Энергетический вопрос. Расчёт валопровода

Судовой валопровод работает в сложном напряженном состоянии. Он нагружен крутящим моментом, испытывает продольное сжимающее усилие от силы упора гребного винта на переднем ходу или растягивающее усилие на заднем ходу, изгибается под собственной массой и массой навешанных на него деталей. Кроме того, эти нагрузки носят переменный и циклически повторяющийся характер. Поэтому главным является расчёт, основанный на условном предположении, что вал подвергается воздействию статического крутящего момента.

Характеристика основных элементов валопровода

Главный двигатель: Марка 6ЧРН36/45; Номинальная мощность 883 кВт;

Частота вращения 5,8 с-1;

Гребной вал: Материал Сталь 35; Диаметр вала 190 мм; Длина вала 10201 мм;

Промежуточный вал: Материал Сталь 35; Диаметр вала 150 мм; Длина вала 2746 мм;

Упорный вал: Материал Сталь 35; Диаметр вала 150 мм; Длина вала 1192 мм;

Винт гребной: Диаметр винта 1850 мм.

Проверка диаметров валов

Диаметры валов для СЭУ с четырёхтактными главными двигателями должны быть не менее:

- гребной вал:

мм.

где, К – бесшпоночное соединение гребного винта с валом. Р – мощность на валу, кВт; n – частота вращения, об/мин.

190 > 166 – условие соблюдается.

- промежуточный вал:

мм.

где, F=100 для механических установок СДВС.

150 > 136 – условие соблюдается.

- упорный вал:

мм.

150 > 149,6 – условие соблюдается.

Расчёт валов на прочность

Необходимость расчёта устанавливают в зависимости от типа ГД, типа передачи, конструктивных характеристик валопровода и гребного винта. К числу таких проверочных расчётов относят: расчёт прочности вала при сложном напряжённом состоянии под действием условно принимаемых статических нагрузок; расчёт на крутильные колебания; расчёт на поперечные изгибающие колебания; расчёт на продольную устойчивость.

Проверка прочности гребного вала

Расчёт производится для участка между дейдвудными подшипниками и консоли, на которой навешен гребной винт. Усилие от массы гребного винта δв рассмотрим как сосредоточенную нагрузку, приложенную к консоли:

Рис 13.4 Схема для расчёта прочности гребного вала.

l – расстояние от центра тяжести гребного винта до центра кормового дейдвудного подшипника,0,72 м;

l0 – полная длина консоли,0,94 м;

l1 – расстояние между центрами кормового и носового дейдвудных подшипников, 8,28 м.

Наибольшие нормальные напряжения сжатия, МПа:

где, - напряжения сжатия от упора движителя, МПа; - наибольшие напряжения при изгибе, МПа; 30МПа – монтажные напряжения.

Напряжения сжатия от упора движителя, МПа:

=;

Упор движителя, кН

;

где, Рен – номинальная мощность главного двигателя, кВт; - КПД главной передачи, 1; - КПД валопровода, 0,98; - пропульсивный КПД движителя, 0,55; V – скорость судна, м/с

кН;

= МПа;

Наибольшее напряжение при изгибе, МПа:

;

где, Миз – максимальный изгибающий момент на гребном валу, кНм;

Миз=;

где, l2 – длина консоли, м; Dв – диаметр гребного винта, м;

Миз=кНм;

МПа;

МПа.

Напряжение кручения:

;

где, Рв – номинальная мощность, передаваемая валом, кВт; n - номинальная частота вращения вала, с-1;

МПа;

Расчёт валов на прочность выполняется по приведённым напряжениям с помощью следующей формулы:

;