К.т.н. Тарабрин А.И.*, к.т.н. Щербак Ю.Г.**

* Николаевский учебно-научный институт Одесского национального университета им. И.И. Мечникова,

** Николаевский государственный гуманитарный университет им. Петра Могили

СХЕМЫ ОДНОДИЗЕЛЬНЫХ РЕВЕРСИВНЫХ ПРОПУЛЬСИВНЫХ УСТАНОВОК (ОДПУ) С ДВУМЯ (ТРЕМЯ) ПЕРЕКРЫВАЮЩИМИСЯ ВИНТАМИ (ПВ)

И СООСНЫМИ ВИНТАМИ ПРОТИВОПОЛОЖНОГО ВРАЩЕНИЯ (ВПВ)

Для обеспечения приемлемой величины пропульсивного КПД транспортных судов в настоящее время применяют ОДПУ с двумя и тремя ПВ и соосными ВПВ. Использование существующих ОДПУ с ПВ и ВПВ, обладающих определёнными преимуществами, не всегда решают поставленную проблему в технологическом и эксплуатационном аспектах, и поэтому не исключается необходимость разработки альтернативных типов установок с ПВ и ВПВ [1].

Конструктивные разработки последних лет [2-5] свидетельствуют о существенном потенциале для расширения возможностей развития таких ОДПУ.

В данной работе отражаются авторские предложения для использования ОДПУ как с ПВ [2,3], так и с ВПВ [4,5].

Концепция [2] предусматривает возможность перераспределения нагрузки между двумя винтами посредством шевронного зубчатого зацепления и таким образом уменьшить диаметр и массу винтов. При этом вращение гребных винтов в одном направлении позволяет в зоне винтового перекрытия обеспечить наложение потоков, которые формируются лопастями. Кроме того, снижение общей нагрузки на лопасти каждого винта приводит к уменьшению уровня их вибрации. Такой установке присущи и некоторые недостатки:

1. В зоне активного винтового перекрытия находится меньше половины площади дисков винтов.

2. При большой мощности энергетической установки нагрузка, возникающая в зубчатом зацеплении, является существенной, и может иметь место деформация изгиба их осей и как следствие выдавливание смазочного клина в зубчатом зацеплении и подшипниках скольжения.

3. Небольшая частота вращения валов усложняет использование в опорах зубчатых колёс гидродинамических подшипников.

Использование в качестве опор элементов зубчатого зацепления роликов катушкообразного типа с тремя поясками, которые контактируют с участками зубчатых колёс и установлены в корпусе зацепления во втулках неполноохватных гидростатических подшипников, позволяют снять ограничения по упомянутым пунктам 2 и 3.

Концепция [3] предусматривает перераспределение нагрузки между тремя винтами. Вращение гребных винтов в одном направлении позволяет обеспечить перекрытие 2/3 площади дисков винтов, и это содействует повышению пропульсивного КПД установки. Распределение мощности между малооборотным двигателем и гребными винтами осуществляется с помощью паразитных зубчатых шестерен, которые установлены между центральным зубчатым колесом главного двигателя и зубчатыми колёсами бортовых валов. При этом опоры зубчатых колёс выполнены в виде роликов катушкообразного типа и имеют по три пояска, которые контактируют с цилиндрическими участками зубчатых шевронных колёс. Сами ролики установлены в корпусе зацепления во втулках неполноохватных гидростатических подшипников. Учитывая, что центральный гребной винт находится в зоне винтового перекрытия лопастями бортовых гребных винтов, режим его работы почти аналогичен режиму работы соосных валов.

Концепции [4,5] обеспечивает перераспределение нагрузки между соосными ВПВ. Использование в такой установке ВПВ при равных частотах вращения позволяет уменьшить диаметр гребных валов приблизительно на 20% в сравнении с одинарным винтом. Одновременно соосные ВПВ в сравнении с одинарными винтами при одинаковых диаметрах и оптимальных частотах вращения обеспечивают рост пропульсивного КПД для всех типов транспортных судов приблизительно на 10%. При равных частотах вращения и отсутствии ограничений на выбор оптимального диаметра рост пропульсивного КПД, в случае замены одинарного винта соосными, составляет 4…8%.

Главным недостатком при традиционном конструктивном исполнении ОДПУ с ВПВ является то, что при большой мощности пропульсивной установки имеют место значительные нагрузки в зубчатых зацеплениях, и наблюдаются деформации изгиба осей зубчатых колёс. Небольшая частота вращения валов усложняет использование в качестве опор зубчатых колёс гидродинамических подшипников.

Концепция [4] предусматривает перераспределение крутящего момента от внутреннего вала к внешнему по однопоточной схеме, что обуславливает асимметричное расположение корпуса зубчатых зацеплений шевронного типа относительно диаметральной плоскости судна. При этом зубчатые колёса установлены на опорах, которые размещены в корпусе зацеплений и выполнены в форме роликов катушкообразного типа с тремя поясками, контактирующими с соответствующими цилиндрическими участками зубчатых колёс. Сами ролики установлены во втулках непоноохватных гидростатических подшипников. Данной установке с асимметричным расположением корпуса зубчатых зацеплений шевронного типа характерны такие недостатки:

1. Корпус зубчатого зацепления расположен асимметрично диаметральной плоскости корпуса судна, что в условиях значительного насыщения машинных отделений современных судов вспомогательными механизмами и устройствами усложняет размещение последних и их обслуживание.

2. В рассматриваемой схеме [4] группа зацеплений внутреннего и внешнего валов не предусматривает их осевого перемещения, что накладывает высокие технологические требования к точности установки кормового и носового упорных подшипников и уменьшает эксплуатационную надёжность пропульсивной установки.

3. Значительные диаметры зубчатых колёс зацеплений внутреннего и внешнего валов усложняют их изготовление и монтаж.

Концепция [5] предусматривает перераспределение крутящего момента от внутреннего вала к внешнему по двухпоточной схеме передачи, что обуславливает симметричное положение корпуса зубчатых зацеплений. Движение от внутреннего вала передаётся в начале через прямозубое зацепление на паразитные прямозубые колёса, а далее на соосные зубчатые шевронные колёса, которые сцеплены с зубчатым шевронным колесом внешнего вала. При этом зубчатые колёса установлены на опорах, которые размещены в корпусе зацеплений и выполнены в форме роликов катушкообразного типа с тремя поясками, контактирующими с соответствующими участками зубчатых колёс. Сами ролики установлены во втулках неполноохватных гидростатических подшипников. Такой симметричный корпус зубчатых зацеплений снимает вышеперечисленные недостатки: в связи с ассиметрией корпуса, точность установки кормового и носового упорных подшипников, а также в связи со значительностью диаметров зубчатых колёс зацеплений внутреннего и внешнего валов. Присутствие в схеме зубчатого зацепления блока прямозубых зацеплений позволяет компенсировать осевые перемещения, что содействует упрощению монтажа упорных подшипников валопровода и в целом повышает эксплуатационную надёжность пропульсивной установки.

Выводы:

1. Предлагаемые концепции реализации ОДПУ с двумя (тремя) ПВ и соосными ВПВ содействует расширению эксплуатационных возможностей транспортных судов в широком диапазоне мощностей реверсивных малооборотных пропульсивных установок.

2. Использование в качестве опор зубчатых зацеплений роликов катушкообразного типа, установленных во втулках неполноохватных гидростатических подшипников, конструктивно совместимо с другими элементами пропульсивной установки и является альтернативным вариантом известным зубчатым передачам мощности с традиционными гидродинамическими опорами.

Литература:

1. Технический отчёт, выполненный по теме И-IX-1089, IV этап. Дизельные пропульсивные установки с соосными противоположно вращающимися винтами для транспортных судов, ЦНИИТЭИС, 1970. − 117 с., на стр. 19.

2. Деклараційний патент на корисну модель № 11344 (UA). Однодизельна двовальна пропульсивна установка з гвинтами, що перекривають один одного / О.І. Тарабрін, Ю.Г. Щербак. − № u 200506329; Заявл. 25.06.2005. − Надрук. 15.12.2005. Бюл. № 12.

3. Деклараційний патент на корисну модель № 12107 (UA). Однодизельна тривальна пропульсивна установка з гвинтами, що перекривають один одного / О.І. Тарабрін, О.К. Чередніченко, Ю.Г. Щербак. − № u 200507709; Заявл. 02.08.2005. − Надрук. 16.01.2006. Бюл. № 1.

4. Деклараційний патент на корисну модель № 11396 (UA). Однодизельна пропульсивна установка із співвісними гвинтами протилежного обертання / О.І. Тарабрін, О.К. Чередніченко, Ю.Г. Щербак. − № u 200506649; Заявл. 07.07.2005. − Надрук. 15.12.2005. Бюл. № 12.

5. Патент на корисну модель № 21976 (UA). Однодизельна пропульсивна установка із співвісними гвинтами протилежного обертання / О.І. Тарабрін, О.К. Чередніченко, Ю.Г. Щербак. − № u 200611598; Заявл. 03.11.2006. − Надрук. 10.04.2007. Бюл. № 4.

Відомості про авторів

1. Тарабрін Олександр Іванович, к.т.н., доцент, доцент кафедри економіки та менеджменту Миколаївського навчально-наукового інституту Одеського національного університету ім. І.І. Мечнікова.

Контактна адреса: вул. 8 березня, буд. 105-А, кв. 6, м. Миколаїв, 54020.

Тел.: (8-051-2) 36-39-36

2. Щербак Юрій Георгійович, к.т.н., доцент, доцент кафедри техногенної безпеки Миколаївського державного гуманітарного університету імені Петра Могили.

Контактна адреса: вул. Бутоми, буд. 2-Б, кв. 60, м. Миколаїв, 54038.

Тел.: (8-051-2) 40-01-85.