Галашов Н.Н. Центровка судовых валопроводов: методические указания по выполнению лабораторных работ

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Волжская государственная академия водного транспорта

Кафедра технологии конструкционных

материалов и машиноремонта

Н.Н. Галашов, С.Ю. Ефремов

МОНТАЖ СУДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Методические указания по выполнению лабораторных работ для

студентов очного и заочного обучения специальности

180403 «Эксплуатация судовых энергетических установок» по дисциплине

«Монтаж судового оборудования»

Нижний Новгород

Издательство ФГОУ ВПО «ВГАВТ»

2008

УДК 629.12.002

Г 15

Галашов, Н.Н.

Центровка судовых валопроводов: методические указания по выпол-

нению лабораторных работ // Н.Н. Галашов, С.Ю. Ефремов – Н. Новгород,

Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2008. – … с.

В методических указаниях рассмотрены вопросы центровки судовых

валопроводов, пробивки осевой линии валопровода, центровки главных

двигателей на судовом фундаменте, крепление

двигателей, центровки ва-

лопроводов по расчетным нагрузкам на опорах.

Состав лабораторных работ изложен в соответствии с учебной про-

граммой дисциплины «Монтаж судового оборудования» для студентов,

обучающихся по специальности 18.04.03 «Эксплуатация судовых энерге-

тических установок»

Изучение материала лабораторных работ позволяет студентам ис-

пользовать полученные знания и навыки при выполнении практических

работ на судах

, в курсовом и дипломном проектировании.

Рекомендованы к изданию кафедрой Технологии конструкционных

материалов и машиноремонта (протокол № 10 от 25 июня 2008 г.)

ЗАДАЧИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Задачами настоящих лабораторных работ являются закрепление тео-

ретических знаний, полученных в лекционном курсе и самостоятельном

изучении дисциплины «Монтаж судового оборудования», изучение тех-

нологических процессов монтажных работ, применяемого оборудования и

инструментов при монтаже механизмов на фундамент, требований стан-

дартов и необходимых расчетов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОСОБЕННОСТЯХ МОНТАЖА

СУДОВОГО

ОБОРУДОВАНИЯ

Технологический процесс монтажа судового оборудования включает

следующие основные операции:

подготовка судна к монтажу, в том числе – подготовка монтажных

баз, проверка отсеков на герметичность выверка положения судна на ста-

пеле и пр.;

погрузка и транспортировка механизмов на судно;

базирование на судне, в том числе – пробивка осевых линий валопро-

водов;

установка

главного двигателя, дейдвудного устройства, подшипников

валопроводов;

установка деталей валопровода;

центровка валопровода;

установка компенсирующих звеньев (подкладок) между опорными

поверхностями;

крепление оборудования на фундаменте;

контроль качества монтажа.

Отдельные вопросы и особенности технологических монтажных опе-

раций рассмотрены в специальной литературе [1, 2, 3].

В процессе постройки и эксплуатации, корпус деформируется под

влиянием различных факторов: изменение температурных

условий, появле-

ние деформаций от сварочных напряжений, при спуске судна в воду и за-

грузке судна, при монтаже механизмов, в зависимости от волнения и т.д.

Валопровод и главные двигатели частично воспринимают возникаю-

щие в корпусе деформации, что приводит к изменению точности монтажа,

достигнутой при постройке судна на стапеле. В результате

нарушается

соосность валов, происходит перераспределение нагрузок на опоры вало-

провода, изменяются раскепы коленчатых валов дизелей, в гребных валах

возникают напряжения, которые достигают опасных значений, особенно

при наличии концентратов.

Деформации корпуса делятся на общие и местные.

Общий изгиб корпуса как балки, характеризуется изменением упругой

линии, вследствие следующих причин:

– деформация при спуске судна со стапеля, в период плавания и пере-

распределения напряжений;

– разности температуры надводной и подводной частей корпуса;

– неравномерного нагрева солнечными лучами палубы и одного из

бортов.

Общие

деформации трудно поддаются расчету. Практически рассчи-

тывают только нагрузку судна и влияние гидростатического давления во-

ды. Остальные факторы учитывают по опытно-статистическим данным,

полученным на построенных судах.

Приближенно считают, что общий продольный изгиб корпуса проис-

ходит по плавной кривой (рис. 1), в результате чего, упругая линия 3 по-

лучает стрелу прогиба y

max

Форма и направление изгиба определяются конструкцией судна, его

загрузкой и положением на волне. Степень влияния общих деформаций на

условия монтажа, зависит от многих факторов, в том числе от материала

корпуса, длины и места установки оборудования.

Рис. 1. Схема деформаций валопровода под влиянием общего и местного изгиба корпуса судна:

1 – главный двигатель; 2 – корпус судна; 3 – упругая линия валопровода; 4 – опоры

деформируемого участка вала; 5 – переборки между деформируемым участком вала;

6 – средняя опора деформируемого вала; 7 – деформируемый участок вала (местный изгиб);

S – расстояние между опорами; L – расстояние от палубы до валопровода;

max

– наибольший прогиб упругой линии валопровода;

f – местная деформация вала; R – дополнительная нагрузка на среднюю

опору от местного изгиба корпуса судна

Наиболее протяженными механизмами на судне являются валопрово-

ды и крупногабаритные механизмы (главные двигатели). Оценку влияния

общего изгиба можно произвести по напряжениям в валах и нагрузкам на

подшипники, возникающим в валопроводе, когда он находится в наиболее

неблагоприятных условиях.

Академик Шиманский, считая валопровод жестко связанным с корпу-

сом судна, установил следующую зависимость:

⋅

⋅= ,

где

– напряжения в валопроводе;

– отношение модулей упругости материалов вала и корпуса;

r – радиус вала;

– отстояние палубы от упругой линии вала;

– напряжение в корпусе судна.

Таким образом, напряжение в валопроводе при совместном изгибе с

корпусом судна, зависит от материала валов, корпуса, а также во столько

раз меньше напряжений в корпусе, во сколько раз расстояние от палубы

до упругой кривой, больше радиуса вала.

Для металлических судов модули упругости E

и E

равны, тогда

⋅

= ,

Обычно величина l во много раз превышает радиус вала r и отноше-

ние l/r = 1/10…1/30.

При наибольших расчетных напряжениях в палубе

= 150 МПа, на-

пряжения в валопроводе составляют незначительную величину

= (5…15) МПа

При этом в расчетах не учитываются фактические зазоры в подшип-

никах, и линия валопровода не может точно следовать за изгибом корпу-

са. Поэтому, величина напряжений в валах будет значительно ниже ука-

занных небольших величин.

Таким образом, изменение нагрузок на подшипники при совместном

изгибе валов с корпусом настолько мало, что не может

повлиять на экс-

плуатационную надежность валопровода.

Однако необходимо иметь в виду, что напряжения в валопроводе

имеют знакопеременный характер и при неблагоприятных условиях могут

быть опасными.

Общий изгиб корпуса вызывает значительную несоосность валов при

разобщенных фланцевых соединениях, что опасно для соединения глав-

ного двигателя с валом, где происходит излом упругой линии

судна. Ме-

стные деформации корпуса создают вертикальное перемещение подшип-

ников, наибольшая величина которого f

max

наблюдается в случае располо-

жения подшипника 6 посередине между переборками, а смежных под-

шипников 4 вблизи них, в районе переборок. Дополнительную нагрузку

подшипника от изгиба днища можно определить по формуле:

⋅

⋅=

где k – коэффициент, зависящий от характера защемления вала на

смежных подшипниках:

k = 192 – при жестком защемлении вала,

k = 48 – при свободно опертых концах вала;

⋅Ј

– жесткость вала при изгибе, где Ј

– момент инерции;

f – смещение опоры относительно смежных подшипников (ме-

стная деформация вала).

Расчеты показывают, что местные деформации вызывают напряже-

ния, превышающие допустимые значения. Влияние местных деформаций

может быть ослаблено или даже исключено изменением расположения

подшипников относительно переборок судна, расположением кильблоков

при стапельной сборке корпуса судна и другими конструктивными и тех

нологическими мерами.

Для уменьшения влияния местного изгиба корпуса судна целесооб-

разны следующие мероприятия:

1) контроль и ограничение деформаций корпуса в стапельный период;

к началу монтажа оборудования готовность корпуса должна быть такой,

чтобы последующие сборочно-сварочные операции не вызывали замет-

ных общих и местных остаточных деформаций. Отсюда вытекают требо-

вания: до начала

монтажных работ должны быть закончены основные

сборочно-сварочные операции, проведены гидравлические испытания

отсеков и погружены тяжелые сосредоточенные грузы (котлы, дизели). В

период постройки корпуса и монтажа валопроводов и дизелей, ежедневно

контролируют положение корпуса на стапеле.

2) расположение оборудования у наименее податливых узлов корпуса.

Например: подшипники валопровода целесообразно устанавливать, сооб-

разуясь с

расположением поперечных переборок корпуса.

3) улучшение технологичности механизмов. Использование упругих

муфт позволяет расширить допуски на несоосность валов за счет компенси-

рующей способности этих муфт. Например: при жестком соединении ко-

ленчатого вала двигателя и валопровода разрешается иметь после монтажа

смещение до 0,1 мм и излом не более 0,1 мм/м, тогда как установка шин

нопневматической муфты позволяет увеличить монтажные допуски почти в

10 раз. Применение главных упорных подшипников без опорных вклады-

шей исключает влияние опоры на изгиб вала, повышая его гибкость.

4) при проектировании технологического процесса, с целью исключе-

ния влияния деформаций корпуса, необходимо:

– обеспечение стабильных температурных условий; при этом пробив-

ку осевой линии валопровода, чистовую обработку опорных поверхностей

и контроль соосности валовой линии следует выполнять в условиях ми-

нимальных колебаний температуры;

– введения разности в монтажных допусках при установке центри-

руемых

механизмов на стапеле и на плаву; как показывает опыт, умень-

шение допусков на центровку механизмов на стапеле в большинстве слу-

чаев компенсирует влияние деформаций корпуса.

– изменение методов контроля качества монтажа. Вместо измерения со-

осности валов, на абсолютную величину которой значительно влияет дефор-

мация корпуса, целесообразно контролировать фактические нагрузки на

подшипники,

которые мало изменяются от влияния деформаций корпуса;

– предварительный монтаж оборудования на стапеле со смещением на

величину, обратную знаку ожидаемой деформации при спуске судна.

Приведенные мероприятия обеспечивают выполнение основного объ-

ема монтажных операций на стапеле. В этом случае условия работы более

благоприятны и производительность труда выше, чем при работе на плаву.

В настоящих методических указаниях рассматриваются следующие

лабораторные работы:

1. Центровка валов по изломам и смещениям.

2. Пробивка осевой линии валопровода.

3. Оптическая центровка главного двигателя.

4. Крепление оборудования на судовом фундаменте.

5. Центровка валопроводов по нагрузкам на подшипники.

Лабораторная работа № 1.

ЦЕНТРОВКА ВАЛОВ ПО ИЗЛОМАМ И СМЕЩЕНИЯМ

Центровкой называется технологическая операция, в

процессе ко-

торой добиваются совмещения геометрических осей соединяемых валов.

При центровке возможны следующие случаи несоосности осей:

а) смещение осей валов

, когда их оси параллельны, но не лежат на

одной линии (рис. 1.1-а);

б) излом осей валов в местах соединения, когда их оси расположены

под углом

(рис. 1.1-б);

в) одновременно излом и смещение валов (рис. 1.1-в).

К причинам несоосности относятся: деформация корпуса, односто-

ронний нагрев корпуса, износ подшипников, неточности при монтаже,

деформация валов и т.д.

Смещение валов определяется

величиной

, в мм, а излом – вели-

чиной

= tg

, мм/м.

В практике судостроения и судо-

ремонта применяют три способа цен-

тровки валопроводов: 1) по смещени-

ям и изломам осей валов; 2) по на-

грузкам на подшипники скольжения;

3) по соосности относительно опти-

ческой оси валопровода (только для

валопроводов, смонтированных в

подшипниках качения).

Нарушение центровки валов вызы-

вает появление дополнительных нагру-

зок

в подшипниках, деформацию и повреждения валов, вибрацию деталей и

как конечный результат – повышенный износ подшипников и шеек валов.

Следует учесть, что допустимые нагрузки на подшипники не должны

превышать: для антифрикционных материалов (баббит) – не более 1 МПа,

для резинометаллических покрытий – не более 0,34 МПа.

Напряжения в валах, возникающие при монтажном изгибе допускаются:

для

гребных валов – [

] ≤ 25 МПа;

для промежуточных валов – [

] ≤ 35 МПа;

Изломы и смещения измеряются в вертикальной и горизонтальной

плоскостях при разобщенных фланцах. Определение расцентровки произ-

водится двумя способами, которые описаны ниже.

Измерение изломов и смещений при помощи линейки и щупа

Данный способ (рис. 1.2)

применяется при диаметрах

фланцев муфт свыше 200 мм.

Линейка накладывается на

соединяемые фланцы в верти-

кальной и горизонтальной плос-

костях. Зазоры для измерения

смещений определяют щупом

между фланцами и линейкой,

зазоры для измерения изломов

определяют также щупами по

расстоянию между фланцами в

крайних точках на диаметре D.

Рис. 1.1. Виды несоосности валов:

а – смещение; б – излом; в – смещение и

излом

Рис. 1.2. Замеры зазоров валов с помощью

линейки и щупа:

, b

, c

, d

– зазоры, мм;

D – расстояние между точками замеров, мм

Величины a

, b

, c

и d

приводятся для замеров в вертикальной плос-

кости, величины a

, b

, c

и d

– для замеров в горизонтальной плоскости.

Расчет несоосности валов выполняют по табл. 1.1.

Таблица 1.1

Расчет несоосности валов с помощью линейки и щупа

Место замера Зазор Смещение, мм Зазор Излом, мм/м

Верх a

Низ b

dс

−

Правый борт a

Левый борт b

dс

−

Измерение изломов и смещений с помощью двух пар стрел и щупа

Этот способ применяют при малых диаметрах валов или при отсутст-

вии на них фланцев.

Стрелы – это дополнительные устройства, размещаемые на торцах.

Измерение зазоров производят между элементами стрел, как показано на

рис. 1.3.

Измерения выполняют с со-

вместным поворотом валов

в че-

тырех положениях: до поворота,

с поворотом на 90°, 180° и 270°

Для расчета расцентровки в

вертикальной плоскости служат

замеры до и после поворота на

180°, для определения в горизон-

тальной плоскости – после пово-

рота на 90° и 270°. Расчет выпол-

няют по табл. 1.2.

Иногда вместо замера зазо-

ров

по стрелам и щупам выпол-

няют измерения с помощью ин-

дикаторов (рис. 1.4).

Измерение по стрелам позволяет получить более точные результаты.

Допустимые величины изломов и смещений приведены в табл. 1.3 и 1.4

[4–7].

Рис. 1.3. Замеры смещений и изломов по

стрелам

Таблица 1.2

Расчет несоосности валов с помощью двух пар стрел и щупа

Положение стрел

Место

замера

Замеры на

первой паре

стрел

Замеры на

второй паре

стрел

Смещения, мм

Верх a

До и после по-

ворота на 180°

Низ b

(

)

(

)

3131

abba

−

Правый

бо

После поворота

на 90° и 270°

Левый

бо

(

)

(

)

4242

abba

−

Положение стрел

Место

замера

Замеры на

первой паре

стрел

Замеры на

второй паре

стрел

Излом, мм/м

Верх c

До и после по-

ворота на 180°

Низ d

(

)

(

)

dcdс

3131

−

Правый

бо

После поворота

на 90° и 270°

Левый

бо

(

)

(

)

cddc

4242

−

Исследования и практический опыт

показали, что в результате имеющихся

погрешностей при монтаже валопрово-

дов, погрешностей и деформации валов

и корпусов судов центровка по изломам

и смещениям не всегда обеспечивает

достижение оптимальных нагрузок на

опоры, что в условиях эксплуатации

может вызвать дополнительные напря-

жения валов, износы подшипников и

шеек валов.

Рис. 1.4. Замеры смещений и

изломов при помощи стрел с

индикаторами