Устройство для верхнего крепления остова главного двигателя внутреннего сгорания к корпусу судна Советский патент 1993 года по МПК B63H21/30 

Изобретение относится к судостроению и эксплуатации морского транспорта и может быть использовано в устройствах, пред- назначенных для крепления главных двигателей внутреннего сгорания (дизелей) и котлов к корпусу судна с целью предотвращения вибрации.

В.связи с широким применением на морскЪ транспорте судовых малооборотных дизелей большой мощности в качестве главных двйгателе й 1Гудов I возникает проблема, связанная с их повышенной вибрацией, что является следствием значительного увеличения габаритных размеров машин, а также наличия неуравновешенных моментов и сил инерции,

С целью, предотвращения повышенной вибрации, особенно при резонансных основных (Н- и Х-образньгх) формах колебаний остовов главных двигателей, устанавливают связи верхнего крепления остова двигателя с корпусом судна.

Конструкции таких связей различны, но все они обязательно включают в состав два шарнира с целью исключения изгибающего момента в них при температурных деформациях остова главного двигателя и демпфер для гашения вибрации. Количество связей, устанавливаемых на каждом двигателе, больше числа его цилиндров на единицу.

Известны конструкции связей верхнего крепления остова главного двигателя с корпусом судна различных дизелестроитель- ных фирм, изготавливающих судовые малооборотныё дизели. Так, известная связь фирмы Зульцер с гидравлическим демпфером и двумя шарнирами соответствен- но со стороны дизеля и корпусных конструкций судна, установленными между блоком цилиндров двигателя и платформой машинного отделения (корпусная конструкция). Шарниры содержат призонные болты, скрепляющие соединенные между собой воедино кронштейн, закрепленный на остове двигателя, тягу и кронштейн, закрепленный на платформе.

Известна также связь фирмы МАИ крепления остова главного дизеля с корпусом судна, включающая эксцентриковый демпфер и два шарнира, образованные при- зонными болтами. Общим недостатком известных решений является техническая сложность и недостаточная долговечность связей, что обусловлено появлением износа призонных болтов, возникновением зазоров и последующим выходом связей из

строя.

Известна конструкция связи верхнего крепления главного двигателя внутреннего сгорания с корпусом судна фирмы Бурмей

стер и Вайн, являющаяся по большинству признаков ближайшим к изобретению техническим решением/Связь содержит соединенные друг с другом кронштейн со стороны

главного двигателя, тягу, включающую две параллельно расположенные балки, и кронштейн с демпфером со стороны корпуса судна. Соединения кронштейна со стороны двигателя с балками тяги с одной ее стороны

и кронштейна с демпфером со стороны корпуса судна с этими же балками с другой ее (тяги) стороны выполнены посредством двух шарниров. Каждый шарнир включает стяжной призонный болт с прижимной гайкой по

5 оси шарнира, скрепляющие параллельные балки тяги. ..

Недостатком этой связи также является ее малая долговечность, Действующие на связь знакопеременные нагрузки от вибра0 ции остова дизеля приводят к износу призонных болтов и отверстий под них и, следовательно, к появлению зазоров. В дальнейшем это приводит к возникновению ударных усилий на контактных поверхно5 стях призонных болтов, увеличению зазоров и выходу связи из строя. Образование зазора в шарнирах происходит через несколько сот часов, хотя они должны работать весь срок службы главного дизеля

0 .(800-100 тыс.часов). Для восстановления работоспособности связей в условиях эксплуатации необходимо неоднократно заменять болты, обеспечивая при этом условия посадки {призонные болты устанавливают5 ся без зазора), что сопряжено со значительными трудозатратами.

Цель изобретения - увеличение срока службы связи и упрощение ее конструкции путем объединения функций шарнира и де0 мпфера.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, включающем соединенные друг с другом кронштейн со стороны двигателя, тягу из двух параллельно расположенных

5 балок, кронштейн со стороны корпуса судна, шарнирные узлы их соединения между собой, включающие стяжной болт с крепежной гайкой по оси шарнира, скрепляющие балки тяги, и фрикционный демпфер, шар0 нир и демпфер объединены в одном узле и выполнены в виде жестко закрепленного с усечением боковой стороны на торцовой поверхности концевой части соответствующего кронштейна (т.е. со стороны двигателя

5 или со стороны корпуса судна) вертикального диска и в виде сопряженных с ним двух выступов. Вертикальный диск имеет центральное отверстие под стяжной болт, которое, в сою очередь, имеет в диаметральном горизонтальном сечении профиль, образеванный (очерченный) двумя симметрично расположенными, обращенными навстречу вершинами усеченными конусами. Сопряжение с вертикальным диском двух выступов выполнено по его бокам, по центральному отверстию. При этом выступы выполнены в форме соответствующих усеченных конусов, имеют центральные отверстия под стяжной болт и установлены жестко на внутренних сторонах концевых частей параллельно расположенных балок тяги. Вершины усеченных конусов, образующих профиль центрального отверстия диска, отстоят друг от друга, а стяжной болт размещен в центральном отверстии диска с зазором..

Силовое воздействие, передаваемое через кронштейн от двигателя к диску, через сопряженные поверхности центрального отверстия диска и конусных выступов параллельно расположенных балоктяги, передается этим выступам, а от них к балкам, на которых они жестко прикреплены к корпусу, обеспечивая тем самым гашение вибрации и температурных деформаций.

Наличие стяжного болта по оси шарнира обеспечивает в совокупности необходимое трение на сопряженных конусных рабочих поверхностях и несжимаемость (жесткость) в них при передаче усилий до определенного предела, т.е. обеспечивает работу связи в целом как жесткой конструкции..

При .значительных вибрационных перемещениях, передаваемых диску (а также нагрузках), шарнир начинает работать как демпфер. Так, поперечные оси шарнира значительные перемещения (по оси связи) вызывают некоторое раздвигание конусных выступов балок, происходящее за счет внедрения между ними сопряженных с ними поверхностей центрального отверстия диска, имеющего в диаметральном горизонтальном сечении профиль, образованный двумя симметрично расположенными, обращенными навстречу вершинами усеченными конусами. Затраты энергии при этом на преодоление сил трения в шарнире создают в нем эффект демпфирования. Причем сама характеристика демпфирования шарниров является нелинейной. Это обусловлено тем, что при таком перемещении диска ( линейном по оси связи) за счет свойства клина, проявляемого в совокупности поверхностями центрального отверстия диска, конусные выступы раздвигаются, т.е. растягивают стяжной болт, увеличивая его натяжение, которое, в свою очередь, вызывает повышение сил трения и эффект демпфирования. Последнее обеспечивает

снижение амплитуды вибрации главного двигателя, что особенно важно при резонансных колебаниях, возникающих в моменты прохода его резонансных зон.

При этом вертикально ориентированный диск (ось шарнира горизонтальна) обес- печивает в совокупности снижение изгибающего момента от действия температурных деформаций и самого опрокидываю0 щего момента, а также достижение максимальной изгибной жесткости при возникновении указанных напряжений именно в плоскости действия опрокидывающего момента двигателя, т.е. в вертикальной пло5 скости. .

Установка стяжного болта в центральное отверстие диска с зазором обеспечивает в совокупности возможность линейного перемещения диска по оси связи относи0 тельно конусных выступов и самого стяжного болта. Данное перемещение возникает при такой нагрузке на связь, которая превышает силу трения на сопряженных конусных (рабочих) поверхностях шарнира.

5 Выполнение профиля центрального отверстия диска очерченным двумя усеченными конусами с отстоянием их вершин обеспечивает в совокупности с конусными выступами необходимый запас на износ со0 прягаемых поверхностей центрального отверстия диска, увеличивает долговечность пар трения.

Таким образом, наличие указанных сопряженных конусных-поверхностей шарни5 ра, т.е. своего рода конусного шарнира, устраняет в совокупности возможность появления зазоров при износе пар трения (самих конусных поверхностей), что осуществляется за счет осевого перемеще0 ния конусных выступов параллельно размещенных балок под действием стяжного болта. В таком конусном шарнире, в отличие от цилиндрического, износ не ведет к возникновению зазора. Усилие затяжки ko5 нусного шарнира всегда нетрудно проконтролировать в эксплуатации. При этом одновременно достигается возможность совмещения в одном узле функций шарнира и демпфера. Устраняется лишний узел, упро0 щается конструкция, т.е. достигается дополнительный эффект.

Изложенное позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение обеспечивает достижение поставленной, цели 5 повышение долговечности связи.

На фиг. 1 изображена схема расположения связей верхнего крепления остова главного двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - связь верхнего крепления главного двигателя, вид сверху; на фиг. 3 - конусный

шарнир с горизонтальным разрезом по осевой линии.

Устройство поясняется на примере связей (в количестве б шт., не показаны) верхнего крепления остова главного дизеля, установленных на главном дизеле 5L60MC танкера Азия Дальневосточного морского пароходства.

Связи 1 (фиг. 1) установлены между главным двигателем 2, закрепленным на фундаменте 3, и платформой 4 машинного отделения судна. Каждая связь содержит: два конусных шарнира 5; кронштейн б, прикрепленный к платформе 4 машинного отделения (см. фиг. 1, 2); тягу, образованную двумя параллельно расположенными балками 7 с соосными отверстиями 8 по концам, и кронштейн 9, прикрепленный к остову двигателя. Каждый шарнир 5 содержит (см. фиг; 3)диск 10, прикрепленный вертикально к одному из кронштейнов (6 или 9) посредством сварочного шва 11. Диск 10 имеет с боков две конусные проточки со сквозной перемычкой 12 между ними (центральное отверстие); в проточки установлены два конусообразных выступа (втулки) 13 и 14 в виде конусов с усеченными вершинами, закрепленных на внутренних поверхностях концевых частей балок 7 посредством сварочных швов 15; Конуса 13 и 14 имеют соос- ные отверстия 16 в центре (центральные отверстия), в которые установлен стяжной болт 17с гайкой 18 (служащей для регулирования его стяжного усилия), скрепляющие между собой балки 7, конуса 13, 14 и диск 10 (через центральное отверстие). Для увеличения податливости болтовой пары (17 и 18) установлен стакан-удлинитель 19, а сам болт 17 установлен в центральное отверстие диска 10 с зазором в перемычке 12.

Связь верхнего крепления остова двигателя используют следующим образом.

Вначале выполняют монтаж связи на месте между двигателем и корпусом судна, который производят в следующей последовательности: вертикально прикрепляют диски 10 к торцам кронштейнов 6 и 9 посредством сварочного шва 11; производят сборку шарниров 5, для чего конуса 13 и 14 вставляют в проточки дисков 10 и стягивают болтами 17; на основания конусов 13 и 14 накладывают концы балок 7 таким образом, чтобы отверстия 8 были соосны с центральными отверстиями 16 конусов 13 и 14; размечают и скрепляют между собой предварительно балки 7 и конуса 13 и 14 по внутреннему контуру отверстий 8 балок посредством сварочных швов 15 (прихватки); проверяют точность сборки; демонтируют

стяжные болты 17 и прикрепляют конуса 13 и 14 сварочными швами 15 окончательно как по периметру отверстий 8, так и по контуру оснований конусов 13 и 14; выполняют окрнчательную сборку связи путем установки болтов 17 и регулировки их динамометрическим ключом (для контроля момента). Наличие зазора между болтом 17 и телом перемычки 12 обусловливает ее точность.

Связь готова к использованию.

Связь работает следующим образом. При работе двигателя внутреннего сгорания 2 (см. фиг. 1) крутящий момент передается по валопроводу (не показан) на

гребной винт (не показан), а его реакция - опрокидывающий момент Моп воспринимается фундаментом 3 и связями 1 верхнего крепления остова двигателя, которые также предотвращают поперечные колебания остова с амплитудой А, а также нередко и момент от действия температурных деформаций. Связь воспринимает эти нагрузки. При этом по их характеру она воспринимает воздействие как опрокидывающего момента Моп (статическая нагрузка), так и инерци- онной нагрузки, действующей при вибрации остова двигателя в поперечном направлении (динамическая знакопеременная нагрузка). До определенной величины

этой суммарной нагрузки связь жесткая, т.е. без смещения в конусных шарнирах 5 за счет сил трения на сопряженных поверхностях конусов 13, 14 и центрального отверстия .диска 10 (конусных проточек). При

превышении действующей нагрузкой вели- .чины сил трения шарниры 5 начинают работать как демпферы.

Регулировкой натяжения болтов 17 по показаниям динамометрического ключа

проверяют равномерность и выравнивают силы трения в шарнирах 5 всех (6 шт., не показаны) связей, чем обеспечивает равномерное распределение нагрузки связей по всей длине дизеля.

... :

Преимуществом изобретения по сравнению с прототипом является повышенная долговечность связи, достигнутая за счет возможности компенсации износа осевым

смещением конусных пар трения под действием постоянной нагрузки от стяжных болтов. За счет регулировки сил трения в шарнирах для любого главного двигателя возможно достижение уровня вибрации ниже предельных норм эксплуатации (установ-. ленных Правилами Регистра СССР; 0,50 мм. Кроме того, конструкция связи проще, удобнее при монтаже и не требует больших затрат в эксплуатации,

Формула изобрете.ния Устройство для верхнего крепления остова главного двигателя внутреннего сгорания к корпусу судна, содержащее тягу из двух параллельных балок, кронштейны двигателя и корпуса судна, соединенные с тягой с помощью шарниров, включающих в себя стяжной болт с гайкой, и фрикционный демпфер, отличающееся тем, что, с целью увеличения срока службы связи и упрощения ее конструкции путем обьединения

функций шарнира и демпфера, каждый шарнир состоит из взаимодействующих между собой диска с центральным отверстием и коническими выемками на торцовых частях, закрепленного на конце кронштейна, и конических втулок, закрепленных на тягах, а упомянутый болт снабжен стаканом-удлинителем, при этом конические поверхности втулок сопряжены с выемками диска, а болт установлен в отверстии диска с зазором.

Использование: в судостроении, при эксплуатации и ремонте морского транспорта. Сущность изобретения: кронштейны соединены с тягой, (образованной балками 7), шарнирами, выполняющими одновременно роль фрикционного демпфера. Шарнир состоит из соединенных стяжным болтом 17 диска 10, закрепленного .на кронштейне, и втулок 13, 14, закрепленных на балках 7. Торцовые части диска 10 имеют конические выемки, поверхности которых сопряжены с коническими втулками 13, 14, и образуют фрикционный демпфер, работающий при нагрузках, превышающих силы трения в шарнире. 3 ил.