🔶ВВЕДЕНИЕ
Двигатели МАН у профильных специалистов на слуху, но... знаешь ли ты, что помимо двигателей компания МАН выпустила более 7000 винтов регулируемого шага с 1902-го года?
1902-й год... Решил, что это опечатка, ведь патент на ВРШ датируется 1903-м годом и полез искать информацию по истории МАН. Там все сложно, без поглощений разных изначально компаний не обошлось, но самая ранняя дата, что можно считать за точку отсчета истории компании - 1846-й год.
На сегодняшний день МАН предлагает довольно широкую номенклатуру ВРШ, способных работать с двигателями до 40 000 кВт. Смотри Рисунок 2.
В одной из прошлых статей, про современные малооборотные ДВС маленького или большого диаметра цилиндров в комментариях мне написали, что все это баловство и что проблему регулирования оборотов может решить ВРШ. Вот инфографика есть (Рисунок 2) и она говорит, что с ВРШ для движков с мощностью 72 000 кВт и более есть проблемы...
А вообще, винты МАН довольно хорошо себя показывают (учитывая более чем вековую историю их разработки). Они используются на подавляющем большинстве типов судов: паромы, танкеры, контейнеровозы, круизные лайнеры, суда обслуживания и даже на военном флоте.
Для чего они (винты регулируемого шага) нужны? Есть более простые конструкции, совершенно точно есть. А с ВРШ маневренные качества судна выше, работа на задний ход комфортнее и эффективнее. При использовании ВРШ главный двигатель может работать на постоянной частоте вращения, что позволяет "навесить" на него валогенератор упрощенной конструкции (без сложных систем контроля частоты). Про валогенераторы читать отправляю тебя на канал ILLUMINATOR, он про них уже писал: Первая часть, Вторая часть.
🔶ОБОРУДОВАНИЕ
ВРШ - это не только винт. Лопасти поворачиваются и удерживаются гидравлической системой, что находится в машинном отделении. Дейдвудное уплотнение тоже входит в систему пропульсивного комплекса и МАН предлагает свое решение. Опыт говорит, что компоновка может отличаться от оптимальной, что предлагается одним заводом и упирается в финансовые интересы сторон. Бывают случаи, что изначальная документация проекта отличается от финальной и красивая компоновка МАН имеет вкрапления Янмар и Дайхатсу.
Пару слов про "пестроту" компоновки машинного отделения. Я понимаю, что заказчик судна может следовать национальным интересам и лоббировать отечественного производителя или продвигать финансовые интересы конкретной группы производителей. Но преимущество гомогенной компоновки заключается в том, что если на борту большая часть оборудования сделана корпорацией МАН, то одна группа сервисных инженеров может производить обслуживание всего и сразу. Но, я за это не плачу, мне не понять...
🔶ВИНТ VBS
VBS - модельный ряд, подразумевающий расположение гидравлического сервомотора в задней части ступицы винта и звездообразное расположение регулирующих органов. Смотри Рисунок 3.
Рисунок 3 я взял из рекламного проспекта этих винтов 5-го поколения, но схема такая-же.
Гидравлическая система VBS винтов имеет бОльшие диаметры гидравлических поршней чем на предыдущих поколениях ВРШ и, поэтому, сниженное давление гидравлического масла. Это хорошо, так как позволяет сделать всю гидравлическую систему проще и легче, да и сила реакции тоже будет снижена и удержать лопасти в заданном положении будет проще.
🔶ГИДРАВЛИКА
Выбор гидравлической системы зависит от компоновки машинного отделения в целом, и от типа главного двигателя в частности.
На Рисунке 4 компоновка со среднеоборотным двигателем и редуктором, работающими на винт диаметром чуть меньше 4-х метров (смотри на Рисунок 2 с информацией о размере винтов). Такой винт способен "проглотить" до 7 МВт в моменте.
VBS 1800 (1800 в маркировке - это диаметр ступицы винта) на Рисунке 5 способен воспринимать до 35 МВт энергии, вырабатываемой малооборотным SMC.
Гидравлические системы в каждом случае будут разными но функционал одинаков. Например, есть требование классификационных сообществ к системам ВРШ иметь возможность блокировки лопастей в случае выхода и строя станции гидравлики. Обе компоновки подобные системы иметь будут. Они могут быть по разному реализованы, но они точно будут.
Взгляни еще раз на Рисунок 4 и Рисунок 5. В случае на Рисунке 5 гидравлический распределитель будет интегрирован в гребной вал. Да, на валу будет всего лишь фланец подвода гидравлического масла и пакет труб, входящих в него, а все остальное расположено внутри гребного вала. Такая компоновка, кажущаяся очень сложной и имеющая вопросы к возможности обслуживания, делает систему компактной. Длина гидравлических труб будет меньше, а большой диаметр гребного вала позволяет без существенной потери прочности насверлить в нем гидравлические каналы, распределив их оптимально по сечению.
На Рисунках 6 и 7 гидравлические распределители смонтированы на задней крышке редуктора. Для судов с длинными системами валопроводов рекомендуется установка именно в гребной вал, чтобы снизить время отклика системы на возмущающее воздействие персонала на органы управления шагом винта.
🔶ДИЗАЙН
Гидравлический сервомотор, как я и писал выше, является частью ступицы и полностью размещен в ней. Взгляни на Рисунок 8. Масло подается и отводится по каналам в гребном валу. Красным и зеленым цветами обозначены полости гидравлического масла.
Кстати, область высокого давления надежно изолирована он прочих специальными уплотнительными кольцами из тефлона. Конструкция их такова, что даже при серьезном износе посадочных канавок этих уплотнений протечки не будет.
Сами лопасти тоже изолированы от ступицы, причем настолько, что в случае поломки можно менять лопасти под водой без риска затопить гидравлический серво привод.
Компоновка ступицы позволяет производить ремонтные работы в сухом доке не снимая винта или лопастей, ведь все можно достать сняв торцевой колпак. Но, если все-таки придется, то лопасти можно снять по одной, что облегчает работу.
🔶ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ
На Рисунке 9: Coupling muff - соединительная муфта, OD ring - узел подачи и отвода гидравлического масла, Valve box - клапанный распределитель, Hydraulic servo pipe - гидравлическая труба, Pitch feed-back ring - индикатор обратной связи (показывает шаг винта).
Так, эскиз имеем на Рисунке 9. Что-же там и как? Видишь полости закрашенные красным и зеленым цветами? Подавая гидравлическое масло под давлением то в одну из них, то в другую можно воздействовать то на одну сторону гидравлического поршня (смотри Рисунок 8, он там закрашен зеленым цветом) то на другую, тем самым перемещая его то вперед, то назад. Далее за разворот лопастей отвечает система рычагов.
К гидравлической трубе, что на Рисунке 9 закрашена изнутри зеленым цветом, прикреплен со стороны ступицы винта гидравлический поршень (смотри Рисунок 8), а с противоположной стороны закреплен индикатор шага винта (снова смотри Рисунок 9). Получается, что при изменении шага винта (развороте лопастей) гидравлическая труба передвигается соосно с гребным валом. Она при этом тянет за собой индикатор положения лопастей. На месте (непосредственно в дейдвудной трубе судна) этот диск будет перемещаться относительно насечек на специальной шкале, а на навигационный мост и на центральный пост управления индикацию положения лопастей может передавать датчик ёмкостного типа.
Все, ведь, просто?😉
Кольцо, через которое гидравлическое масло подаётся в систему и отводится из неё, закреплено от проворачивания к неподвижным конструкциям судна. Но есть нюанс... Нужно оставить этому кольцу три степени свободы :по осям X,Y,Z. Дело в том, что гребной вал "живет своей жизнью" так как дейдвудный подшипник является подшипником скольжения и устойчивое положение оси вала зависит от нескольких факторов. В общем, кольцо тоже может двигаться и повторять движения за валом в некоторой степени, а все благодаря специальным гибким кронштейнам.
Что по уплотнению? Изнутри само кольцо имеет наплавку из "белого металла" (того самого металла из смеси олова и алюминия, из которого делают тонкостенные подшипники скольжения), а за уплотнение отвечают специальные композитные кольца в форме буквы "V". Они хорошо себя зарекомендовали в гидравлических системах и служат годами в таких узлах как : рулевая машина, дейдвудное уплотнение.
Колечко это половинится при необходимости обслуживания или ремонта. Очень удобно, кстати, ведь не нужно вынимать вал или смещать муфту целиком.
На Рисунке 11 имеем более компактный вариант гидравлического распределителя на случай, если диаметр гребного вала не позволяет установить в него полноразмерную версию. Отличия? Система обратной связи не имеет внешних частей; она полностью "упакована" в распределитель. К - компактность.
Что делать, если диаметр вала совсем мал? Мал настолько, что в него вообще ничего кроме трубы поместить нельзя? Есть схема внешнего монтажа... Смотри Рисунок 12.
Вот тут вся гидравлическая система находится за пределами гребного вала. Теперь все, что нужно для изменения шага винта находится в корпусе редуктора и масло для гидравлической системы берется из него-же. Ну, брать масло предлагает МАН, с чем я не хочу соглашаться; ведь, гидравлика и трансмиссия - системы разные и условия работы и параметры старения масла имеют разные, так что, лучше эти системы разделить.
🔶ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ
Станция гидравлики... это "самое вкусное"... 🥰
Тут в одном ящике все: насос высокого давления, фильтр, предохранители, регуляторы давления и дистрибьютор с электро-магнитным управлением для дистанционной работы (вручную тоже можно).
Так, сделаю одно отступление. Вернемся еще раз к Рисунку 11; я его рядом поместил для удобства.
Клапанный распределитель, что подписан как Valve box, является клапаном Double check valve. Дословно - двойной невозвратный клапан.
Нашел, как мне видится, самую понятную картинку. Этот клапан на самом деле пропускает масло и одну и в другую сторону, в отличие от классического невозвратного клапана. Но делает это только при определенном внешнем усилии. То есть, система фиксации лопастей в заданном положении реализуется через этот клапан. После перевода лопастей в заданное положение масло в серво системе запирается этим клапаном. Дальнейшее изменение этого устойчивого положение возможно при усилии со стороны насоса.
На Рисунке 15: Servo piston - серво поршень, Stern tube oil tank - напорный танк дейдвудного уплотнения, Oil tank forward seal - напорный танк переднего уплотнения гребного вала, Lip ring seals - уплотнительные кольца, Hydraulic pipe - гидравлическая труба, Hydraulic power unit - гидравлическая станция, Pitch order - задача шага винта, Pitch feed-back - устройство обратной связи, Drain tank - дренажный танк, Oil distribution box - гидравлический распределитель, Propeller shaft - гребной вал, Stern tube - дейдвудная труба, Monoblock bub - ступица гребного винта.
Смотрим на Рисунок 15. Насосы поднимают масло из дренажного танка и гонят его в блок распределитель с электрическим приводом через фильтры тонкой очистки. Насосов два и при нормальной работе (ход судна через океан, например) работает один из них, а второй находится в постоянной готовности к пуску. При наступлении маневренного режима (маневры в порту) работают оба насоса.
На гидравлической станции есть клапан регулирования давления, что отвечает за постоянство давления в системе, а от роста давления за пределы установленной нормы систему защищает набор предохранительных клапанов.
Сделавшее своё "дело" масло возвращается обратно в танк через теплообменник. Его называют холодильником, но зачастую, как показывает практика, масло на выходе холоднее, чем охлаждающая вода так как вся система погружена в забортную воду.
А вот так (Рисунок 16) будет выглядеть система изменения шага винта, если диаметр вала не позволяет засунуть её в него.
🔶МАСЛО
Системы дейдвудного уплотнения, дейдвудного подшипника и гидравлика ВРШ могут использовать одно и то-же масло. То есть могут даже иметь единый дренажный танк, а могут и нет. Например, система дейдвудного уплотнения может быть залита каким-нибудь биоразлагаемым BIOSTAT 100, а вся остальная система может работать на системном масле главного двигателя. Общее требование к масла в системе ВРШ - соответствие SAE 30 или SAE40. То есть, важна лишь вязкость.
🔶PS
Оригинальную статью я решил разбить на две разные темы, так уж мне показалось лучше. Продолжение точно будет, разберем характеристики этого винта и системы передачи момента на него.
Оригинальная статья находится в библиотеке в Телеграм, вот ССЫЛКА.
А вот ССЫЛКА на саму брошюру от МАН.
Все мои проекты можно найти по ЭТОЙ ссылке.
Пиши комментарии, ставь "пальчики вверх", спасибо!
