Wytyczanie osi linii wałów

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie z metodyką i sposobami wytyczania linii wałów oraz przedstawienie znaczenia prawidłowego ułożenia wału w otworach łożysk nośnych oraz pochwy wału. Jak wiadomo dzięki prawidłowemu określeniu osi linii wałów okrętowych a także i innych urządzeń, możliwe jest uniknięcie wystąpienia niedopuszczalnych odchyłek niewspółosiowości wału względem osi otworów łożysk. Jako że na długości linii wału znajduje się cały szereg (do kilkunastu) łożysk, ważne jest prawidłowe ułożenie wału. Schemat poglądowy zespołu napędowego pokazano na rysunku 1.

Rys.1. Schemat zespołu napędowego

Odchyłki niewspółosiowości otworów łożyskowych większe od dopuszczalnych powodują:

-

zginanie wału (powstawanie dodatkowych naprężeń),

-

zniekształcenia warstwy cieczy smarującej (istnieje możliwość zaistnienia niekorzystnych warunków tarcia

suchego lub granicznego),

-

powstawania nadmiernych nacisków brzegowych w łożyskach ślizgowych.

W związku z powyższym dzięki prawidłowo przeprowadzonemu wytyczeniu osi wałów i odpowiedniemu późniejszemu jego ułożeniu można znacznie zwiększyć żywotność i niezawodność układu ruchowego statku.

2. Wymagania stawiane ułożeniu linii wałów

Linia wałów ma przebiegać przez płaszczyznę symetrii kadłuba i musi przecinać się z pionem rufowym. Musi ponadto przebiegać w równej odległości od płaszczyzny podstawowej na długości pion rufowy – przednia gródź siłowni.

Przy prawidłowym ułożeniu linii wału (odchyłki niewspółosiowości zgodne z określonymi przez konstruktora) - dla każdego łożyska wspornikowego oraz dla pochwy wału, luzy montażowe i eksploatacyjne powinny mieścić się w granicach zgodnych z normami (np.: BN-71/3721-14). Przykładowe wartości tych luzów dla wału śrubowego przedstawia tabela 1.

2

Tabela 1. Średnicowe luzy montażowe i eksploatacyjne w łożyskach wspornikowych i pochew wałów śrubowych z wkładkami gwajakowymi.

Średnica nominalna

Średnicowy luz montażowy

Dopuszczalny luz eksploatacyjny

wału

∆ [mm]

według W.A. Nikołajew* [mm]

[mm]

według W.A.

według

w łożyskach

w łożyskach

Nikołajew*

BN-71/3721-14

pochew wałów

wsporników

śrubowych

100÷120

1,00÷1,25

2,8

4,0

120÷150

1,10÷1,35

3,0

4,5

150÷180

1,20÷1,45

3,3

5,0

180÷220

1,30÷1,55

3,6

5,5

0,0045÷0,005

220÷260

1,40÷1,70

4,0

6,0

nominalnej

260÷310

1,50÷1,90

4,5

6,6

średnicy wału

310÷360

1,60÷2,00

5,0

7,2

360÷440

1,75÷2,10

5,5

7,8

440÷500

1,90÷2,50

6,0

8,5

500÷600

2,00÷3,00

7,0

9,0

* - na podstawie W. A Nikołajew. „Konstruirowanije i rasczot sudowych wałoprowodow”, Sudpromgiz, Leningrad 1976.

3. Sposoby wytyczania linii wałów

Wyróżnia się pięć podstawowych sposobów wytyczania osi wałów, różniących się między sobą kosztami, trudnością i dokładnością wykonania pomiarów, a mianowicie:

1. Za pomocą struny;

2. Za pomocą wałka kontrolnego i tuszu;

3. Za pomocą wałka kontrolnego i czujnika zegarowego; 4. Metoda optyczna

a. za pomocą lunety i kolimatora,

b. za pomocą lunety i tarcz celowniczych,

c. za pomocą autokolimatora i lustra;

5. Za pomocą przyrządów laserowych;

Zestawienie wad i zalet wymienionych metod wytyczania osi linii wałów przedstawia poniższa tabela.

Tabela 2. Cechy podstawowych metod wytyczania osi linii wałów.

Rodzaj metody

Zalety

Wady

za pomocą struny

prosty sposób pomiaru,

pomiar kłopotliwy, wymaga wprawy od

niski koszt pomiaru

przeprowadzającego,

konieczność uwzględniania zwisu struny

za pomocą wałka

prosty sposób pomiaru,

ograniczone zastosowanie, tylko dla

kontrolnego i tuszu

niskie koszty pomiaru

krótkich maszyn, w tym wytyczanie osi

otworów pod łożyska główne spalinowych

silników średnioobrotowych i innych

krótkich maszyn

nie stosuje się dla wytyczania osi linii

wałów okrętowych

za pomocą wałka

prosty sposób wykonania pomiaru,

konieczność posiadania odpowiedniego

kontrolnego i

brak zwisu występującego przy pomiarze

oprzyrządowania

3

czujnika

za pomocą struny

zegarowego

metoda optyczna

duża dokładność, maksymalny błąd

konieczność posiadania specjalistycznego

pomiaru niewspółosiowości równy

sprzętu

połowie średnicy soczewki skupiającej

lunety,

za pomocą

bardzo duża dokładność pomiaru

bardzo drogi sprzęt,

przyrządów

duża wrażliwość na drgania kadłuba,

laserowych

możliwość pomiarów tylko do 40m długości

wałów (dla większych długości moc

świetlna lasera musiałaby być zbyt duża, co

stwarzałoby niebezpieczeństwo dla

personelu obsługującego)

4. Opis wytyczania linii wałów za pomocą struny

Otwór w tylnicy podobnie, jak otwory gniazd łożysk linii wałów badamy przy pomocy struny. Jest to metoda najczęściej stosowana w Stoczni Szczecińskiej S.A., w związku z jej niskim kosztem i wystarczającą dokładnością.

Wytyczona oś linii wałów musi być zgodna z wcześniej opisanymi wymaganiami. Po wcześniej ustalonych poprzez pomiary geodezyjne punktach leżących na osi wału, a mianowicie:

-

na przedniej grodzi między siłownią i ładownią,

-

w punkcie wyjścia wału śrubowego przez kadłub,

-

w punkcie przejścia płaszczyzny symetrii kadłuba (przechodzącej przez wytyczaną oś) przez pion rufowy.

Wytyczanie osi wału odbywa się dla jednego z dwóch przypadków:

-

mniejszy od średnicy łożyska wyjściowy otwór w tylnicy, jest rozwiercany po wytyczeniu osi za pomocą wytaczarki,

-

otwór większy od średnicy łożyska, po wytyczeniu i ustaleniu tulei ustalającej łożysko, przestrzeń pomiędzy tuleją, a tylnicą jest wylewana masą epoksydową.

Pomiar jest przeprowadzany po ułożeniu struny w wytyczonej wstępnie osi. Struna jest naciągana za pomocą ręcznego urządzenia naciągającego.

Rys.1. Miejsca przeprowadzania pomiarów średnicówką w metodzie z użyciem struny

4

Po zamontowaniu i naciągnięciu struny pomiędzy otworami gniazd łożysk w których chcemy przeprowadzić pomiar, przystępujemy do właściwej części pomiaru. Do pomiaru odległości pomiędzy struną a wewnętrzną ścianką gniazda pod łożysko wykorzystujemy średnicówki z sygnalizacją świetlną lub akustyczną (co pozwala uniknąć odkształceń struny podczas pomiaru). Wykonujemy po cztery pomiary dla każdego otworu zgodnie z rysunkiem 2. Przy dużych odległościach pomiędzy punktami podparcia struny należy uwzględniać jej zwis (strzałka ugięcia).

5. Wnioski

Poprawne przeprowadzenie czynności wytyczenia linii wałów napędu okrętowego jest koniecznym warunkiem prawidłowego ułożenia wału w łożyskach. Bardzo ważna jest minimalizacja niewspółosiowości otworów łożyskowych jako, że odchyłka niewspółosiowości jednego łożyska, o wartości 0,1 – 0,2 mm powoduje 2 – 3 krotne zwiększenie naprężeń w wale oraz 2 – 3 krotne zmniejszenie nośności tego łożyska.

Dzięki minimalizacji naprężeń w łożyskach i w odcinkach wału znacznie zwiększa się żywotność układu trybologicznego wał-łożysko. Ponadto minimalizacja uszkodzeń tych par współpracujących związana jest ze:

-

zmniejszeniem naprężeń termicznych,

-

niedopuszczeniem do przekroczenia określonych parametrów wytrzymałościowych (których wartości krytyczne ulegają zmniejszeniu ze wzrostem temperatury)

-

zmniejszeniem zużycia ciernego w miejscach współpracy poprzez niedopuszczenie do warunków niedostatecznego smarowania (tarcia suchego lub granicznego).