Решение, от которого зависит вся конструкция узла
Выбор смазочной среды дейдвудного устройства — не деталь компоновки, а базовое решение, которое определяет состав узла целиком. От него зависят материал подшипников, тип и число уплотнений, наличие или отсутствие цистерн и трубопроводов, объём обслуживания в эксплуатации и перечень того, что может отказать. Две схемы — масляная и водяная — дают принципиально разные конструкции, и переход с одной на другую нельзя выполнить заменой одной детали.
Исторически обе схемы существовали параллельно. Водяная смазка с бакаутовыми, а затем резинометаллическими подшипниками была стандартом для значительной части флота; масляная схема с белым металлом получила распространение на крупнотоннажных судах, где требовалась высокая несущая способность и точный контроль положения вала. Последние два десятилетия баланс смещается: развитие антифрикционных композитов сняло основное ограничение водяной схемы — недостаточную нагрузочную способность, а требования по недопущению попадания масла за борт сделали её ещё и предпочтительной с экологической точки зрения.
Ниже разобрано, как устроены обе схемы, в чём их сильные и слабые стороны, как выбор смазки диктует материал подшипника и тип уплотнения, и что реально требуется для перевода дейдвудного устройства с масла на воду при модернизации судна.
Дейдвудное устройство с масляной смазкой
Состав схемы
Дейдвудная труба заполнена маслом, гребной вал опирается на подшипники с рабочим слоем из белого металла или полимера, а полость изолирована от забортной воды кормовым уплотнением и от машинного отделения — носовым. Для поддержания давления в полости выше забортного применяется напорная цистерна, установленная выше ватерлинии; её высота задаёт избыточное давление, которое препятствует поступлению воды внутрь узла.
- Дейдвудная труба с кормовым и носовым подшипниками;
- Кормовое и носовое уплотнения манжетного типа;
- Напорная цистерна с контролем уровня и сигнализацией;
- Трубопроводы, при необходимости — циркуляционный насос и охладитель;
- Средства контроля температуры подшипника и параметров масла.
Сильные стороны
Масляная схема обеспечивает устойчивый гидродинамический режим и высокую несущую способность подшипника. Масло эффективно отводит тепло, обладает демпфирующими свойствами и снижает уровень вибрации, передаваемой на корпус. Зазоры в таком узле меньше, чем в водосмазываемом, что означает более точное удержание вала и меньшее биение в районе уплотнения.
Дополнительное преимущество — диагностичность. Анализ проб масла показывает наличие продуктов износа и воды задолго до того, как проблема проявится в измеряемых зазорах, а контроль расхода масла на пополнение цистерны служит прямым индикатором состояния уплотнений.
Ограничения
- Любая негерметичность кормового уплотнения означает попадание масла за борт — с последствиями и техническими, и экологическими;
- Обратная утечка — поступление забортной воды в масло — приводит к образованию эмульсии, потере несущей способности плёнки и коррозии;
- Узел тянет за собой инфраструктуру: цистерну, трубопроводы, арматуру, контроль уровня, регламент замены масла;
- Уплотнение работает по валу или по защитной втулке, и его износ напрямую определяет работоспособность всей схемы;
- Стоимость обслуживания включает масло, его замену и утилизацию.
Принципиальный момент: в масляной схеме работоспособность подшипника зависит не от подшипника, а от уплотнения. Именно поэтому дейдвудные уплотнения в такой конструкции рассматриваются как критичный элемент, а не как расходная деталь.
Дейдвудное устройство с водяной смазкой
Состав схемы
Полость дейдвуда заполнена забортной водой, которая одновременно служит смазочной и охлаждающей средой. Подшипник выполняется из материала, способного работать в воде: резинометаллического, полимерного или композитного. Вода поступает самотёком за счёт напора от движения судна и подаётся принудительно от системы охлаждения на малых ходах и при работе на месте. Кормовое уплотнение в классическом исполнении отсутствует или упрощено, а носовое отделяет полость от машинного отделения.
Сильные стороны
- Полностью исключён риск загрязнения акватории смазочным материалом;
- Из состава оборудования уходят напорная цистерна, значительная часть трубопроводов и регламент работ с маслом;
- Утечка воды через уплотнение не является аварией и не влечёт экологических последствий;
- Проще обслуживание: нет замены масла, контроля его уровня и качества;
- Ниже эксплуатационные затраты на протяжении всего жизненного цикла.
Ограничения
Главное требование водяной схемы — материал пары трения. Вода обладает несопоставимо меньшей несущей способностью, чем масло, и её вязкость почти не зависит от давления, поэтому полноценный гидродинамический клин формируется хуже. Значительную часть времени подшипник работает в граничном режиме, а при пусках и на малых оборотах — фактически всухую. Материал должен переносить это без схватывания.
Второе требование — чистота подводимой воды. Взвесь и песок работают как абразив, и в прибрежном плавании, на мелководье и в устьевых участках рек износ водосмазываемого подшипника заметно выше, чем в открытом море. Отсюда — необходимость фильтрации и продуманных канавок для промывки зоны трения.
Третье — зазоры. В водосмазываемом узле они больше, чем в масляном, и рассчитываются с учётом водопоглощения материала. Больший зазор означает большее биение вала и, как следствие, более жёсткие требования к состоянию облицовки и центровке валолинии.
Материал подшипника как следствие выбора смазки
Схема смазки и материал вкладыша выбираются совместно — это одно решение, а не два. Белый металл работает только в масле и не переносит контакта с водой. Резинометаллические подшипники рассчитаны на воду, но ограничены по нагрузке и чувствительны к абразиву. Современные антифрикционные композиты рассчитаны именно на водяную смазку: смазывающие компоненты введены в объём материала, поэтому пара трения сохраняет работоспособность в граничном режиме и при страгивании.
Композит ZX-B20, на который ООО «МИТ» располагает собственными техническими условиями, применяется в водосмазываемых дейдвудных узлах с контактным давлением до 1,4 МПа. Практический эффект перехода на такой материал в водяной схеме — устойчивая работа на малых оборотах и при частых пусках, стойкость к абразивной взвеси и защита облицовки гребного вала от износа: изнашивается вкладыш, а не деталь, восстановление которой значительно дороже.
Именно развитие композитов сделало водяную схему применимой там, где раньше требовалось масло. Ограничение по несущей способности, десятилетиями определявшее выбор в пользу масляной смазки, для современных материалов перестало быть решающим на большинстве типов судов.
Уплотнения: разные задачи в разных схемах
Тип уплотнения жёстко связан со схемой смазки, и это ещё одна причина, по которой смену смазочной среды нельзя выполнить точечно.
- В масляной схеме уплотнение удерживает масло внутри и воду снаружи, работает под перепадом давления от напорной цистерны, обычно выполняется многоманжетным с промежуточной камерой;
- В водяной схеме задача проще — ограничить поступление воды в машинное отделение; применяются сальниковые набивки, торцевые механические уплотнения или манжетные конструкции упрощённого исполнения;
- Требования к состоянию рабочей поверхности вала или защитной втулки в масляной схеме заметно жёстче: манжета чувствительна к биению и к чистоте обработки;
- Последствия отказа различаются принципиально: утечка масла — экологический инцидент, утечка воды — штатно контролируемый расход.
При переходе с масла на воду уплотнительный узел подлежит замене вместе с подшипниками, а не сохраняется от прежней схемы.
Как выбирать схему для конкретного судна
Универсального ответа нет — решение принимается по совокупности факторов:
- Тип и водоизмещение судна, диаметр гребного вала и удельная нагрузка на подшипник;
- Район плавания: открытое море, прибрежное плавание, речные и устьевые участки с высокой мутностью;
- Режим эксплуатации: доля времени на малых ходах, число пусков, работа на швартовах, динамическое позиционирование;
- Ледовый класс и характер нагрузок при работе во льду;
- Экологические требования района эксплуатации и политика судовладельца;
- Возможности судна по обслуживанию узла и квалификация экипажа;
- Планируемая периодичность докований и требования к межремонтному ресурсу.
Общая закономерность такова: чем выше удельные нагрузки и чем критичнее демпфирование, тем сильнее аргументы в пользу масла; чем жёстче экологические ограничения и чем важнее простота эксплуатации, тем убедительнее водяная схема. Для большинства судов среднего тоннажа современные композиты делают водяное исполнение полностью работоспособным вариантом.
Перевод дейдвудного устройства с масла на воду
Такая модернизация выполняется при доковом ремонте и требует проработки до постановки судна в док. Состав работ:
- Обследование узла: фактические размеры дейдвудной трубы, состояние облицовки гребного вала, замер зазоров и биения;
- Расчёт нагрузок на подшипник по фактической линии вала и проверка выбранного материала по контактному давлению;
- Расчёт монтажных зазоров с учётом водопоглощения и теплового расширения композита — прямой перенос зазоров от масляной схемы недопустим;
- Замена подшипников и уплотнительного узла, при необходимости — восстановление или замена облицовки вала;
- Проработка системы подвода и фильтрации забортной воды, охлаждения на малых ходах;
- Демонтаж напорной цистерны и относящихся к масляной схеме трубопроводов, корректировка судовых систем;
- Внесение изменений в судовую документацию и согласование объёма освидетельствования с РМРС до начала работ.
Последний пункт часто недооценивают. Смена схемы смазки — изменение, затрагивающее одобренную документацию, и его согласование должно идти параллельно с подготовкой к ремонту, а не после установки оборудования. Методика подбора материала здесь та же, что применяется при замене подшипников Thordon и других импортных композитов: сопоставление по параметрам, а не по торговому наименованию.
Как ООО «МИТ» подходит к выбору схемы смазки дейдвудного устройства
ООО «МИТ» рассматривает дейдвудное устройство как единую систему: подшипники, уплотнения, валопровод и схема смазки прорабатываются совместно, а не подбираются по отдельности.
- Анализ технического задания и фактических условий эксплуатации: район плавания, режимы хода, ледовый класс, качество забортной воды;
- Обоснование схемы смазки под конкретное судно с расчётом нагрузок на подшипник;
- Подбор материала пары трения и согласованного с ним типа уплотнения;
- Расчёт монтажных зазоров с учётом водопоглощения и температурного режима;
- Изготовление по чертежам заказчика с сохранением присоединительных размеров дейдвудной трубы;
- Контроль качества на всех этапах производства и освидетельствование РМРС в установленном объёме;
- Техническая поддержка при монтаже и гарантия 24 месяца на поставляемое оборудование.
Компания изготавливает дейдвудные подшипники внутренним диаметром до 1150 мм и длиной до 4000 мм, а также поставляет дейдвудное устройство комплектно — с подшипниками, уплотнениями и валопроводом, рассчитанными в составе одной системы.
Заключение
Смазка дейдвудного устройства — решение уровня схемы, а не выбор расходного материала. Масляная схема даёт высокую несущую способность, эффективный отвод тепла, демпфирование и хорошую диагностируемость, но требует напорной цистерны, трубопроводов, регламента обслуживания и полностью зависит от исправности уплотнений, любая утечка которых означает попадание масла за борт. Водяная схема проще по составу, дешевле в эксплуатации и снимает экологический риск, но предъявляет жёсткие требования к материалу подшипника и к чистоте подводимой воды.
Ключевой сдвиг последних лет в том, что современные антифрикционные композиты закрыли главное ограничение водяной схемы — недостаточную несущую способность. Для большинства типов судов водосмазываемое исполнение сегодня является полноценным рабочим вариантом, а при модернизации оно позволяет одновременно упростить состав судовых систем. Условие успеха — выполнить проработку до постановки в док: рассчитать зазоры под новый материал, подобрать уплотнения и согласовать изменения с регистром заранее.
Комплексный подход к дейдвудному устройству даёт заказчику:
- Обоснованный выбор схемы смазки под реальный район плавания и режимы эксплуатации;
- Согласованные между собой подшипники, уплотнения и параметры валопровода;
- Зазоры, рассчитанные под конкретный материал, а не перенесённые от прежней схемы;
- Сохранение присоединительных размеров и отсутствие переделок дейдвудной трубы;
- Освидетельствование РМРС и согласованный состав документации;
- Единого ответственного за узел и гарантию 24 месяца на поставляемое оборудование.
