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

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.