Конструктивное оформление валопроводов одновального и двухвального судна показано на рис. 1. Конструкции валопроводов зави­сят от состава и расположения главной энергетической установки. Тем не менее существует технологическое подобие их монтажа, поскольку в состав любых валопроволов входят валы — гребной и промежуточ­ные, опорами которых служат дейдвудные и промежуточные подшип­ники. Важными элементами валопровода являются упорный подшип­ник с упорным валом. Упор гребного винта через этот вал и подшипник передается фундаменту подшипника и от него корпусу судна, обеспе­чивая движение последнего.

Рис. 1 Схема расположения валопровода СЭУ
а) одновальной:
1 - гребной винт;
2 - дейдвудное устройство;
3 - гребной вал;
4 - тормозное устройство;
5, 7 - кормовой и промежуточный опорные подшипники;
б - промежуточный вал;
8 - переборочное уплотнение;
9 - вал-проставка;
10 - монтажный подшипник;
11 - валоповоротное устройство;
12 - главный упорный подшипник;
13 - главный двигатель;
б) двухвальной:
1 - гребной винт;
2 - кронштейн;
3 - гребной вал;
4 - глухое коническое соединение;
5 - мортира;
6, 8 - кормовой и носовой подшипники дейдвудного вал;
7 - дейдвудная труба;
9 - дейдвудный сальник;
10 - дейдвудный вал;
11 - соединительная полумуфта;
12 - тор­мозное устройство;
13 - монтажный подшипник;
14 - промежуточный вал;
15 - опорно-упорный подшипник;
16 - линия вала левого борта;
17 - быст­роразъемное соединение;
18 - вал-проставка;
19 - переборочное уплот­нение;
20 - главный упорный подшипник;
21 - главный двигатель;
22 - торсиометр

Основным требованием при проектировании и монтаже валопро­вода является создание оптимальных нагрузок на подшипники на всех режимах эксплуатации.

Монтаж дейдвудного устройства - один из важных этапов монтажа валопровода. Дейдвудное устройство показано на рис. 2. Оно состоит из стальной трубы 4 (рис. 2, а ), подшипники которой служат опорами гребного вала. Дейдвудная труба имеет носовое подвижное крепление к приварышу 5 на ахтерпиковой переборке и кормовое неподвижное креп­ление к яблоку ахтерштевня 1 . Отверстия в яблоке ахтерштевня и приварыше имеют припуск на диаметр, поэтому их растачивают на судне по разметке.

Ось расточки отверстий в вертикальной плоскости может быть смещена относительно теоретической оси валопровода по результатам расчета его центровки путем корректировки положения промежуточных мишеней в процессе пробивки оси валопровода. Из центров перекрестий мишеней размечают окружности для расточки отверстий на закрашенных мелом торцах яблока ахтерштевня и приварыша. Одну из окружностей 3 размечают диаметром в размер расточки, другую 2 - на 10 мм больше. Окружность 2 является контрольной и служит для проверки правильно­сти растачивания. Размечают также торцы яблока ахтерштевня и прива­рыша для подрезки по длине валопровода.

Рис. 2 Крепление дейдвудной трубы одновинтового судна
а - путем запрессовки трубы;
б - при использовании жидкотекучей пластмассы

При растачивании отверстий выполняют сначала черновую, а за­тем чистовую обработку. Последний чистовой проход резцом произво­дят при глубине резания не более 0,3-0,5 мм в направлении запрессовки дейдвудной трубы, что необходимо для исключения обратной конус­ности отверстий. Припуск на чистовую расточку не должен превышать 2 мм на диаметр расточки. Расточку опорных поверхностей фундамен­тов под опорные и упорные подшипники дейдвудного вала выполняют переносным фрезерным расточным станком.

Дейдвудную трубу прессуют в отверстия яблока ахтерштевня при помощи гидравлического приспособления.

Монтаж трубы упрощается, если при ее креплении к корпусу судна использовать малоусадочную жидкотекучую пластмассу. Яблоко ахтер­штевня и приварыш в этом случае растачивают в цехе на 5-10 мм боль­ше диаметра посадочных поясов трубы. Дейдвудную трубу свободно заводят в отверстия, устанавливают с торцов мишени и центруют оп­тическим методом по оси валопровода. Монтажные зазоры, уплотнен­ные резиновым шнуром 7 (рис. 2, б ), ручным прессом заполняют жидкотекучей пластмассой 8 через нижнее отверстие 10 . При этом воз­дух и избыточное количество пластмассы выходят через выпор 9 . Кор­мовой конец трубы дополнительно крепят гайкой 6 .

Погрузку и заводку гребного вала можно осуществлять без гребно­го винта либо в сборе с ним, а также со снятыми или установленными съемными лопастями. Гребной вал заводят в подшипники дейдвудной трубы обычно с кормы, применяя переносную эстакаду с рельсовыми путями, по которым вал на тележках перемещают, затягивая его лебед­кой. На крупнотоннажных судах гребной вал имеет носовой фланец, поэтому его заводят из машинного отделения.

Рис. 3 Пробивка световой линии оси валопровода

Окончив заводку гребного вала, ведут монтаж гребного винта, ук­ладку промежуточных валов в подшипники и сборку их соединений. Сборку соединений валов при центровке по изломам и смещениям про­изводят после центровки валопровода.

При насадке винта для обеспечения его неподвижности при передаче крутящего момента главного двигателя создают расчетный диаметраль­ный натяг в коническом соединении винта 5 с валом 3 (рис. 4). Процесс насадки механизирован и выполняется при давлении Р д = 30 ÷ 60 МПа от гайки домкрата 1 , которую наворачивают на хвос­товик вала. Чтобы снизить усилие насадки (примерно в четыре раза), на сопрягаемые конические поверхности под давлением Р м = 90 ÷ 120 МП по канавкам 4 подают масло. При насадке удобно контролировать не на­тяг, а осевое перемещение ∆ ос винта, которое измеряют индикатором 2 , закрепленным на гребном валу.

После сборки гребного винта с гребным валом проверяют зазоры между валом и подшипниками дейдвудного устройства. Зазоры следу­ет контролировать на глубине 50 мм от торцов подшипников. В ниж­ней части подшипников должно быть обеспечено прилегание вала к подшипникам на дуге от 30 до 60° .

Промежуточные и упорный валы укладывают в подшипники, кото­рые устанавливают на судовые фундаменты. К фундаментам заранее приваривают отжимные приспособления для перемещения подшипни­ков в горизонтальной плоскости при центровке валопровода.

Рис. 4 Насадка гребного винта

Смежные валы соединяют попарно фланцами, в которых в цехе ра­стачивают отверстия под болты. Поэтому сборка и соединение валов на судне не требуют дополнительной обработки отверстий под болты. Необходимость в дополнительной обработке отверстий во фланцах мо­жет возникнуть только при соединении фланцев промежуточного или упорного валов и вала двигателя.

Монтаж валопровода завершается его центровкой, которая заклю­чается в придании осям валов и осям их подшипников положений, обес­печивающих наилучшие нагрузки на них и на фланцевое соединение валопровода с главным двигателем.

Центровку валопровода производят, как правило, на плаву при во­доизмещении судна, равном не менее 85% от водоизмещения порож­нем при погруженных на судно в районе расположения валопровода и главных двигателей основных тяжеловесных механизмов и устройств. Считают, что килевая линия корпуса в этом районе приобрела изгиб близкий к окончательному на тихой воде при указанном водоизмеще­нии. Предварительную центровку можно выполнять на построечном месте. Начиная с четвертого серийного судна, на построечном месте допускается выполнять окончательную центровку при условии, что на трех предыдущих судах серии результаты контрольных измерений на­грузок на подшипники, смещений и изломов осей валов после спуска судна на воду остаются неизменными или изменяются в допускаемых пределах.

На построечном месте допускается также выполнять окончатель­ную центровку валопровода на судах водоизмещением менее 800 т.

В практике судостроения применяют три способа окончательной центровки валопровода:

По смещениям и изломам осей валов;

По соосности относительно оптической оси водопровода (только для подшипников качения).

Для определения монтажных и эксплуатационных расчетных нагру­зок на подшипники валопровод рассматривают как многоступенчатую статически неопределимую балку переменного сечения, покоящуюся на жестких шарнирных опорах - подшипниках, нагруженную стацио­нарными и нестационарными нагрузками.

Рис. 5 Диаграмма F-M

К стационарным нагрузкам относят распределенную нагрузку от веса валов, сосредоточенную силу тяжести гребного винта, уменьшенную на величину его силы плавуче­сти в воде, и момент результирующей силы относительно кормового торца дейдвудного подшипника, а также постоянные составляющие гидродинамических сил и моментов, действующие на лопастях гребного винта. К нестационарным нагрузкам относят переменные составляю­щие гидродинамических сил и моментов, действующие на лопастях гребного винта, в проекциях на вертикальную и горизонтальную оси.

Гидродинамические силы и моменты определяются на основе ре­зультатов модельных испытаний обтекания гребного винта и получе­ния поля скоростей потока в диске винта. Их можно также определить, пользуясь методикой расчета гидродинамических сил и моментов, воз­никающих на лопастях гребного винта, характеристики и геометрия лопастей которого известны.

Рис. 6 Диаграмма δ-φ

В соответствии с указанным разделением внешних воздействий рас­четы нагрузок на подшипники и напряжений в валах сводят к сумми­рованию результатов статического и динамического расчетов.

Количе­ство расчетных вариантов определяется:

• Положением судна в море (на тихой воде, на волне);
• Состоянием двигателя (холодный, горячий);
• Зна­ками амплитуд гидродинамических сил и их моментов;
• Нагрузкой суд­на.

Исходя из многовариантности расчетных ситуаций и величин допускаемых напряжений изгиба валов (0,25-0,35 МПа), установлено, что значения сил и моментов в любом случае должны находиться в рам­ках поля диаграммы F — M для кормового подшипника двигателя и упор­ного вала, показанной на рис. 5. Наряду с силами F диаграмма учи­тывает вес маховика двигателя G .

Рис. 7 Оптимизация нагрузок на подшипники валопровода
а - путем перемещения промежуточных опор;
б - путем смещения двигателя относительно оси валопровода;
1-4 - подшип­ники;
5 - теоретическая ось валопровода;
6 - главный двигатель

Допускаемым величинам F и М соответствуют определенные значе­ния смещений δ и изломов φ на фланцах валопровода и двигателя. Сочетания δ и φ могут определяться по диаграмме δ — φ, пересчитанной с диаграммы F — M и показанной на рис. 6. В пределах поля δ — φ диа­граммы возможно выбрать значения монтажных изломов и смещений, не превышающие допускаемых и позволяющие стягивать болтовые со­единения фланцев.

Пользуясь диаграммой δ — φ, установили, что оптимальное нагруже­ние подшипников произойдет при придании оси валопровода некото­рого монтажного изгиба за счет смещения высот штатных и монтажных подшипников. С той же целью дейдвудная труба должна быть расточена под углом к оси валопровода. Схема оптимизации нагрузок показана на рис. 7, а расчет оптимального варианта ведут, составив функцию цели:

F(y i ) = max S δ — φ

• y i — смещение i -ro подшипника, a S δ — φ — площадь диаграммы δ — φ, учитывающая все ограничения нагру­зок и напряжений, а также положения судна и двигателя, изгиб корпуса.

Варьируя смещения, добиваются варианта, когда S δ — φ = max, т. е., как сказано выше, оптимальных изгиба оси валопровода и нагрузок на подшипники.

Центровка валопровода по нагрузкам на подшипники заключается в установке оптимальных расчетных нагрузок на опорные подшипники.

Как следует из рис 8, нагрузки на опорные подшипники 2 , проме­жуточных валов измеряют и регулируют в вертикальной плоскости ди­намометрами 3 при собранных фланцевых соединениях. Лапы подшип­ника опираются на ключи-гайки. Пово­рачивая их на отжимных болтах динамо­метров, регулируют вертикальное по­ложение подшипника и его нагрузку. Между крышкой подшипника и шейкой вала устанавливают неметаллическую прокладку 4 , чтобы исключить в ходе центровки перемещения вала в подшип­нике из-за масляного зазора. Фактиче­ски вертикальная нагрузка на подшип­ник равна:

R в = R п + R л — G

• R п и R л — нагрузки на динамометры, установлен­ные в правой и левой лапах подшипни­ка;
• G — сила тяжести подшипника.

При центровке разница нагрузок на правый и левый динамометры не должна превышать 5%. При оптималь­ных нагрузках на подшипники измеряют высоту монтажной подкладки 1 и после ее пригонки подшипники крепят к фундаменту.

Рис. 8 Регулирование нагрузок на подшипники при помощи динамометра

Центровка валопровода с контролем соосности валов заключается в последовательной прицентровке промежуточных и упорного валов по фланцевым соединениям (одновременно от гребного вала и двигателя) с контролем изломов и смещений, отклонение которых от рас­четных значений не должно превышать допускаемых величин.

Центровка по соосности относительно оптической оси валопровода заключается в установке подшипников качения по оси валопровода оптическим методом с допускаемым отклонением, величину которого вычисляют с учетом оптимизации нагрузок на подшипники.

Причины поломок вала. Гребные или промежуточные валы ломаются относительно редко, гораздо чаще происходит их изгиб.

Естественно, что лопнувший вал не ремонтируют, а заменяют, но во всех случаях необходимо проанализировать характер поломки и выявить ее причину. Важно, чтобы поломка по той же причине не повторилась при дальнейшей эксплуатации установки с новым валом.

Если вал сломался при ударе о подводное препятствие и при этом его скрутило, причем угол закрутки достигает величины φ° = (0,3-0,5)L/d, где L - длина, a d - диаметр вала (см), то причина поломки или в отсутствии предохранительной муфты или в неправильном выборе ее срезного элемента - он слишком прочен.

Может произойти поломка вала без заметного скручивания, а иногда и без видимых внешних причин, причем излом проходит под углом примерно 45° к оси вала и имеет зернистую структуру. В таких случаях причиной излома, как правило, является трещина, проходящая в районе шпоночных пазов или уступов.

Возникновение же трещин объясняется действием усталостных напряжений, появляющихся, когда вал передает помимо основного постоянного крутящего момента от двигателя к винту еще какие-то дополнительные моменты, периодически меняющие направление.

Такие знакопеременные нагрузки возникают, например, из-за неравномерной работы двигателя (чем меньше число цилиндров, тем неравномерность больше) или перебоев в работе одного из цилиндров;

Из-за неравномерного износа или низкого качества изготовления зубчатых передач;

Из-за неправильной установки карданных шарниров;

Из-за появления сил, периодически действующих на каждую из лопастей при пересечении ею следа от кронштейна или дейдвуда либо при прохождении вблизи днища и у кронштейна;

Из-за плохой центровки или изгиба вала.

При правильно выполненной установке относительно корпуса катера и его выступающих частей и правильной установке карданных валов дополнительные напряжения, появляющиеся в валах от знакопеременных нагрузок, как правило, невелики и не могут служить причиной поломки. Поломка вала в этом случае (особенно если диаметр вала выбран минимально допустимым) может произойти только при возникновении резонансных крутильных колебаний. В том случае, когда собственная частота колебаний системы двигатель - вал - винт совпадает с частотами знакопеременных нагрузок, напряжения в валах и амплитуда их колебаний резко увеличивается, возникает резонанс. Внешними признаками возникновения крутильных резонансных колебаний являются: увеличение шумности; появление металлических стуков в шлицевых и шпоночных соединениях, особенно при наличии у них люфтов; усиление шума в зубчатом зацеплении.

В любительских условиях для предохранения валов от поломок из-за возникновения крутильных колебаний целесообразно увеличивать диаметры шеек валов в местах крепления муфт и винта, т. е. усиливать те места, где чаще всего возникают усталостные разрушения. Очень полезна установка упругих муфт (см. «КЯ» № 66), особенно на промежуточном валу. Целесообразно также использовать штатное сцепление автомобильных двигателей, которое оснащено эффективным упругим гасителем крутильных колебаний. При монтаже гребного винта расстояния до днища корпуса катера или дейдвуда и кронштейнами следует делать возможно большими.

При эксплуатации катера следует избегать даже кратковременной работы двигателя на больших нагрузках при перебоях в одном или нескольких его цилиндрах, с погнутым валом либо винтом, так как при этом амплитуда крутильных колебаний резко увеличивается.

Правка вала. Правку погнутых гребных или промежуточных валов лучше всего производить в токарном станке (рис. 1) или в простейшем приспособлении (рис. 2).

1 - индикатор; 2 - брусок (медь, алюминий).

Вынуть гребной вал для проверки и ремонта во многих случаях удается на плаву, если, конечно, не погнут кронштейн опорного подшипника. Для этого обычно сначала снимается перо руля, затем муфта (или полумуфта) отсоединяется от редуктора, вал сдвигается до упора в корпус сальника дейдвуда, муфта спрессовывается с конца вала и вынимается шпонка. После этого на конец вала и корпус сальника надевается резиновая перчатка (мешок из прорезиненной ткани, два-три полиэтиленовых пакета), которая плотно приматывается изолентой к корпусу сальника. Теперь вал с гребным винтом может быть вынут в корму, причем дейдвуд оказывается герметично закрытым. Эту операцию лучше проводить на мелком месте или с низких мостков.

Вынутый вал с винтом устанавливается в центрах токарного станка или на призмы приспособления, которые должны располагаться в районе заднего опорного подшипника и шейки муфты, крепящей его к реверс-редуктору.

При правке вала на токарном станке измерение его биения лучше всего производить при помощи индикатора 1 (см. рис. 1), укрепляя его на салазках продольного суппорта. Можно определить биение и по нониусу поперечного суппорта, последовательно подводя зажатый в резцедержатель брусок 2.

Часто концы валов имеют резьбовые шейки для крепления гребного винта и муфты, которые могут быть погнуты при затягивании гайки. Следует иметь в виду, что нас интересует биение вала относительно его опорных шеек, а не центровых отверстий, расположенных в резьбовых концах. Поэтому биение, прежде всего, необходимо проверить в районе шеек заднего опорного подшипника А и фланца полумуфты В. При этом биение опорных шеек более 0,2 мм указывает на чрезмерный прогиб резьбовых концов вала.

Править этот прогиб нужно, не снимая вал со станка, упором бруска 2 в шейки. При этом перемещение суппорта на первом этапе задается равным прогибу шеек Апр max, который равен половине биения. Далее вновь проверяется биение, определяется новое значение прогиба, и последующее перемещение суппорта задается большим на величину этого нового прогиба. Операция повторяется до тех пор, пока биение не уменьшится до 0,1-0,2 мм.

В тех случаях, когда биение шейки А связано в основном с сильным изгибом самого вала, производится первоначальная правка вала; далее при необходимости выполняется правка его резьбовых концов и только после этого - окончательная правка вала.

Перед окончательной правкой определяют местоположение и направление максимального прогиба вала. При правке вала следует иметь в виду, что из-за его относительно большой длины величина прогиба упругих деформаций может достигать величины 10-20 мм. Для того чтобы выправить вал, его необходимо деформировать на величину прогиба в области упругих деформаций (назовем его Δупр) плюс величина максимального прогиба вала Δпр max.

Именно из-за того, что Δпр max, как правило, намного меньше, чем Δупр, обычно не удается выправить вал при помощи ударов - рихтовкой: слабые удары не приводят к цели, а слишком сильные сразу же и намного прогибают вал в другую сторону. При помощи ударов удается выправить только короткие валы (L/d = 5-8), у которых Δупр меньше Δпр max.

Предварительную оценку величины прогиба вала в области упругих деформаций, т. е. до появления деформаций остаточных, можно произвести по формуле:

где k - коэффициент (k = 500 для обычных сталей и k = 400 для легированных); L - расстояние между опорами, см; dB - диаметр вала, см.

Чтобы сократить время правки вала, целесообразно на первом же этапе задать перемещение суппорта чуть меньше величины Δупр. Вначале брусок мягкого металла 2 (см. рис. 1) подводится к валу в месте максимального прогиба и со стороны «выпуклости»; показания нониуса записываются. Далее производится правка перемещением суппорта вперед на расстояние 0,9Δупр, после чего суппорт возвращается в нулевое положение (с обязательной выборкой люфта). Если после этого не появился зазор между валом и бруском, операция повторяется, но величина перемещения суппорта увеличивается на величину максимального прогиба вала. После того как при возвращении суппорта на нулевую отметку появился зазор, каждое последующее перемещение суппорта при правке делается больше предыдущего на величину максимального прогиба вала Дпр max за вычетом величины этого зазора.

После этого вал еще раз проверяется обязательно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Биение валов диаметром 25-35 мм в районе муфты, винта, опорной шейки и дейдвудного сальника не должно превышать 0,15-0,3 мм, в остальных местах - 0,3-0,5 мм (меньшие цифры относятся к коротким валам с длиной менее 1200 мм). При необходимости правка повторяется с учетом того, что положение места максимального прогиба может быть другим.

В тех случаях, когда основной изгиб вала произошел в районе заднего опорного подшипника, целесообразно весь вал до шейки опорного подшипника вставить в шпиндель, а правку производить упором в ступицу винта. Попытка произвести правку без гребного винта приведет к изгибу посадочного конуса под винт, в связи с чем после напрессовки винта снова возникнет некоторый прогиб вала. В связи с тем, что вылет вала в этом случае невелик и жесткость вала достаточно высока, первоначальное перемещение суппорта можно принять равным прогибу вала. Чтобы исключить возможность повреждений поверхности вала кулачками патрона, вал рекомендуется обернуть медной или алюминиевой полосой. Правка вала в приспособлении (см. рис. 2) происходит благодаря усилию, развиваемому винтом 2. Величина прогиба измеряется по изменению расстояний между валами при помощи штангенциркуля.

1 - гребной вал; 2 - винт M16; 3 - поперечина, сталь δ=15-20; 4 - полоса δ=3-4; 5 - призма; 6 - штанга; пруток диаметром не менее 1,3 диаметра вала или труба диаметром не менее 1,5 диаметра вала; 7 - винт стопорный; 8 - труба; 9 - призма δ=8-12, приварить к трубе 8; 10 - штангенциркуль.

Необходимо учитывать, что одновременно с валом изгибается и штанга, поэтому величину суммарного прогиба в области упругих деформаций вала можно определить по зависимости (аналогичной ранее приведенной):

где dш - диаметр штанги, см.

В остальном методика правки аналогична рассмотренной выше.

Другими видами ремонта вала являются восстановление резьбы (как правило, при помощи наплавки с последующей механической обработкой) и изношенной шейки сальника (лучше всего - при помощи установки втулки из нержавеющей стали на эпоксидном клее).

Ремонт гребного винта. Характерные повреждения гребных винтов - это загиб, частичное или полное обламывание лопасти, появление трещин и т. п. Причиной подобных повреждений чаще всего являются удары лопастей о твердые предметы, однако нередки случаи обламывания лопастей без видимых внешних причин: по аналогии с гребными валами такие поломки объясняются появлением усталостных трещин из-за действия на лопасть знакопеременных нагрузок.

Слишком малое расстояние между краем лопасти и днищем катера, расположение винта за плохо обтекаемым дейдвудом и кронштейном, чрезмерный наклон вала, работа валопровода в условиях крутильных колебаний и т. п. - приводят к появлению знакопеременных нагрузок, действующих на лопасть. В принципе, при правильно выбранной толщине лопасти знакопеременные нагрузки могут привести к ее обламыванию только в сочетании с действием других факторов, таких, как коррозия или кавитационная эрозия, появление внутренних напряжений при ремонте путем правки лопасти в холодном состоянии или заварке трещин без последующего отжига и т. д. Таким образом, технология ремонта гребного винта оказывает существенное влияние на его дальнейшую работоспособность.

Холодная правка латунных лопастей возможна лишь при загибе их на угол не более 30°. Гибку лучше всего производить при помощи двух-трех рычагов длиной до 1 м, имеющих на концах прорези глубиной 6-8 см, надеваемые на кромку винта (рис. 3). Можно воспользоваться тисками, универсальным съемником для подшипников или любым прессом.

1 - винт; 2 - рычаг, сталь листовая δ=10 мм. При толщине лопасти до 5 мм L=600 мм, b=60 мм; при толщине до 8-10 мм L=1000 мм, b=80 мм; 3 - подкладная планка (медь, алюминий); 4 - кувалда тяжелая; 5 - кувалда легкая; 6 - наковальня.

При правке ударами с целью уменьшения местных деформаций лопасти лучше пользоваться свинцовой кувалдой. При правке стальной кувалдой на лопасть нужно наложить пластину из свинца, отожженной меди или алюминия. Правку производят на наковальне или любом тяжелом предмете, одерживая противоположный край лопасти тяжелой кувалдой.

При загибе лопасти больше чем на 30° правку необходимо вести с нагревом. (Удается и холодной правкой выправить лопасть, загнутую на 90°, а иногда и более, однако при этом дальнейшая работоспособность отремонтированной лопасти оказывается весьма малой.) Температура нагрева для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 равна 550-700 °С, для ЛАМЦЖ 67-5-2-2 - 600-750 °С; при этом следует иметь в виду, что при недостаточном нагреве условия правки будут лишь незначительно отличаться от выполнения ее без нагрева. Нагрев лучше всего производить в горне или в печи; обеспечить плавный и равномерный нагрев при помощи ацетиленовых горелок обычно не удается.

После правки нужно обязательно произвести отжиг винта для снятия термических напряжений. Отжиг производят сначала медленным (не более 100 °С в час) нагревом до температуры 350-400 °С для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 и 500-550 °С - для ЛАМЦЖ 67-5-2-2, а затем еще более медленным охлаждением вместе с печью (скорость охлаждения не выше 50 °С в час).

Очень часто при ремонте винтов приходится выполнять сварочные работы. Лучше всего, если есть возможность применить аргонно-дуговую сварку, однако удовлетворительные результаты получаются и при обычной газовой сварке. Горелка при этом должна быть отрегулирована на окислительное пламя (отношение О 2 /С 2 Н 2 = 1,2 - 1,3) для предотвращения появления в пламени свободного водорода, вызывающего резкое снижение прочности сварного шва. В качестве присадки при сварке латуни лучше всего применять проволоку из алюминиевых бронз. После сварки также целесообразно произвести отжиг; для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 допускается замена отжига проколачиванием шва в холодном состоянии до появления заметных вмятин по всей его поверхности.

Стальные винты, особенно, если они изготовлены из нержавеющих сталей аустенитного класса 1-18 (например, 1Х18Н107), значительно менее чувствительны к остаточным напряжениям после гибки и сварки; применение отжига для них не обязательно.

Из-за малой пластичности алюминиевых сплавов холодную правку и гибку при ремонте отлитых из них винтов не применяют. Основным способом ремонта в данном случае является аргоно-дуговая сварка или обычная газовая сварка с применением специальных флюсов (АФ-4А). Присадочный материал должен быть идентичен основному металлу винта. После сварки желательно винт нагреть до температуры 300-350 °С и медленно охладить для снятия остаточных напряжений.

В процессе ремонта следует обратить особое внимание на восстановление первоначального шага лопасти. Напомним, что средний шаг лопасти определяется как среднее арифметическое значений шагов на пяти относительных радиусах R/0,5D = 0,3; 0,5; 0,7; 0,8; 9,95. Контроль шага лучше всего вести по фактической величине шага недеформированной лопасти того же винта. При этом различия в шагах в каждом из сечений не должны быть более 2-5%, а в среднем шаге более 1,5-4% (здесь и далее меньшие значения относятся к глиссирующим катерам).

Существуют различные приспособления для измерения шага. Одно из них изображено на рис. 4.

1 - втулка; 2 - гайка барашковая; 3 - шпилька М8; 4 - шаговый шаблон;
5 - винт; 6 - оправка.

При ремонте удобно пользоваться простейшим приспособлением (рис. 4), состоящим из оправки 6, имеющей коническую поверхность под отверстие в винте, и двух цилиндрических поверхностей (эта же оправка в дальнейшем может быть использована для балансировки винта). По меньшей цилиндрической шейке свободно перемещается втулка 1, к которой приварена шпилька 3, имеющая длину, несколько превышающую радиус винта. На шпильке двумя гайками-барашками крепится шаговый шаблон 4 из мягкой жести или алюминия. Шаблон изгибается приблизительно по проверяемому радиусу R изг подводится до упора в нагнетающую поверхность неповрежденной лопасти и фиксируется гайками-барашками. Затем, приподнимая втулку 1, шаблон подводят поочередно к другим лопастям, проверяя зазор между ним и лопастью. Далее шаблон перемещается на другое сечение лопасти и шаг проверяется на другом радиусе; шаблон, естественно, при этом должен быть изогнут по новому радиусу. Для винтов диаметром 300-400 мм зазор между лопастью и шаблоном не должен превышать 0,5-1,5 мм.

Если погнуты все лопасти винта, то вначале целесообразно выправить одну из них, наименее поврежденную, и уже по ней подгонять шаги остальных лопастей. При правке первой лопасти необходимо выдержать средний шаг лопасти и распределение шага вдоль радиуса (если, конечно, они известны).

Обычно считается, что фактический шаг лопасти не должен отличаться от расчетного более чем на 1,5-4%, однако эта рекомендация приемлема для гребных винтов, эксплуатирующихся с судовыми дизелями, работающими по внешней характеристике. Для конвертированных автомобильных двигателей работа по внешней характеристике не допускается, поэтому можно увеличить допустимое отличие действительного шага от расчетного до 10%. Отклонение значений местного шага по сечениям лопасти от закона распределения шага вдоль радиуса не должно превышать 5-10%. Однако следует иметь в виду, что отклонение величин местного шага на одних и тех же радиусах у разных лопастей должны быть значительно меньше (во избежание появления чрезмерной вибрации вала); это учтено в приведенных выше допусках на зазоры между шаговым шаблоном и лопастью. Крайне нежелательно увеличение шага в районе ступицы, приводящее к ухудшению антикавитационных свойств винта и увеличивающее вероятность подсоса воздуха.

После выполнения сварочных работ обычно возникает необходимость в опиловке шва с целью сохранения предусмотренной чертежом толщины лопасти. Небольшое изменение толщины практически не сказывается на тяге, развиваемой винтом, но может заметно ухудшить антикавитационные свойства винта. По этой причине допускаемое отклонение по толщине лопасти на водоизмещающих судах должно быть ограничено пределами от +20% до -10%, а для быстроходных глиссирующих - от +8% до -4%). (Меньшее значение отрицательного допуска объясняется опасностью чрезмерного снижения прочности лопасти.)

Лопасти винтов обычно имеют наклон в корму на угол 10-15°. После правки может оказаться, что эти углы у разных лопастей различны. Обнаружить это можно при вращении винта на оправке или, положив винт ступицей на ровную поверхность, замером расстояний до входящей и выходящей кромок на концевых радиусах. Разница в наклоне лопастей практически не оказывает влияния на упор винта, но нарушает динамическую уравновешенность и, следовательно, приводит к появлению вибрации. Поэтому существует рекомендация ограничить линейное отклонение конца лопасти величиной 1,5-3,0% диаметра винта.

Окончательной операцией является балансировка винта. Лишний вес лопасти удаляется опиловкой всей ее поверхности. Величина допустимого момента дисбаланса для винтов диаметром 300-400 мм - 50-200 г·см.

Двигатель устанавливается на фундамент, представляющий собой систему продольных и поперечных балок, надежно прикрепленных к набору судна. С одним из вариантов такой конструкции, рассчитанной на установку двигателя весом до 350 кг, можно ознакомиться по чертежам катера «Суперкосатка» (см. стр. 187). Конструкция этого фундамента предназначена для размещения двигателя в корме, у самого транца судна. Такая планировка привлекательна тем, что механическая установка, во-первых, занимает минимум полезного места, а во-вторых, в пассажирском помещении в меньшей степени ощущаются и шум от ее работы, и запах бензина и масла. Плохо то, что в этом случае никак не обойтись без реверсредуктора или угловой колонки, приобрести которые в настоящее время можно только случайно, а изготовить самим довольно сложно. С простейши ми конструкциями этих устройств мы познакомимся ниже, а сейчас рассмотрим более доступный для любительского исполнения вариант крепления двигателя, при котором гребной вал соединен с двигателем напрямую.

С конкретной конструкцией фундамента можно ознакомиться по чертежам катера «Тюлень» (см. стр. 196). Фундамент этого катера принципиально не отличается от фундамента катера «Суперкосатка». Наибольшее применение прямое соединение двигателя с гребным валом находит на водоизмещающих катерах и яхтах. На судах этого типа двигатель располагается на уровне ватерлинии либо даже ниже ее. Гребной вал благодаря этому можно установить горизонтально либо с незначительным уклоном в корму и пропустить прямо через ахтерштевень. Не представляет трудности выбрать и место для двигателя: его можно расположить в любой точке по длине судна, сообразуясь с требованиями планировки помещений и центровки.

Другое дело, если речь идет о глиссирующем судне. Чтобы не слишком смещать двигатель в нос (это неприемлемо по условиям центровки), приходится устанавливать гребной вал с изломом в вертикальной плоскости. Такие изломы могут быть выполнены либо с помощью упругих муфт, либо за счет шарниров Гука. Эффективная работа таких соединений обеспечивается при изломе на угол, не превышающий 5-7°. Если требуется изогнуть вал под большим углом, приходится ставить два шарнира и больше.

Монтаж валопровода во всех случаях представляет собой ответственную задачу. Имеет смысл разобраться в этом поподробнее. Предварительно, однако, следует остановиться на некоторых деталях валопровода.

Одной из основных деталей валопровода является гребной вал, опорами которого служат резинометаллическая втулка (подшипник) кронштейна и упорно-опорный подшипник, установленный в месте соединения вала с двигателем или редуктором.

Резинометаллический подшипник, работающий на водяной смазке„ имеет несложную конструкцию и может быть изготовлен с помощью приспособления, показанного на рис. 148. Сначала вытачивается латунная, стальная или бронзовая втулка 3 подшипника. Внутрь ее вваривается резина 5. Для более надежного сцепления резины с металлом на втулке нужно просверлить с десяток отверстий диаметром 4 мм и раззенковать их с наружной стороны.

Для осуществления вулканизации резины нужно изготовить приспособление, которое состоит из втулки 2, предотвращающей распира-ние корпуса подшипника в момент запрессовы-вания сырой резины, донышка 4, закрывающего

подшипник снизу, и плунжера / для запрессовыва-ния резины. Сырую резину, обычно применяемую для ремонта автомобильных шин, нужно нарезать кусочками примерно 20x20 мм и набить ими втулку 3, так чтобы они немного выступали сверху. Затем втулку помещают в приспособление, которое ставят под пресс. Постепенно увеличивая давление, добиваются того, что резина заполняет все пустоты, после чего устройство ставят на варочную плиту и выдерживают на ней не менее 2,5 час. Втулка 3 должна целиком заполниться резиной. Теперь остается просверлить в ней отверстие под гребной вал, диаметром на 2 мм меньше диаметра вала. Вдоль отверстия прорезают четыре продольные канавки треугольного сечения для подтока смазывающей воды к валу.

Очень удобен для монтажа кронштейн с регулируемым наклоном оси гребного вала по отношению к днищу катера (рис. 149). Такая конструкция дает возможность точно отцентровать вал, не прибегая к клиновым прокладкам под лапы двигателя, изготовление которых требует точных фрезерных или строгальных работ. При монтаже кронштейна его основание / сначала крепят на один винт 3, относительно которого шпора 4 имеет возможность поворачиваться на некоторый угол - до точного совпадения отверстия подшипника с гребным валом. Затем ставят винты 2, просверливая отверстия для них в шпоре 4 на месте. Шпору от смещения во время эксплуатации катера предохраняет штифт 5.

Дейдвудные сальник и труба могут быть выполнены по-разному. На рис. 150, например, показана конструкция, состоящая из самоподжимного сальника 5 (рис. 151), эластично, с помощью дюритовой муфты, прикрепленного к металлическому кожуху вала, который монтируется на днище. За счет дюритового соединения компенсируются неточности монтажа вала.

Диаметр d гребного вала выбирается в зависимости от мощности N двигателя, числа его оборотов п и коэффициента В, характеризующего прочность металла на скручивание (для углеродистой стали В = 82, для легированной - 69), по формуле

Наибольший допустимый пролет гребного вала между опорами определяется в зависимости от его диаметра по формуле

При большей длине пролета необходимо устанавливать дополнительные опорные подшипники.

Для установки двигателя сначала необходимо сделать эскиз его расположения, положения вала и подшипников, по эскизу отметить точку выхода гребного вала на киле или на ахтерштевне и в этой точке просверлить центровочное отверстие под дейдвудную трубу. Чтобы не ошибиться в направлении, следует, пользуясь сделанным эскизом, прикрепить к килю кронштейн-кондуктор / (рис. 152, а) с отверстием для сверла 2. Если сверлить киль 3 придется под очень острым углом, лучше сде-

Рис. 152. Приспособление для сверления отверстия под дейдвудную трубу: а - кронштейн-кондуктор; б - расточка.

1 - направляющие крокштенн-конд! и.гор, 2 - сверло. 3 - киль с вырубкой, 4 - направляющий стержень, 5 - резец, 6"- стопорный винт.

лать в нем вырубку с таким расчетом, чтобы сверло входило в древесину под прямым углом.

Для рассверливания на полный размер используются либо специальные расточки (рис. 152, б) с направляющим стержнем по диаметру центрового отверстия, либо надетая на сверло фреза, либо труба с заточенными по торцу зубцами. Отверстие под трубу большого диаметра приходится растачивать за два и за три раза, соответственно применяя расточки все большего диаметра.

Имеется два способа монтажа гребного вала. Первый, наиболее простой, заключается в следующем. В соответствии с эскизом, по возможности точнее, устанавливается дейдвудная труба. Она и задает направление оси гребного вала. В трубу вставляется втулка опорного подшипника и дейдвудный сальник, которые и будут в дальнейшем строго фиксировать положение гребного вала.

На вставленный в дейдвудную трубу вал надевают по очереди кронштейн, опорный и упорный подшипники, следя за тем, чтобы не было провеса. Затем с использованием прокладок крепят кронштейн и подшипники так, чтобы вал легко проворачивался вручную. На балках фундамента размечают места крепления угольников под опоры двигателя. Рама двигателя должна иметь возможность перемещаться по угольникам в пределах, обеспечивающих центровку.

Соосность гребного вала и выходного вала двигателя проверяют при помощи стрелок (рис. 153, а), укрепленных на фланцах обоих

Рис. 153. Определение неточности установки гребного вала; а - смещение осей; б - излом линии вала.

валов. Сначала фланцы поворачивают так, чтобы стрелки вверху оказались на одном уровне, затем оба вала поворачивают на 180° и замеряют расстояние h между стрелками в этом положении по высоте. Замеренное расстояние и будет показывать смещение валов по вертикали, которое устраняется путем установки прокладок под лапы двигателей. Подобным же образом замеряется горизонтальное смещение / валов, которое устраняется перемещением двигателя поперек фундаментных угольников.

Теперь остается устранить возможный излом линии вала. Для этого устанавливают на одном уровне стрелки, замеряют расстояние 1г между их концами (рис. 153, б) и поворачивают валы за фланцы на 180°. Замеряют расстояние /2 между концами стрелок. Если расстояния окажутся разными, то это будет означать, что линия вала имеет излом. Излом устраняют перемещением двигателя.

Рассмотрим монтаж двигателя. Наметив отверстия в угольниках фундамента, снимают двигатель и просверливают эти отверстия. Устанавливая двигатель на свое место, надо не забыть положить все подрамные прокладки.

Поставив гайки на все болты, постепенно затягивают их, проворачивая вал и следя за тем, чтобы его не заедало.

Другим, более точным способом монтаж гребного вала осуществляется с помощью струны, которая, будучи натянутой по линии вала, определит положение его опор (рис. 154). Практически работа выполняется в следующем порядке. В отверстие под дейдвудную трубу вставляется деревянная втулка, к которой снаружи прикрепляется металлическая пластинка (дейдвудная мишенька) с центровочным отверстием диаметром 3 мм, которое является первой контрольной точкой. По эскизу находится вторая контрольная точка - на носовой переборке 7 машинного отделения либо на временно установленной доске. В этой точке также крепится металлическая пластинка (монтажная мишенька) с отверстием 1 мм. Для определения места крепления кронштейна гребного вала нужно установить еще одну мишеньку (мишеньку /) в самой кормовой части корпуса - на транце или ахтерштевне. В отличие от двух пречыду-

щих, эта мишенька подвижная, она представляет собой тонкую металлическую пластинку с миллиметровым отверстием в центре и четырьмя отверстиями по углам для крепления гвоздиками по месту. Устанавливается эта мишенька при помощи монтажного щита 2, который крепится на транце так, чтобы плоскость его была перпендикулярна оси вала. В месте установки мишеньки в щите выпиливается отверстие диаметром 75 мм.

Струну пропускают через отверстие в подвижной мишеньке и в кормовом щите, а чтобы она не выскакивала, на конце ее привязывают гвоздь. Далее струна протягивается через кронштейн с вставленным в него макетным валиком (рис. 155), дейдвуд и носовую мишеньку. За переборкой машинного отделения струна перебрасывается через установленный здесь блок 8 и натягивается с помощью привязанного к ее концу груза 9. Передвигая кормовую мишеньку /, нужно установить струну так, чтобы она не касалась краев отверстия дейдвудной мишеньки 4. После этого кормовую мишеньку необходимо прикрепить к щиту гвоздиками.

После того как линия вала будет обозначена струной, остается установить промежуточные мишеньки всех центрируемых частей вала и закрепить их.

Для установки кронштейна гребного вала необходимо сделать из твердого дерева макетный валик 3 в размер втулки кронштейна, в центре валика просверлить отверстие диаметром 3 мм под струну (чтобы заводить струну в отверстие, можно прорезать валик, как показано на рис. 155). Сдвигая кронштейн, добиваются того, чтобы струна проходила через отверстие в макетном валике с одинаковым радиальным зазором. После этого кронштейн крепят к корпусу окончательно, подложив под его опоры пропитанную суриком парусину или, если надо, прострогав обшивку (прокладка нужна и в этом случае).

Аналогичным образом, с помощью макетного валика, устанавливается и дейдвудная труба. Рассверливать отверстия для нее в киле до окончательного размера лучше не сразу, а после предварительной центровки по струне. Вначале же можно сделать отверстие диаметром на 5- 10 мм меньше, это даст возможность при центровке сдвигать трубу в любом радиальном направлении в пределах допусков. Сначала центровку ведут с помощью макетного валика. Надев валик на натянутую струну, рассверливают по его размерам киль или ахтерштевень. Затем на валик надевают дейдвудную трубу. Фланец трубы подгоняют рубанком по месту к корпусу судна.

Отцентрованная дейдвудная труба сначала прикрепляется шурупами. Затем по имеющимся отверстиям в дейдвудной плите просверливают во фланце отверстия для болтов. Болты перед постановкой обматывают паклей, обмазывают суриком и затягивают в порядке, указанном на рис. 156.

Центровка подшипников также проводится по мишенькам, с помощью макетных валиков.

Центровку самого двигателя удобнее производить до его установки в корпус, при помощи фундаментной рамы. Делается это так. На собранный из двух продольных (углового сечения, например) и нескольких поперечных балок фундаментной раме монтируют двигатель. К концевым поперечным балкам фундаментной рамы крепят фанерные щитки с наклеенными листами ватмана на сторонах, обращенных к двигателю. К храповику и маховику двигателя прочно привязывают карандаши, которые при проворачивании вала двигателя вычерчивают на ватмане окружности.

Снимают двигатель с фундаментной рамы, а саму фундаментную раму ставят на место в корпус судна. Находят центры окружностей на листах и сверлят по ним отверстия диаме-

Монтаж гребного вала следует вести от кронштейна к двигателю. Вал нужно при этом постоянно проворачивать, одновременно производя затяжку болтов на соединительных фланцах.

При использовании шарнирных соединений монтаж вала упрощается. В этом случае достаточно только наметить линию вала. Двигатель устанавливается по шарниру. Для этого он вместе с фундаментной рамой ставится на место, но не крепится, а подвешивается на талях, чтобы его можно было легко перемещать в любом направлении. Затем монтируется шарнир, соединяющий гребной вал с валом двигателя (нужно, чтобы опорный подшипник гребного вала был расположен возможно ближе к фланцу, на котором крепится шарнир). Теперь остается расклинить двигатель прокладками и отдать тали. Если после этого двигатель и гребной вал будут легко прокручиваться, их закрепляют окончательно. В противном случае центровку нужно будет повторить.

Или гребное колесо). Передача вращения от главной машины судна (паровой поршневой машины, двигателя Дизеля, паровой турбины) движителю осуществляется при помощи нескольких соединенных между собой валов, совокупность которых называется линией вала . Фиг. 1 дает расположение отдельных частей, составляющих линию вала (для винтового судна): 1 - гребной вал; 2 - дейдвудный вал (в одновинтовых судах гребной вал является в то же время и дейдвудным); 3 - промежуточный вал; таких валов может быть несколько, называют их также коридорными, по месту их расположения; 4 - упорный вал; кроме того, к линии вала относится коленчатый вал поршневой машины, не показанной на фиг.; в турбинных установках без передачи коленчатый вал заменяется валом турбины, а в турбинных установках с передачей - валом, несущим большую шестерню.

Кроме перечисленных, необходимыми принадлежностями линии вала являются: 1) сальник дейдвудного вала, устраиваемый в месте прохода дейдвудного вала через переборку и препятствующий прониканию забортной воды вдоль дейдвудного вала внутрь судна; 2) опорные подшипники (фиг. 2), служащие для поддержания собственного веса валов и в то же время являющиеся направляющими опорами при передаче упорному подшипнику осевого давления, развиваемого винтом; каждый промежуточный вал обычно покоится на двух опорных подшипниках; 3) упорный подшипник, прочно соединенный при помощи особого фундамента с корпусом судна и служащий для передачи судну осевого усилия, развиваемого винтом и сообщающего судну движение.

Линия валов должна представлять собой правильную прямую линию, т. к. всякий излом этой линии (угол между двумя жестко соединенными друг с другом валами) при вращении валопровода будет вызывать нагревание и износ подшипников.

На фиг. 3, представляющей гребной вал (который в то же время является и дейдвудным) одновинтового судна: а - гребной вал; б - чугунная дейдвудная труба, один конец которой крепится к переборке судна, а другой - к ахтерштевню судна; в - бакаутовые вкладыши, служащие подшипниками, на которых лежит дейдвудный вал; г - бронзовая облицовка (непрерывная); д - дейдвудный сальник.

Если облицовка не сделана непрерывной, то вал, лишенный металлической облицовки, часто защищают от действия морской воды специальной облицовкой из резины. Из характерных деталей линии вала необходимо отметить еще упорный подшипник. До появления подшипника системы Мичеля (Michell) упорными подшипниками исключительно служили или подшипники со скобами системы Модслея (фиг. 4) или (для малых судов) подшипники с кольцевыми выточками, состоящие из двух половин.

В подшипниках этих систем удельное давление допускается в пределах от 3 до 6 кг/см 2 , и вал имеет несколько упорных колец. Разработанный Мичелем, на основании новой теории смазки, подшипник дал возможность поднять удельное давление до 25 кг/см 2 , вследствие чего оказалось возможным ставить на валу только одно кольцо; конструкция подшипника весьма компактна. Сущность устройства, которое допускает такие высокие удельные давления, состоит в следующем (фиг. 5):

между подшипником L и упорным кольцом R имеются упорные подушки z, которые опираются лишь в одной точке на болты а. Когда кольцо начинает вращаться, то смазочное масло, приходя в движение, отодвигает подушки и удерживает их в наклонном положении по отношению к кольцу, причем наружные концы подушек отодвигаются от упорного кольца дальше, чем внутренние. В образующиеся между кольцом и подушками клинообразные пространства непрерывно поступают все новые количества смазки, и, таким образом, трущиеся металлические поверхности нигде не соприкасаются.

Конструкция и расчет . При определении прочных размеров валов коммерческих судов приходится пользоваться теми формулами и нормами, которые дают классификационные общества. В СССР наряду с правилами «Регистра Союза ССР» применяются правила Английского Ллойда, Германского Ллойда и Бюро Веритас. Размеры валов, определенные по правилам этих обществ, довольно близко подходят друг к другу. Для расчета по правилам Английского Ллойда служат следующие формулы. Промежуточные валы для судов с паровой поршневой машиной:

где d – диаметр промежуточного вала в мм, D – диаметр цилиндра низкого давления в мм, S – ход поршня в мм, WP – рабочее давление в котлах в кг/см 2 , r – отношение площади поршня цилиндра низкого давления к площади поршня цилиндра высокого давления, с - коэффициент, даваемый табл. 1.

Диаметр коленчатого вала д. б. не меньше 1,05d; диаметр гребного вала - не меньше, чем d + P/c, где Р - диаметр винта в мм, а с - коэффициент, равный 144, если бронзовая облицовка вала непрерывная, и 100, если облицовка не является непрерывной. Диаметр упорного вала в районе между упорными кольцами должен быть не меньше 1,05d; от упорных колец к муфте диаметр упорного вала м. б. сведен путем постепенного перехода к диаметру, равному диаметру дейдвудного вала (не несущего винт) - не меньше 1,05d. Если вал подвержен действию морской воды, то его диаметр д. б. не меньше 1,075d. Для судов с паровыми турбинами диаметр промежуточных валов должен быть вычислен по следующей формуле:

где S - максимальное число л. с. на валу, развиваемых турбиной, R - число об/мин., F - коэффициент, для океанских судов равный 64, для речных и озерных - 58. Диаметр вала, при турбинах с зубчатой передачей д. б. не меньше 1,05d-1,1d, в зависимости от числа и расположения малых шестерен. Для судов с дизелями диаметр промежуточного вала д. б. не меньше

где D - диаметр цилиндра в мм, S - ход поршня в мм, с - коэффициент, который берется из табл. 2 путем интерполирования в зависимости от величины коэффициента А, вычисляемого по формуле:

где W - полный вес махового колеса в кг, dw - диаметр махового колеса в мм, R - число об/мин., D - диаметр цилиндра в мм, S - ход поршня в мм.

Если ход поршня не меньше 1,2 и не больше 1,6 диаметра цилиндра, то вместо выражения м. б. взято выражение 0,735·D+0,273·S. Вычисление диаметра коленчатого вала дизелей производится по следующей формуле, при условии, что максимальное давление в цилиндре не выше 35 кг/см 2:

где D - диаметр цилиндра в мм, S - ход поршня в мм, и h - расстояние в мм между внутренними кромками подшипников, на которых лежит колено вала. Значения коэффициентов А и В берутся из табл. 3.

Вышеприведенные формулы дают минимальные, требуемые Английским Ллойдом, размеры валов. Для судов военного флота, где конструктор не стеснен предписаниями страховых обществ, размеры валов определяются по обычным формулам сопротивления материалов. Коленчатый вал, подвергающийся одновременному действию изгиба и кручения, рассчитывается по формуле Сен-Венана (Saint-Venant):

где R изг. - допускаемое напряжение на изгиб, W - момент сопротивления, М изг. и М кр. - соответственно изгибающий и крутящий моменты. Вместо формулы Сен-Венана, построенной на теории прочности, предполагающей, что причина разрушения тел кроется в величине наибольших деформаций сжатия или растяжения, применяется в Англии и входит в употребление в других странах формула:

Эта формула построена на допущении, что причиной разрушения являются возникающие в теле наибольшие деформации сдвига. Очень часто расчет ведется по формулам, учитывающим только касательные напряжения, а именно:

где d - диаметр вала, d 1 - внутренний диаметр вала, если вал пустотелый, M t - крутящий момент, N - число индикаторных л. с. машины, n - число об/мин., R t - допускаемое напряжение на сдвиг, которое берется в следующих пределах: 240-320 кг/см 2 (для товарных и пассажирских судов), 350-400 кг/см 2 (для военных судов тяжелой постройки), 400-480 кг/см 2 (для военных судов легкой постройки), 480-580 кг/см 2 (для миноносцев). Расчет промежуточных валов, работающих гл. обр. на скручивание, производится по указанным выше формулам (1), (2), (3).

В случае турбинной установки под N понимается число эффективных л. с., передаваемых валом. R t берется на 10-15% больше, чем в коленчатых валах; при турбинных установках R t берется: 420-450 кг/см 2 (для коммерческих судов), 500-650 кг/см 2 (для броненосцев и крейсеров) и 750-850 кг/см 2 (для миноносцев). Очень большое влияние на прочность валов имеют крутильные колебания, возникающие в валопроводе при работе машины. В случае резонанса, т. е. совпадения периода собственных колебаний валопровода с периодом действующих сил, в валах могут получиться опасные напряжения, вызывающие их поломку. Определение числа собственных колебаний валопровода и сравнение его с числом оборотов машины дают возможность определить, насколько близко лежат эти пределы. В случае их совпадения, чтобы избежать резонанса, приходится или менять число оборотов машины или изменять размеры валопровода. Крутильные колебания, возникающие в валопроводах, опасны еще и в том отношении, что вал, закручиваясь то в одном то в другом направлении, периодически меняет напряжение, что в конечном результате при соответствующих значениях напряжения может вызвать явление «усталости» материала и повести к поломке.

Гребной вал отковываются из болванок, отлитых из сименс-мартеновской стали. Чтобы обеспечить поковку от следов усадочных раковин, вес болванки, предназначаемой для вала, определяют с таким расчетом, чтобы ее прибыльная часть, составляющая 30-40% от общего веса, осталась неиспользованной; это относится к случаю, когда стальная болванка отливается обычным способом. Если же при отливке болванки будут приняты особые меры для уменьшения размеров усадочной раковины (подогрев прибыльной части, отливка с насадкой, выложенной огнеупорным кирпичом, прессование жидкой стали), то в таком случае размеры неиспользованной прибыльной части болванки соответственно уменьшаются. Размер болванки в поперечном сечении должен быть таков, чтобы была обеспечена надлежащая проковка вала; считается достаточным, если площадь сечения откованного вала составляет не более 20% от площади поперечного сечения выбранной болванки. Большие судовые гребные валы отковываются под гидравлическими или парогидравлическими прессами, причем мощность пресса в 3000 т достаточна для проковки самых больших валов. Колена в коленчатых валах располагают в поковке сначала в одной плоскости; надлежащее их взаимное расположение под разными углами, согласно чертежу, достигается путем скручивания в нагретом состоянии соединительных между отдельными коленами частей вала. Валы обрабатываются резанием на станках со всех сторон; припуск на обработку зависит от размеров вала и колеблется от 5 до 30 мм на сторону. Судовые гребные валы изготовляются из стали качества обыкновенной углеродистой с временным сопротивлением на разрыв в 40-50 кг/мм 2 . В некоторых случаях коленчатые валы двигателей внутреннего сгорания (например, дизелей) предпочитают делать из специальной стали - никелевой или хромоникелевой, т. к. эти сорта стали являются более стойкими при работе изделия, когда возможны удары и вибрации.

По отковке валы простой углеродистой стали подвергают отжигу, причем температура нагрева должна соответствовать содержанию углерода в стали; валы из специальных сортов стали подвергаются также по отковке соответствующей составу стали термической обработке. Пробы для испытания качества металла отбирают от концов вала после отжига или окончательной термической обработки; от малых валов (весом до 10 т) пробы берут с одного конца; от валов весом свыше 10 т пробы берут с двух концов. Облицовка дейдвудного вала отливается из бронзы состава: красной меди 86%, олова 10% и цинка 4%. Облицовка насаживается на вал нагретой или под прессом и должна удерживаться трением; крепление ее к валу винтами или гужонами не допускается.