ВИНТ РЕГУЛИРУЕМОГО ШАГА
Для перекладки лопасти современных ВРШ используются гидравлические, электромеханические, механические и ручные приводы. Наибольшее распространение на современных морских судах получили гидравлические приводы.
Поворот лопасти и, соответственно, изменение шага винта производятся перемещением штанги, которая расположена в полом гребном валу. Гидравлические приводы отличаются местом расположения цилиндра с поршнем, который перемещает штангу. Для ВРШ гидравлического типа наиболее характерно расположение силового органа в линии валопровода внутри судна. В ВРШ некоторых зарубежных фирм силовой орган расположен в ступице, а внутри гребного вала проходит штанга золотника и подается масло под давлением. Иногда силовой цилиндр с поршнем находится вне гребного вала.
По характеру работы ВРШ могут быть двухпозиционными и всережимными. Двухпозиционный винт имеет только два положения лопастей для экономического и полного хода. В настоящее время двухпозиционные винты используются только на судах старой постройки. Всережимные ВРШ обеспечивают получение всех ходов — от полных вперед до полны: назад, включая положение «Стоп» с работающим винтом.
Основными агрегатами всякого ВРШ с гидравлическим приводом являются винт с поворотными лопастями (ВПЛ), гребной вал, механизм изменения шага (МИШ), который используется, если силовой орган находится в линии валопровода внутри судна. Если цилиндр с поршнем расположены в ступице, то в линии валопровода монтируется масловвод. Систему ВРШ обслуживает гидравлическая установка с масляными насосами и специальная система управления, связанная с постом управления в рулевой рубке.
На рис. 1 изображена конструкция ВПЛ ВР-394С. В полом гребном валу расположена штанга, которая под действием МИШ может в определенных пределах перемещаться вдоль вала.
Рис. 1. ВПЛ ВР-394С
Штанга перемещает ползун 8, в сухаре 9 которого крепится палец 10 лопасти. Палец на подпятнике лопасти расположен эксцентрично, при перемещении ползуна оси вала сухарь ходит в поперечном направлении и заставляет палец разворачивать лопасть вокруг своей оси.
В конструкцию лопасти входят шайба 6, стопорная втулка 5, упорная шайба 4. Переднее положение ползуна ограничивается носовым фланцем 7. Вся конструкция монтируется в корпусе ступицы 3 с обтекателем 1, который крепится болтами к корпусу. При перемещении ползуна в шлицах ходит шлицевая втулка 2.
При конструировании ВПЛ необходимо обеспечить надежное уплотнение узла подшипника и комля лопасти (комлевой заделки), так как это подвижное соединение ВРШ непосредственно соприкасается с забортной водой. Для улучшения условий работы уплотнения комлевой заделки устанавливается компенсатор объема 12, предотвращающий колебания давления масла внутри ступицы при перекладке лопастей. Внутри ступицы в масляной системе предусмотрен предохранительный клапан 11.
Гребные валы для ВРШ имеют внутреннюю полость для размещения силовой штанги, соединяющей механизм поворота лопастей в ступице с силовым поршнем МИШ. ВРШ в отличие от обычного ВФШ устанавливается чаще всего не на конус, а на фланец гребного вала, который при постройке судна заводится с кормы.
МИШ (рис. 2) представляет собой цилиндр 6 с поршнем 7. Цилиндр с помощью полумуфты 3 соединяется с гребным валом 1 гайкой 18 гребного вала. В полости гребного вала ходит штанга 2, внутри которой есть канал 5 для прохода масла в ступицу винта.
Рис. 2. МИШ с навешенным маслонасосом
В поршне монтируется распределительный золотник 9, которым управляет штанга золотника 10.
Для ее перемещения служит поводок 14. Штанга 2 для управления ВПЛ перемещается в подшипнике скольжения 4. В носовой части цилиндр крепится к валу 8 МИШ. На кормовой полумуфте 3 установлены балансировочные грузики 17. В конструкцию МИШ входят: пневмодатчик 11 системы управления шагом винта, телемотор 12, гидроусилитель 13, коромысло 15 и масляный насос 16 с приводом от гребного вала.
Букса, на которой смонтированы эти элементы, удерживается от вращения реактивной штангой. На случай отказа гидравлической системы МИШ имеет два обратных клапана, запирающих полости цилиндра при падении давления масла. При срабатывании этих клапанов лопасти оказываются зафиксированными в том положении, которое они занимали в момент отказа гидросистемы. Если это положение лопастей не обеспечивает переднего хода, на остановленном валу поршень МИШ отжимается в переднее положение специальными отжимными болтами. На ВРШ, имеющих силовой цилиндр в ступице винта, применяются пружины, которые автоматически выводят лопасти в положение переднего хода при падении давления масла.
Применение ВРШ позволяет производить пуск гребного двигателя при минимальном моменте сопротивления, так как лопасти для пуска устанавливаются в положение «Нулевой упор». Это позволяет ускорить процесс запуска дизелей, паровых и газовых турбин, а также гребных электродвигателей переменного тока.
На швартовном режиме ВРШ дает возможность работать в широком диапазоне частоты вращения и мощности, предусмотренных для данного двигателя, в то время как ВФШ вынуждает ограничивать их исходя из допустимых тепловых и прочностных нагрузок двигателя.
Это качество ВРШ наиболее ценно для тепловых гребных двигателей. При страгивании с места и разгоне судна ВРШ позволяет получить от двигателя номинальную мощность при номинальной частоте вращения, что сокращает время разгона судна. ВФШ при страгивании может взять от двигателя только около 75% о номинальной мощности.
При наличии ВРШ реверсирование двигателя используется как аварийная мера при отказе гидравлической системы управления перекладкой лопастей. Минимальная скорость судна с ВРШ не зависит от минимальной устойчивой частоты вращения теплового двигателя, которая составляет для дизеля 30%, а для паровой турбины 25% номинального значения.
Практически судно с ВРШ может двигаться с какой угодно малой скоростью или даже остановиться при вращающемся винте. На буксире с ВРШ натяжение буксирного троса можно производить чрезвычайно плавно, что позволяет исключить обрыв троса.
Полная мощность главного двигателя используется на любых передних и задних скоростях судна, так как лопасти ВРШ могут быть установлены в любое требуемое для этого положение.
ВРШ дает возможность использовать автоматическое регулирование для поддержания постоянной частоты вращения или наивыгоднейшего режима работы двигателя при минимальном удельном расходе топлива. Автоматическое регулирование позволяет предохранять двигатель от перегрузки, поддерживая постоянство вращающего момента или натяжения буксирного троса. При наличии ВФШ малый ход создается путем снижения частоты вращения двигателя и мощности, при этом удельный расход топлива увеличивается.
На контейнеровозах используются два среднеоборотных дизеля, работающих на ВРШ через редуктор. Экономический ход может обеспечиваться работой одного дизеля, и ВРШ позволяет получить наиболее экономичный режим. При отказе одного двигателя ВРШ по сравнению с ВФШ дает возможность идти с большей скоростью благодаря полному использованию мощности работающего двигателя.
К недостаткам ВРШ следует отнести сложность конструкции и. как следствие, высокую строительную стоимость, которая выше стоимости такого же ВФШ в 3 — 4 раза, а также сложность обслуживания и ремонта. Однако перечисленные преимущества дают возможность полностью окупить установку за два-три года эксплуатации.
Надежность работы ВРШ подтверждается опытом эксплуатации многих тысяч таких винтов на различных судах во всем мире.
