CC BY
0УДК 621.431.74
А.Н. Рак, Б.А. Клюшин
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: [email protected]
ВЫБОР МУФТ ДЛЯ МОРСКИХ СУДОВ С ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ
На современных морских судах широкое распространение получили соединительные виды муфт. Они применяются для непосредственной передачи вращательного движения от главного двигателя на гребной вал или от дизельного двигателя к генератору. Кроме этого каждый тип муфт обладает специфическими особенностями. Так, соединительные муфты обеспечивают необходимые режимы работы судовой энергетической установки, а гибкие муфты кроме функции соединения позволяют устранить различные дефекты и нарушения в конструкции судовых механизмов, например, при выработке несущих поверхностей или деформациях опорных поверхностей, на которых расположены механизмы и оборудование. Естественно, в этом случае могут возникать различные вибрационные колебания, которые в дальнейшем могут привести к выходу из строя как отдельного устройства, так и механизма в целом, если не принять соответствующих мер. Также рассматриваются и муфты с электрическим приводом.
Ключевые слова: морское судно, главный двигатель, генератор, двигатель, вал, редуктор, вращение, муфта, электрический привод.
A.N. Rak, B.A. Klyushin
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatski/, 683003 e-mail: [email protected]
SELECTION OF COUPLINGS FOR MARINE VESSELS WITH DIESEL-ELECTRIC POWER PLANT
Connecting types of couplings are widely used on modern marine vessels. They are used for direct transmission of rotational motion from the main engine to the propeller shaft or from the diesel engine to the generator. In addition, each type of couplings has specific features. Thus, connecting couplings provide the necessary operating modes of the ship's power plant, and flexible couplings, in addition to the connection function, allow to eliminate various defects and violations in the design of ship mechanisms, for example, when developing bearing surfaces or deformations of the support surfaces on which the mechanisms and equipment are located. Naturally, in this case, various vibrations may occur, which in the future may lead to the failure of both an individual device and the mechanism as a whole, if appropriate measures are not taken. Couplings with an electric drive are also considered.
Key words: marine vessel, main engine, generator, motor, shaft, gearbox, rotation, coupling, electric drive.
Обеспечение движения морского судна всегда являлось и является актуальной технической задачей. От этого, во-первых, зависит жизнь членов экипажа, а во-вторых, сохранность груза, возможность и своевременность его доставки в порт назначения. Современный уровень развития технологий позволяет обеспечить движение морского судна не только с помощью тепловых движителей, а и электрических. Так, передача вращающего момента от первичного двигателя к гребному винту или на вал электрического двигателя осуществляется через специальные соединительные муфты, которые, в свою очередь, обладают целым рядом специфических особенностей. Рассмотрим некоторые из них.
Цель работы - показать конструктивные особенности соединительных муфт и ознакомить с упрощенными методиками их выбора.
В работе использована информация из технической документации по применению валоге-нераторов/двигателей и соединительных силовых муфт на морских судах, которая доступна в открытых источниках.
В комбинированной дизель-электрической системе возможно несколько способов подключения электрических машин для обеспечения движения судна (рис. 1), приведенные в [1, 2].
Рис. 1. Способы подключения электрических машин: в линии гребного вала (а); через редуктор (б)
Такой подход позволяет обеспечить следующие режимы работы: генераторный (рис. 2, а), двигательный усилительный (рис. 2, б), двигательный (аварийный или вспомогательный) (рис. 2, в), что обеспечивается соединительной муфтой, входящей в данную систему.
Одной из ведущих фирм-производителей соединительных муфт для судов с дизель-электрическим движением является КБ1ЖМАКНУи (ФРГ), выпускающая их различных типоразмеров, зависящих непосредственно от основных параметров главных двигателей: мощности и частоты вращения [3].
Рис. 2. Режимы работы комбинированной дизель-электрической системы ЯЕЫКМЛЯНУ®: генераторный (а); двигательный (б); аварийный или вспомогательный (в)
б
а
в
Основные типоразмеры таких муфт представлены в табл. 1.
Таблица 1
Типоразмеры соединительных муфт
Типоразмер Момент, кНм Макс. осевая нагрузка, кН Осевая нагрузка, кН Длина, мм Длина прокладки, мм Макс. внешний диаметр, мм Фланец втулки, мм Вес, т Вес прокладки, т
32 320 600 125 1 500 400 700 600 3,8 0,3
63 600 1 040 208 1 650 600 870 645 4,8 0,5
85 850 1 250 280 1 775 675 950 750 6,5 0,8
132 1260 1 600 364 1 875 750 1 000 850 8,2 1,1
225 2150 2 600 520 2 350 1 000 1 230 1 070 14 2,3
355 3400 3 500 650 2 650 1 150 1 430 1 250 22 3,6
480 4600 4 800 900 3 050 1 300 1 680 1 400 33 5,1
800 7800 75 000 1 600 3 600 1 450 1 930 2 050 44 6,5
Последовательность выбора типоразмера муфт для конкретных типов дизелей представлена ниже:
Мощность главного двигателя................................Р = 16 550 кВт;
Частота вращения главного двигателя...................п = 87 об/мин;
„ , , Р 12640кВт __
Коэффициент мощности..........................................— =-= 99;
п 127об/хв
Таким образом, выбранный типоразмер муфты - 132.
Стремление к уменьшению массогабаритных показателей элементов пропульсивного комплекса морских судов создает предпосылки к применению электрически управляемых муфт (рис. 3), приводимых в действие высокооборотными электрическими двигателями для обеспечения целого ряда не только морских судов, таких как исследовательские суда, мегаяхты, но в том числе и военных кораблей. Это позволяет не только уменьшить влияние вибраций и шума, присущих судам с дизель-механическим движением, например, в случае малооборотных двигателей, а также существенно сократить количество выбросов КОх в атмосферу.
Высокоскоростной
подушка
Рис. 3. Муфта с электрическим приводом RENKAED
Технические характеристики муфт с электрическим управлением RENKAED представлены в табл. 2.
Таблица 2
Технические характеристики муфт с электрическим управлением RENKAED
AED 14 AED 23 AED 37 AED60
Максимальная мощность. кВт 1400 2300 3700 5000
Частота вращения электродвигателя. о&/мин 1800 1800 IflOO 1900
Частота вращения винта, об/мин 250-450 250-400 190-350 190-300
Напряжение питания электродвигателя, Б 630 690 6 ЕЮ (4000) 4000
Вес. т 13 18 23 34
Схема электродвижения с электрически управляемыми муфтами представлена на рис. 4.
Рис. 4. Схема электродвижения с электрически управляемыми муфтами
1. Рассмотрено применение соединительных муфт различного назначения на морских судах для обеспечения заданных режимов работы.
2. Представленный выше подход позволяет быстро выбрать конкретный тип муфт.
Литература
1. Shaft generators for low speed main engines. - URL: http://www.mandieselturbo.com.
2. Российский морской регистр судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. Часть VII Механические установки. НД № 2-020101-138 / ФАУ «Российский морской регистр судоходства». - Санкт-Петербург, 2021. - 118 c.
3. RENK AED - Advanced Electric Drive. The ultimate propulsion for quiet ships. - URL: http://www.renk.eu.
