Дейдвудные подшипники с металлическим антифрикционным слоем и с масляной смазкой под давлением

За последнее время было сделано много попыток улучшения конструкции и эксплуатационной надежности дейдвудных устройств, например отказ от смазываемых водой подшипни­ков с набором бакаута или его синтетическими заменителями, так как работа этих подшипников на крупнотоннажных судах не удовлетворяет предъявляемым требованиям.

Одной из основных причин плохой работы смазываемых во­дой подшипников является то, что они работают главным обра­зом в условиях полужидкостного трения. В результате этого затрачивается значительная часть мощности главного двигате­ля на преодоление повышенных сил трения, снижается к. п. д. установки, повышается степень износа подшипников; соответ­ственно их необходимо чаще заменять либо ремонтировать. Дополнительно затрачивается также часть мощности главного двигателя в смазываемых водой подшипниках на преодоление сил трения в уплотнении сальника гребного вала. Дейдвудные устройства с водяной смазкой усложняют также гидроизоля­цию гребного вала бронзовой облицовкой (иногда стальной, покрытой нержавеющей сталью).

Особенности конструкции облицовок — тонкие стенки, зна­чительная длина (L/d≥10) и недостаточная жесткость — пред­ставляют большую сложность при требуемой точности обра­ботки, особенно при длинных облицовках.

В связи с прессовой посадкой облицовки «а вал, гидродина­мическими нагрузками, возникающими при вращении вала, и неравномерным охлаждением при насадке облицовки на вал в материале защитного покрытия возникают высокие напряжения, которые могут явиться одной из причин разрушения облицов­ки, а часто и самого гребного вала.

Кроме того, посадка облицовки на вал способствует обра­зованию на его поверхности фреттинг-коррозии, являющейся, в свою очередь, следствием микроперемещений насаженной на вал облицовки из-за переменного изгиба и кручения. При этом наиболее интенсивные очаги фреттинга наблюдаются на поверхности гребного вала в районе кормового торца облицов­ки [5].

Указанные обстоятельства и другие существенные причины заставили коренным образом пересмотреть конструкцию дейдвудных устройств для крупнотоннажных судов и перейти на •подшипники с металлической заливкой и масляной смазкой под давлением.

Преимущества конструкций с металлическими подшипника­ми и масляной смазкой:

1. вал работает не в агрессивной среде;

2. подшипник имеет масляный зазор 0,5—0,8 мм, что благо­приятно сказывается на характере работы всего узла вал— дейдвуд—винт;

3. подшипник и вал практически не изнашиваются;

4. в период ремонта практически не требуется вынимать вал из машинного отделения с целью его проточки;

5. условия смазки подшипников не зависят от степени загряз­ненности забортной воды (в случаях работы на мелководье и на мели);

6. в эксплуатации не требуется постоянного ухода и контроля со стороны обслуживающего персонала за концевыми уплотне­ниями гребного вала (сальниками);

7. основные параметры, определяющие характер работы дейдвудного устройства, легко поддаются контролю средствами автоматизации.

Недостатком в работе указанных устройств является воз­можность протечки масла за борт в случае дефекта кормового сальника или всего устройства. Поэтому обязательным являет­ся обеспечение уплотнения масляной полости дейдвудной тру­бы для предотвращения утечек смазочного масла и возмож­ности аварий подшипников. Однако результаты эксплуатации дейдвудных устройств с металлическими подшипниками, зали­тыми баббитом, и с масляной смазкой под давлением не дают оснований ставить под сомнение их надежность, работоспо­собность и долговечность.

Подшипники с баббитовой заливкой отличаются гидроди­намическим характером смазки, обладают высокой износостойкостью. Они бесшумны в работе. Вследствие малых диаметральных зазоров между под­шипниками и гребным валом устранена проблема, связанная с вибрацией последнего.

Дейдвудные подшипники с баббитовым антифрикционным слоем и масляной смазкой под давлением выдерживают удель­ные нагрузки 7—10 МПа, что намного больше расчетных удельных нагрузок, не превышающих 2—2,5 (иногда 3) кгс/см² для подшипников, набранных неметаллическими материалами (бакаут, текстолит и т. п.) при смазке водой. Это позволяет применять в дейдвудных устройствах более короткие подшип­ники.

При дейдвудных баббитовых подшипниках не требуется применение бронзовых или других облицовок гребных валов, однако они требуют герметизации.

Дейдвудное устройство с баббитовыми подшипниками, мас­ляной смазкой под давлением и с концевыми уплотнениями типа «Симплекс» показано на рис.3

В дейдвудную трубу запрессованы два подшипника (кормо­вой длинный и носовой короткий), залитые баббитом. Кольце­вой объем между дейдвудной трубой и гребным валом запол­нен маслом.

Втулки подшипников изготовляют из ковкого или серого чу­гуна с толщиной стенки примерно 10% диаметра гребного вала.

Химический состав баббита, применяемого для дейдвудных втулок, имеет свинцовистую основу (по химическому составу приблизительно 75%). Этот баббит в отличие от оловянистого может работать при попадании воды в дейдвудную трубу (в аварийном случае). Кроме того, наличие улучшающих приса­док в свинцовистом баббите способствует сохранению высокой твердости при нагреве, в то время как оловянистые баббиты с ростом температуры снижают свою твердость.

Толщина антифрикционного баббитового слоя втулок после чистовой обработки составляет 3—4 мм, иногда до 5 мм в за­висимости от диаметра гребного вала.

Баббит наносят на гладкую поверхность (без пазов типа «ласточкин хвост») методом центробежного литья, что обеспе­чивает хорошую адгезию баббита с основным металлом. Для этой же цели втулку деграфитизируют в электролите, содержа­щем 75% едкого натра NaOH, 17% хлористого натрия NaCI, 3,5% углекислого натрия Na₂CO₃ и 4,5% влаги и примесей, при температуре электролита 450—500⁰ С, плотности тока примерно 10 А/дм² и напряжении примерно 6 В.

На концах втулок толщина баббита на некоторой длине уменьшается (рис.4) для снижения кромочных нагрузок, воз­никающих при изгибных колебаниях вала. По концам втулки для закрепления ее на станке предусмотрены внутренние цент­рирующие выточки глубиной 5 мм. На наружной поверхности сделаны четыре продольных паза с отверстиями, служащими для подвода масла к гребному валу.

Диаметральный масляный зазор в подшипниках можно определить по формуле δ=0,001 D+0,5 (где D— наружный диаметр вала, мм).

Концевые уплотнения гребного вала. Конструктивно уплот­нения состоят из двух узлов: кормового и носового сальников. Кормовой сальник показан на рис. 5, носовой — на рис. 6.

Система смазки сальников: кормового — полость, заполнен­ная маслом; носового—с естественной или с принудительной циркуляцией.

Применяемые масла: турбинное Тп-46. Допускается применение иностранных масел, рекомендованных фирмой «Ховальдсверке-дойче верфт». Другие марки отечественных масел могут быть применены по согласованию с предприятием-проектантом.

Заливку системы смазки дейдвудного устройства и носового уплотнения «Симплекс» рабочим маслом, а также их гидрав­лические испытания необходимо производить согласно инструк­циям на уплотнение «Симплекс» и на систему смазки.

Неподвижные корпуса обоих сальников жестко крепят к торцам дейдвудной трубы вместе с масловодонепроницаемыми прокладками.

Кормовой сальник. Кормовой сальник (рис. 5) состоит из двух сильфонных манжет, закрепленных крышками в корпу­се сальника, последний находится в воде. Сильфонные манже­ты и наружная уплотнительная манжета соединены с направ­ляющим кольцом, свободно сидящим на втулке. Кольцо имеет внутри баббитовую заливку. Втулку надевают на гребной вал и крепят к ступице гребного винта с масловодонепроницаемой прокладкой. Материал прокладок — паронит марки ПМБ (по ГОСТ 481—71).

Втулка сальника вращается вместе с гребным валом. Все три манжеты надеты на втулку с натягом и, кроме того, рабо­чие кромки манжет плотно прижимаются к втулке пружинами, а также давлением воды или масла. Сальник всегда работает надежно при радиальных колебаниях вала, так как в случае вертикального перемещения вала, например его просадки, направляющее кольцо автоматически центрирует рабочие кромки манжет.

Кормовая сильфонная манжета 3 обеспечи­вает водонепроницаемость. Она подвергается давлению воды в зависимости от осадки судна. Наружная уплотнительная манжета 2 защищает манжету 8 от грязи и действия других механических примесей, содержащихся в воде. Носовая силь­фонная манжета 5 обеспечивает маслонепроницаемость дейд­вудного подшипника с его кормовой стороны.

Давление масла в дейдвудной трубе должно быть на 0,03— 0,04 МПа больше давления, создаваемого забортной водой на наружную уплотнительную манжету 2. Камеру между манже­тами 3 и 5 заполняют маслом для смазки направляющего кольца.)

Кормовой сальник находится в воде и имеет естественное охлаждение, т. е. омывается забортной водой, циркулирующей через отверстия в защитном кожухе над кормовым сальником. Кормовой сальник уплотнения надежно работает при лросадке гребного вала в эксплуатации до полного износа баббитовой заливки кормового дейдвудного подшипника, однако просадка должна составлять не более 2 мм для валов диаметром 100—300 мм, 3 мм—для валов диаметром 301—500 мм, 4 мм для валов диаметром 501—1000 мм.

Носовой сальник. Носовой сальник находится в сухом поме­щении, он охлаждается окружающим воздухом и частично— маслом системы смазки. Носовой сальник отличается от кор­мового тем, что вместо сильфонных манжет в нем применяют две уплотннтельные (рис. 6). Положение корпуса носового сальника на дейдвудной трубе после проверки установки долж­но быть зафиксировано штифтами. Втулка 3 жестко крепится к разъемно-зажимному кольцу из двух половин, стянутому на гребном валу болтами.

В системе смазки носового сальника с естественной цирку­ляцией (рис. 7) масло из бачка вместимостью 1,5 л поступает в сальник и, нагреваясь, поднимается по трубопроводу обратно в бачок. ^

Система смазки с принудительной циркуляцией (рис. 8) рекомендуется для предотвращения чрезмерного нагревания в следующих случаях:

а) при статическое давлении масла в дейдвудном устрой­стве более 0,08 МПа

б) при окружной скорости гребного вала более 5 м/с.

Создание давления в полости носового сальника непосред­ственно от насоса не допускается. Это может вызвать чрезмер­ную деформацию манжет и разгерметизацию системы.

При применении схемы смазки дейдвудных подшипников с принудительной циркуляцией масло в подшипники должно поступать самотеком из цистерн, а насос должен работать только на откачку масла из дейдвуда.

Манжеты. Сильфонные и уплотнительные манжеты изго­товляют из специальной масло-, термостойкой и износоустойчи­вой резины на основе синтетического каучука. При изготовле­нии манжет предъявляют особо жесткие требования к химиче­ской чистоте компонентов, механическим свойствам и качеству исполнения манжет.

Конструкция сильфонной манжеты показана на рис. 9 уплотнительная име­ет аналогичную конструкцию.

Для нормальной работы металличе­ских подшипников необходимо исключить возможность утечки смазочного масла через концевые уплотнения. Причиной просачивания масла через сальник мо­гут быть трещины в уплотнительных ман­жетах, возникающие при повышении тем­пературы сальника.

На рабочих поверхностях (кромках) уплотнительных манжет с течением вре­мени появляются отвердения в резуль­тате естественного старения материала.

Такие отвердения не представляют опасности для дальнейшей эксплуатации, однако при этом происходит снижение упругих свойств материала, необходи­мых для надежной работы уплотнения.

Преждевременное старение материала уплотнительных манжет происходит при повышении температуры в дейдвудном устройстве, которое может быть вызвано:

1. недоброкачественным монтажом узлов уплотнения или все­го дейдвудного устройства;

2. недостатками конструкций ахтерштевня и дейдвудном трубы;

3. наличием грязи (засорением) в дейдвуде;

4. неправильным выбором смазочного масла (влияние хими­чески активных веществ);

5. недопустимо короткими пружинами манжет;

6. неправильным положением гребного вала в дейдвуде (выз­ванным неправильным монтажом) либо недостаточной про­дольной жесткостью кормовых образований судна и ахтерпика;

7. неправильным выбором материала при изготовлении ман­жет или, втулок;

8. увеличением частоты вращения гребного вала и избыточ­ным давлением масла (эти причины могут оказать особенно неблагоприятное воздействие на носовое уплотнение, находя­щееся в более сложных условиях охлаждения, чем кормовое, омываемое забортной водой).

Во всех случаях необходимо сводить к минимуму темпера­турные влияния на узлы уплотнения.

В связи с тем, что замена носового уплотнения может потре­боваться раньше, чем кормового, их следует заменять без де­монтажа гребного вала, т. е. без докования судна. При этом манжеты разрезают и затем склеивают непосредственно на ва­лу специальным клеем с помощью электронагревательного приспособления.

Как показали исследования и испытания, образование тре­щин и разрушение рабочих кромок уплотнительных манжет являются следствием старения материала из-за высокой тем­пературы (120° С и выше), образующейся при трении кромок манжет о поверхность втулки.

В настоящее время для предотвращения растрескивания уплотнительных манжет и повышения выносливости их рабо­чих кромок разработан и реализуется ряд конструктивных ме­роприятий, в том числе:

применение надежно склеенных манжет из двух разных ма­териалов;

упрочнение стенки рабочей кромки специальным кольцом (для ограничения действующих внутренних напряжений);

улучшение охлаждения ра­бочей кромки манжеты и уси­ление циркуляции смазочного масла.

Дата добавления: 2014-10-15