Выбор способа передачи мощности от главного двигателя к движителю
Механическая энергия, выработанная главным малооборотным двигателем, без трансформации ее вида передается к движителю с помощью валопровода. Такая передача энергии называется прямой. Эта передача проста по конструкции, высоко надежна, отличается малыми потерями мощности.
В случае применения средне- или высокооборотных двигателей применяются редукторы, в которых понижается частота вращения гребного вала, но не изменяется вид энергии. Установка понижающих редукторов применяется в тех случаях, когда частота вращения коленчатого вала дизеля составляет более 500 об/мин, так как вращение гребного винта с большей частотой не является эффективным. Этот способ передачи энергии, называемый механической передачей, отличается высокой эффективностью. В зависимости от расположения главного двигателя, длины валопровода, наличия и числа сальников и подшипников его КПД составляет 0,98 – 0,99. Именно поэтому такой способ передачи мощности применяется наиболее часто.
Наряду с несомненными преимуществами указанный способ передачи энергии обладает и очевидными недостатками: в жесткой системе передачи мощности свободно распространяются разнообразные колебания, вызванные пульсирующим крутящим моментом двигателя и реактивным моментом винта. Для подобной передачи характерны значительная масса валопровода и требование соосного его расположения с двигателем или выходным валом редуктора при определенных жестких допусках.
Альтернативный способ передачи мощности двигателя к винту – электропередача на постоянном или переменном токе. Преобразование механической энергии в электрическую позволяет сделать двигатель и движитель относительно независимыми, «развязать» их механическую связь, упрощает расположение двигателей на судне, уменьшает длину и массу валопровода, позволяет применять относительно легкие, быстроходные дизель-генераторы, трансформировать частоту пропульсивного комплекса и оперативно изменять ее за счет числа полюсов гребного электродвигателя, получать реверс гребного винта путем изменении полярности тока.
При таком множестве преимуществ электродвижения неизбежно велико и число недостатков, поэтому электропередача применяется не чаще, чем в 1% случаев, на транспортных и несколько чаще на рыбопромысловых судах. Основная причина относительно редкого применения электропередачи – ее сравнительно низкая энергетическая эффективность. Передача на переменном токе имеет КПД около 0,92 – 0,93. В случае электропередачи на постоянном токе КПД не превышает 0,85 – 0,86. Потеря 8 – 15 % энергии не всегда оправдывает преимущества, получаемые от применения электропередачи.
Для использования такого способа передачи мощности должны быть учтены дополнительные соображения. В качестве таких соображений могут выступать плавание судна в ледовых условиях и необходимость часто менять скорость, относительно частое реверсирование судна, применение электричества для технологических нужд, повышенные требования надежности пропульсивного комплекса.
На основании выше изложенного, в зависимости от характеристик выбранного двигателя необходимо определиться с типом передачи мощности от двигателя к движителю и обосновать свой выбор.
В рамках курсовой работы тип передачи мощности выбирается либо прямой, либо механический. Если выбирается механическая передача, то из таблицы 1.2 выбирается редуктор с необходимым передаточным отношением.
Таблица 1.2 – Модельный ряд судовых редукторов
| Модель редуктора | Передаточное отношение редуктора |
| РРП-90 | 2,47 |
| РР-300 | 2,04; 2,95 |
| БРР-300 | 2,0; 2,9; 3,34 |
| СРРП-80М | 2,2; 3,0 |
| ZFW220 | 2,617; 3,133; 3,555 |
| ZF305 | 1,22;1,486; 1,758; 1,968; 2,25; 2,5; 2,917 |
| ZF311 | 1,477; 1,946; 2,548; 3,048; 3,455 |
| ZFW320 | 2,958; 4,048; 4,526; 4,950 |
| ZFW325 | 2,933; 3,407; 3,958; 4,409; 4,913; 5,167 |
| DMT 100HL | 4,07;4,5; 4,95; 5,29; 5,97 |
| DMT 400H | 1,43; 1,72; 2,03; 2,46; 2,75 |
| DMT 560HL | 3,02; 3,28; 3,56; 4,07; 4,48; 4,95 |
| DMT 90A | 1,60; 2,05; 2,45; 2,82; 3,11; 3,45 |
Расчет валопровода
Судовой валопровод работает в сложном напряженном состоянии. Он нагружен крутящим моментом, испытывает продольное сжимающее усилие от силы упора гребного винта на переднем ходу или растягивающее усилие на заднем ходу и изгибается под собственной массой и массой навешенных на него деталей. Эти нагрузки носят переменный и циклически повторяющийся характер. Точный расчет элементов валопровода при указанных условиях довольно сложен и требует ряд допущений. Поэтому главным является расчет, основанный на условном предположении, что вал подвергается воздействию статического крутящего момента. В рамах курсовой работы расчет валопровода сводится лишь к определению диаметра, расчету прочности и расчету критической частоты вращения гребного вала.