В процессе эксплуатации возникает механическая неуравновешенность (дебаланс) гребного винта в результате неравномерной коррозии и эрозии, а также механических повреждений (загибы, выкашивание кромок лопастей, отломанные части), что практически не поддается учету. Износ поверхностей лопастей от истирания считается незначительным. Наибольший дебаланс – при поломке одной из лопастей, когда механическая и гидродинамические неуравновешенности суммируются.
Под действием массы груза и давления воды происходит деформация корпуса судна. Опоры валопровода, жестко связанные с корпусом, смещаются вслед за деформацией корпуса. В некоторых случаях деформация корпуса может привести к расцентровке валопровода. С другой стороны, монтаж валопровода ведут в пределах заданных значений изломов и смещений, определяющих допустимую расцентровку. Значения их выбирают исходя из того, чтобы изгибающие напряжения знакопеременного характера при работе валопровода не превышали 25 - 35 МПа.
Забортная вода, являясь агрессивной средой, оказывает неблагоприятное влияние на усталостную прочность материалов гребных валов. Последние, работая в условиях знакопеременных нагрузок, разрушаются.
Усталостную прочность материалов гребных валов повышают поверхностным пластическим деформированием, устройством шпоночного паза ложкообразной формы на конусе и др.
Плавание во льдах является характерным режимом работы ледоколов, буксиров и судов ледового плавания. Удары о лед можно считать переменными нагрузками, оказывающими влияние на усталостную прочность валопроводов. Из-за многообразия ледовых нагрузок они не поддаются расчету.
Такие нагрузки впервые экспериментально были определены и описаны во время похода ледокола «Леонид Брежнев» к Северному полюсу. Опытные данные свидетельствуют о том, что имеются два типа нагрузок, различающихся по характеру и величине. Первые – относительно стабильные гидродинамические нагрузки при работе винта в свободной воде, вторые – нерегулярные ледовые нагрузки, особенностью которых являются значительные переменные составляющие осевой силы, вращающего и изгибающего моментов. При этом амплитуды переменного вращающего момента превышают в отдельных случаях номинальный момент ГЭД в 6-10 раз, а амплитуды переменных напряжений изгиба и суммарный изгибающий момент в гребном вале возрастают в 8-15 раз по сравнению с работой в чистой воде. Переменная осевая сила больше полного швартовного упора в 1,5 - 2,5 раза, что приводит к явно видимым перекладкам гребня упорного вала в ГУП . /10/
Тормозящее действие льда вызывает снижение частоты вращения валопровода и возрастание среднего вращающего момента на нем. Было установлено, что в отдельных случаях средний вращающий момент превышал в 2,0 - 2,3 раза номинальные значения. Такие явления кратковременные и снижают частоту вращения валопровода не более чем на 30 - 50%. Полученные результаты позволили дать рекомендации по необходимому усилению валов судов этого класса.
При суммировании характеристик усилий, действующих на валопровод (вращающий и изгибающий моменты, реакция упора гребного винта), можно констатировать, что они не являются постоянными, а изменяются за один оборот по несимметричному циклу. Кроме того, эти усилия также непостоянные при изменении условий эксплуатации (загрузке судна, волнении моря, режиме нагрузки двигателя и пр.). /10/
Пульсации вращающего и изгибающего моментов, а также реакции упора при вращении валопровода могут усиливаться вследствие резонанса при совпадении собственных частот свободных колебаний валопровода с частотами возмущающих сил и приводить к поломке вала. Валопровод может иметь три вида резонансных колебаний: крутильные, продольные и поперечные изгибные, на которые, пользуясь специальной литературой, рассчитывают судовые валопроводы. Крутильные колебания возникают в основном из-за неравномерности передачи момента от двигателя к валопроводу. Причинами возникновения продольных колебаний являются несовпадение центров тяжести вращающихся масс с геометрической осью вращения валопроводов и работа гребных винтов в неравномерном поле скоростей. В случае резонанса этот вид колебаний может привести к сильному износу дейдвудных подшипников и уплотнений, рабочих шеек и облицовок гребных винтов. При недостаточной жесткости конструкции судового фундамента ГУП также могут возникать продольные колебания валопровода. Они оказывают неблагоприятное влияние на работу главных передач (могут способствовать интенсивному изнашиванию зубьев редуктора) и двигателей. Рассчитывать валопровод на эти колебания следует в случае вероятности достижения ими опасных значений.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.