированного шага. С уменьшением шага винта уменьшаются силы С, D и Ь, соответственно уменьшается уклонение кормы влево. С увеличением шага винта увеличиваются силы С, D, особенно Ь из-за увеличения угла атаки винта и скорости попутного потока воды.
Судно движется назад, винт работает назад (рис. б). На заднем ходу у судна с ВРШ направление вращения винта сохраняется. Под действием сил С1 и D1 корма пойдет вправо Если переложить руль вправо, к указанным силам добавляются А1 и В и корма пойдет вправо быстрее. Если же переложить руль влево, то при большой скорости движения назад корма пойдет влево,
так как суммарное действие сил А1 и В больше действия сил С1 и D1.
Судно движется вперед, винт работает назад (рис. а). В этом случае корма резко пойдет вправо под действием суммы сил С, D и Ь. Если руль переложить вправо, то сила встречного потока А, которая имеет большое значение в начале разворота лопастей на задний ход (реверс), может оказаться больше сил С1, D1 и Ь, в результате вначале корма пойдет влево Однако гашение инерции переднего хода происходит быстро, сила А будет уменьшаться и корма вновь пойдет вправо. При перекладке руля влево в начале реверса корма пойдет вправо еще быстрее, так как к силам C1, D1 и b добавится действие силы А.
Судно движется назад, винт работают вперед (рис. б). Судно движется назад, руль прямо, лопасти развернуты на задний ход. В этом случае корма уклоняется вправо, нос — влево. Дали реверс, т. е. винт продолжает вращаться вправо, а лопасти развернули на передний ход. Руль продолжает оставаться в диаметральной плоскости. В первый момент резко возрастет сила D. Она больше силы С, так как поток воды, отбрасываемый винтом, еще слабый, неустойчивый и, скользя, уходит под корму, силы попутного следа еще нет. В результате этого корма пойдет вправо.
При перекладке руля вправо дополнительно появится сила А1 а сумма сил А1 и D значительно больше
суммы сил С и Свс И корма еще больше пойдет вправо. С уменьшением инерции заднего хода уменьшается и действие силы А1 и соотношение сил начнет меняться, т. е. сумма сил С и Свс будет больше суммы А1 и D и корма пойдет влево.
Если руль переложить влево, то в начале реверса (разворота лопастей на передний ход) корма пойдет влево, так как сумма сил А1 и С больше суммы сил D и Cвс. С уменьшением силы А1 корма пойдет вправо, так как силы D и Свс будут оказывать большее воздействие, чем силы А1 и С. Как только инерция заднего хода полностью погасится и судно получит движение вперед, корма вновь начнет уклоняться влево, как было объяснено в положении установившегося переднего хода.
Винт регулируемого шага (ВРШ) — это гребной винт, у которого регулируется угол разворота лопастей. Лопасти такого винта разворачиваются специальным механизмом в любое положение в диапазоне «полный вперед — стоп—полный назад», т. е. в зависимости от степени разворота лопастей, не изменяя работы главного двигателя, судну можно придать или движение вперед, или остановиться на месте, или создать движение назад.
При эксплуатации всех видов ВРШ применяется принципиально одинаковая система управления. Гидравлическая система управления ВРШ дает возможность широко использовать в качестве главного двигателя нереверсивные силовые установки (турбины, дизели большой мощности и т. д.).
Внедрение ВРШ на судах позволяет улучшить маневренные качества судов. К ним в первую очередь относится уменьшение тормозного пути (за счет быстрого перевода лопастей винта на режим работы заднего хода) и периода торможения. Гашение инерции начинается почти немедленно после дачи команды «Полный назад» (отдельные суда с полного хода останавливаются за 1 мин при тормозном пути 1—1,5 корпуса). На судах с ВРШ облегчается выполнение многих видов маневров при съемке с якоря и постановке на якорь, при швартовке судна к причалу и лагом к другому судну, при расхождении судов для предотвращения столкновений и т. д. Для выяснения влияния ВРШ на управляемость судна рассмотрим различные режимы его работы.
Судно неподвижно относительно воды. Прямо руль. При даче переднего хода корма уклоняется влево, а нос идет вправо.
При перекладке руля вправо или влево судно будет уклоняться в сторону переложенного руля.
С разворотом лопастей в диапазоне переднего хода меняется сила попутного потока и сила набрасываемой струи от винта на руль, в результате чего будет изменяться скорость движения судна вперед, а следовательно, и управляемость.
Судно имеет ход вперед, винт работает назад. Руль прямо. Струя от винта (вращающегося в прежнюю сторону, но имеющего повернутые лопасти, соответствующие заднему ходу) будет действовать не в правый подзор, как у фиксированного винта, а в левый, уклоняя корму вправо, а нос — влево. Уклонение кормы вправо будет увеличиваться еще за счет того, что сила набрасываемого спирального потока начнет действие на перо руля и кормовой подзор слева. Дополнительно сила попутного потока будет воздействовать на винт, уклоняя также корму вправо. Под суммарным воздействием этих сил корма резко пойдет вправо, а нос —влево.
Судно имеет ход назад, винт работает назад. При установившемся движении судна назад и положенном прямо руле на поведение судна оказывает влияние струя воды от винта ВРШ, которая действует в левый подзор, отклоняя постоянно корму вправо.
Судно имеет ход назад, винт работает вперед. При переходе с заднего хода на передний (реверс ВРШ) основное влияние на судно будет оказывать струя от винта, набрасываемая на руль справа, в результате корма пойдет влево, а нос — вправо. При перекладке руля влево или вправо нос судна всегда будет уклоняться в сторону переложенного руля.
Анализ эксплуатационной деятельности различных судов с ВРШ (буксиров, БМРТ, пассажирских судов и др.) показывает значительные преимущества их перед судами с фиксированными винтами, так как ВРШ:
• дает возможность изменять направление движения судна без изменения направления вращения винта, что важно при нереверсивных двигателях;
• позволяет применять дистанционное управление ходами с мостика;
• дает возможность сократить время на реверс судна до 30%;
• увеличивает моторесурс дизельных установок уменьшением числа реверсов двигателя;
• дает возможность использовать при торможении полную мощность двигателя на заднем ходу.
Однако ВРШ имеет и серьезные недостатки, например трудность технического выполнения надежного устройства для разворота лопастей и др.
Автор статьи
Читайте также: