Износы и повреждения деталей судовых валопроводов

Суда речного флота и смешанного ‹‹река-море›› плавания имеют одновальную, двухвальную, а иногда и трехвальную энергетическую установку. Она состоит из главного двигателя, валопровода и гребного винта. Валопровод−служит для передачи крутящего момента от двигателя к движителю. В общем виде валопровод включает в себя следующие основные элементы: соединительную муфту, упорный подшипник, упорный вал, промежуточный вал, промежуточные подшипники, сальниковое уплотнение, дейдвудную трубу, дейдвудные подшипники, гребной вал, подшипники кронштейна, движитель.

В эксплуатации судна валопровод в целом и отдельные его элементы под действием нагрузок подвергаются изнашиванию и повреждениям.

Валопровод соединяют с главным двигателем неподвижными или подвижными муфтами. Неподвижные муфты обеспечивают жесткое соединение двух валов, исключая их относительные перемещения друг относительно друга. Подвижные муфты, например зубчатые, допускают в определенных пределах смещение и излом осей соединяемых валов.

Одной из наиболее распространенных конструкций соединения валопровода с главным двигателем, а также валов между собой, является поперечно−свертная муфта. Полумуфты неподвижных поперечно−свертных муфт устанавливают на конусные поверхности валов и закрепляют гайками. Между собой полумуфты соединяют коническими болтами. Поперечно−свертные муфты передают крутящий момент через шпонки. В таких полумуфтах износу подвергаются внутренняя конусная поверхность вследствие сдвига и ослабления посадки, а также шпоночные пазы из-за смятия стенок, задиров, коррозии.

У зубчатой подвижной муфты валопровода происходит непрерывное истирание зубьев, значительно усиливающееся при нарушении смазки и появлении расцентровки валов.

В судовых валопроводах осевое усилие, от вращения гребного винта, воспринимается упорным валом и упорным подшипником. На валопроводах речных судов чаще всего устанавливают сегментные упорные подшипники скольжения. Упорный подшипник скольжения имеет диск в средней части упорного вала. Упор на диск передается через несколько одинаковых упорных подушечек переднего и заднего хода, поверхности скольжения которых залиты антифрикционным сплавом.В таких подшипниках изнашиваются поверхности упорных подушек, а также упорный диск вала и его рабочие шейки.

Промежуточные валы работают в более благоприятных условиях, чем гребные: они не соприкасаются с водой и непосредственно не испытывают ударов со стороны винта. В местах расположения подшипников на валах имеются утолщения, откованные при изготовлении, или напрессованные облицовки.

К числу наиболее характерных износов промежуточных валов относят изменение размеров и геометрии рабочих шеек или облицовки, а также конусной части вала, смятие стенок шпоночного паза (для шпоночных полумуфт), повреждение резьбы хвостовика; износы отверстий под крепежные болты. В отдельных случаях на промежуточных валах наблюдают погибь, скручивание, трещины.

Износы опорных подшипников скольжения проявляются в уменьшении толщины антифрикционного слоя, появлении в нем трещин и отслаивания баббита от основы.

Дейдвудная труба представляет собой стальную сварную или чугунную литую конструкцию, соответственно приваренную к набору корпуса или закрепленную на шпильках. В ней размещают дейдвудные подшипники, являющиеся опорами гребного вала. Основной вид изнашивания дейдвудных труб − коррозионный. В результате ослабляется посадка дейдвудных подшипников. Дейдвудные подшипники изготавливают из бакаута, древесно-слоистого пластика, текстолита, резины, армированной металлом, а также капрона и капролона. На речных судах для валов диаметром от 30 до 240 мм чаще всего используют цельнолитые резинометаллические подшипники. При смазке водой резина в паре со сталью или бронзой имеет коэффициент трения не более 0,01. Наибольший износ, особенно при плавании судов на мелководье, наблюдается у кормовой дейдвудной втулки.

Гребной вал − наиболее ответственная часть валопровода. Большинство гребных валов в районе трущихся поверхностей имеют бронзовые, латунные или стальные облицовки. Участок вала между облицовками для защиты от коррозии покрывают резиной или стеклотканью на эпоксидной основе. Материал облицовок подбирают, по максимальной износостойкости пары с подшипником. Обычно облицовки изготавливают из оловянистой бронзы, латуни, биметаллические с наплавкой нержавеющей сталью или бронзы на стальные рубашки из малоуглеродистой стали. При наплавке обеспечивают толщину слоя нержавеющей стали 5 - 5 мм, бронзы 6 - 8 мм.

Разрушения и повреждения гребных валов происходят, как правило, в результате коррозионно-усталостного процесса.

В процессе эксплуатации изменяются геометрические размеры и форма шеек(облицовок) гребного вала. Под действием циклических и ударных нагрузок в местах концентрации напряжений гребного вала возникают трещины, приводящие порой к полному разрушению вала. Наиболее опасными зонами гребного вала являются носовой участок шпоночного паза, подступичная часть в районе большого основания конической поверхности, поверхности между торцами ступицы винта и кормовой облицовки. Трещины в шпоночных пазах гребного вала появляются в районе его носового участка и на боковых поверхностях. Трещины на конической поверхности валов возникают, как правило, в районах, подверженных фретинг - коррозии, т.е. с носовой стороны подступичной части гребного вала. Типовое месторасположение поломок и трещин − участки вала, примыкающие к кормовой дейдвудной шейке. Изломы и трещины, как правило, ориентированы под углом приблизительно 450 к оси вала. Коррозионные разрушения в районе повреждений достигают по глубине 1,5 - 2,0 мм. Наиболее часто повреждения появляются в зонах действия конструктивных концентраторов напряжений, обусловленных галтельными переходами к шейке вала.

 

Дефектация валопровода

 

В процессе дефектации определяют техническое состояние валопровода в целом, а также износы и повреждения сборочных единиц и деталей. Действительные износы сравнивают с нормативными значениями и дают заключения о возможности дальнейшей эксплуатации или необходимости проведения ремонта.

При разборке валопровода проверяют состояние центровки концевых валов − гребного и коленчатого вала оптическим методом или измерением изломов и смещений на фланцевых соединениях валов. Если расцентровка концевых валов находится в заданных пределах, то валопровод центруют плавным искривлением его оси в пределах допустимых нагрузок на подшипники концевых валов и напряжений в валах. В противном случае изменяют положение главного двигателя или производят эксцентричную расточку дейдвудных втулок.

Зазоры между антифрикционным покрытием дейдвудных втулок и шейками гребных или дейдвудных валов, а также масляные зазоры в опорных подшипниках измеряют до разборки валопровода. Значения предельно допустимых зазоров в дейдвудных втулках и втулках кронштейнов приведены в таблице 6.2

Таблица 6.2 Зазоры в дейдвудных втулках и втулках кронштейнов гребных валов

Наружный диаметр Облицовок гребного вала, мм	Установочный Предельный при эксплуатации
		В дейдвудной трубе	Во втулке кронштейна
50-100 101-150 151-200 200-250	1,10-1,30 1,20-1,40 1,30-1,50 1,40-1,60	2,8 3,0 3,3 4,0	4,0 4,0 5,0 6,0

 

Предельно допустимые масляные зазоры в опорных подшипниках колеблются от 0,35 до 0,5 мм для диаметров от 100 до 220 мм.

Во время дефектации тщательно осматривают все соединения валов с целью определения ослабления посадки полумуфт на валах, а также правильности прилегания шпонок по пазам.

Перед ремонтом упорного подшипника производят измерения осевых зазоров между упорными подушками и упорным диском вала, а также замер износа баббита на упорных подушках. Состояние поверхности антифрикционного слоя оценивают визуально.

После разборки все валы валопровода подвергают наружному осмотру, обмерам шеек и облицовок, проверке биения и погиби, а также контролю физическими неразрушающими средствами.

Рабочие шейки и облицовки валов измеряют микрометрическим инструментом по наружному диаметру в двух взаимно перпендикулярных направлениях, не менее чем в трех сечениях по длине каждой носовой шейки или облицовки и пяти сечениях − для каждой кормовой.

По результатам измерений рассчитывают отклонения от округлости и цилиндричности для промежуточных (в числителе) и гребных валов (в знаменателе).

Таблица 6.3 Допустимые износы рабочих шеек промежуточных валов и облицовок гребных валов

Диаметр шейки (облицовки)	Отклонения от округлости		Отклонения от цилиндричности
	При ремонте	В эксплуатации	При ремонте	В эксплуатации
120-180	0,02/0,02	0,25/0,30	0,02/0,03	0,25/0,40
180-260	0,02/0,03	0,25/0,40	0,03/0,04	0,30/0,50

 

Погибь валов и биение шеек (облицовок) проверяют с помощью индикаторов часового типа при закреплении валов в центрах токарного станка. Погибь валов допускают до 0,5 мм на метр длины, биение валов при проверке по фланцам не должно превышать на каждые 100 мм диаметра фланца: торцевое − 0,03 мм, радиальное − 0,01 мм.

Трещины на промежуточных валах определяют визуальным осмотром, а на гребных - магнитопорошковым методом, переносными или передвижными приборами. Шпоночные пазы с этой целью контролируют вихретоковым методом с использованием накладных датчиков карандашного типа.

Износ антифрикционного покрытия опорных подшипников определяют микрометрическими измерениями. Трещины и выкрашивание антифрикционного слоя обнаруживают визуальным осмотром.

Дейдвудные трубы осматривают на месте. Толщину стенок при этом проверяют с помощью ультразвуковых толщиномеров или путем сверления контрольных отверстий. При уменьшении толщины стенки в нескольких местах до 30% построечной дейдвудную трубу заменяют.