Brodske kopče, reduktori, ležajevi, osovine i statvene cevi

[Boro Prodanic]

Brodske kopče, reduktori, ležajevi, osovine i statvene cevi

Snagu koju proizvode brodske porivne mašine valja preneti na more/vodu oko broda preko brodskog trupa odnosno propelera, to jest pretvoriti u porivnu silu koja će omogućiti kretanje broda. Ovaj zadatak ispunjava niz pomoćnih brodskih uređaja o kojima se uglavnom manje zna, ali bez kojih bi brod bio hrpa gvožđa, nepokretna i beskorisna.

Šematski, prenos proizvedene energije u brodskoj porivnoj mašini, preko kopče - reduktora, odrivnog ležaja, sistema međuosovina, propelerske osovine - kroz oplatu (statvenu cev) do propelera može se prikazati ovako:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Brodske kopče - reduktori

Brodska kopča nalazi se odmah iza pogonskog kraja brodske porivne mašine, uglavnom u pravcu krme broda, mada postoje izvedbe kao kod DJČ tipa 601 i 613 kod kojih se kopča nalazi prema pramcu broda, a propelerska osovina u toj varijanti u "Z" šemi se vraća prema krmenom zrcalu. Funkcija kopče je da prenese snagu porivne mašine na osovinski vod i dalje, na propeler. Dakle, kopča "uključuje" i "isključuje" poriv i tako omogućuje okretanje osovina i propelera. Istovremeno, kopča najčešće služi i za prekret - promenu kretanja broda iz  "neutralnog položaja - stoj" " u hod "napred" ili "krmom" kod brodova sa klasičnim propelerom bez zakretnih krila. O načinu prekreta kod brodova sa propelerima sa zakretnim krilima drugom prilikom.

Primeri brodskih kopči:

Kopče za manje brodove i čamce:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Reduktor sa kopčom za brodove:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Kopča sa dva ulaza i jednim izlazom - dve porivne mašine pogone jednu brodsku osovinu:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Postoji mnogo različitih izvedbi brodskih kopči. Za čamce i manje brodove najčešće se koriste mehaničke - zupčaste kopče, koje na malom broju okretaja izlazne osovine motora mehanički "uzube" propelersku osovinu u sistem. Kod brodova se koriste hidraulične, pneumatske, elektromagnetne kopče i razne kombinacije navedenih tipova. Suštinski, intencija je da se snaga porivne mašine što pre prenese na osovinski vod, ali sa što manjim "udarom" da ne dođe do oštećenja raznih uređaja u sistemu. Hidraulika i pneumatika su potrebne pri ovom prenosu zbog ogromne snage brodskih porivnih mašina, o kojoj je pisano u ostalim temama Brodomašinstva. Tom snagom mehanički se može upravljati na čamcima i manjim brodićima, dok bi kod većih brodskih pogonskih postrojenja mehaničko ukopčavanje odmah izazvalo havariju na postrojenju.

Ovde nećemo ulaziti u principe rada pojedinih tipova kopči, osim ako čitaoci teme ne pokrenu diskusije u tom smeru.

Brodske kopče se podmazuju uljem, prisilno - pod pritiskom, a samo kopče za manje snage "zapljuskivanjem".

Najčešće se u sastavu brodske kopče nalazi i reduktor. Logično je pitanje što je reduktor potreban, kad se zna da svaki uređaj u nekom složenom sistemu "troši" određeni deo korisne energije i time smanjuje koeficijent korisnog dejstva celog sistema. Odgovor leži u razlici u brojevima okretaja: brodske porivne mašine (parne turbine, parne mašine, dizel motori, benzinski motori, gasne turbine, elektro motori) na izlaznoj osovini daju visoke brojeve okretaja - od nekoliko stotina do više desetina hiljada okretaja u minutu. Ovi brojevi okretaja nikako ne odgovaraju brodskim propelerima, koji pri radu na određenom broju okretaja (najčešće ispod 1000 o/min) prelaze u "rad u kavitacionom području", gube efikasnost i postaju izuzetno podložni dejstvu kavitacije.

Dakle, reduktor smanjuje visoki broj okretaja pogonske osovine brodske porivne mašine na onaj broj koji odgovara propeleru konkretnog broda. Valja napomenuti da ovde nema nekih fiksnih vrednosti - brod i propeler čine celinu koja se projektuje tako da svi elementi najbolje, optimalno odgovaraju jedan drugome i celini. Tako je na primer, za neki sistem brod - propeler određeni broj okretaja radni, a taj isti broj okretaja bi kod drugog sistema brod - propeler već doveo do rada u kavitacionom prodručju propelera i ne bi bio efikasan.

Suštinski, brodski reduktor je jednostavniji uređaj od automobilskog menjača, samo je zbog snage koju prenosi, višestruko veći. Najčešće je smešten u isto kućište sa kopčom. Brodski reduktor i kopča ne zahtevaju posebno održavanje, ali zahtevaju stalnu pažnju poslužioca: ukoliko se desi da sistem kopča-reduktor ostane bez ulja za podmazivanje, mora se odmah isključiti pogon, jer u suprotnom dolazi do havarije kopče.

Podela brodskih kopči može se izvršiti i prema paralelnosti ulazne i izlazne osovine - na kopče sa paralelnim osovinama, kopče sa osovinama pod određenim uglom, "Z" kopče, "L" kopče, prema broju ulaznih osovina - na kopče sa jednom ili više osovina (zavisno od broja porivnih mašina koje pogone jednu brodsku osovinu, odnosno propeler), prema osovinskom vodu na kojem se nalaze - na kopče za glavni poriv ili poriv pramčanog propulzora (bow thruster-a) i slično.

Kopča za pogon pramčanog propulzora:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Upravljanje sistemom kopča-reduktor na čamcima i manjim brodovima vrši se ručno - direktno na kopči, najčešće polugom kojom se kopča uključuje u "hod napred" ili "hod krmom". Kod brodova veće snage, upravljanje kopčom i reduktorom je daljinsko. Zbog važnosti ovog brodskog pomoćnog sistema, posebno kod manevra pristajanja i isplovljenja broda kao i plovidbe u hidro-navigacijski opasnim prostorima kao što su tesnaci, kanali i slično, upravljanje kopčom i reduktorom je izvedeno najmanje sa dva upravljačka mesta - najčešće sa komandnog mosta broda, iz prostorije za upravljanje brodskim pogonom i sa trećeg mesta - direktno na kopči.

[Boro Prodanic]

Odrivni ležaj

Odrivni ležaj brodskog osovinskog voda nalazi se odmah iza kopče - reduktora, sa kojom ga povezuje kratka osovina. Funkciju odrivnog ležaja najlakše je objasniti jednom analogijom: kada ne bi bio ugrađen odrivni ležaj, brodski propeler bi, posebno na većim brojevima okretaja porivne mašine, "odgurao" porivnu mašinu zajedno sa osovinskim vodom prema pramcu broda, naravno kidajući sve veze između porivne mašine, osovina i trupa broda. Dakle, u ovom uređaju propeler predaje porivnu silu brodskom trupu i tako "gura" brod kroz vodu.

Zbog velikih sila i momenata koje deluju u odrivnom ležaju, posebno kod većih brodova sa pogonskim mašinama veće snage, odrivni ležaj je vezan za trup broda vrlo čvrstim i debelim čeličnim temeljima, preko kojih propeler  prenosi na brodski trup momenat kretanja, odnosno snagu proizvedenu u brodskim mašinama.

Kod čamaca i manjih brodova odrivni ležaj je najčešće ugrađen u sistem kopča - reduktor, zbog čega "vikend mornari" često nisu upoznati sa činjenicom da u svom brodu uopšte imaju ovaj uređaj. Kod brodova sa jačim pogonskim mašinama, odrivni ležaj je u posebnom kućištu. Po konstrukciji, odrivni ležaj je kombinovani aksijalno - radijalni klizni ležaj, mada postoje i izvedbe kod kojih aksijalnu komponentu čine kotrljajući ležajevi.

Najpoznatija i najčešće korišćena je Mičelova (Mitchel) konstrukcija odrivnog ležaja:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Iako je nastala pre više od jednog veka, ova konstrukcija, uz primenu novih tehnologija i materijala, primenjuje se i danas na većini brodova, što dokazuje njenu  superiornost u odnosu na konstrukcije u kojima su radijalna i aksijalna komponenta razdvojene, što zahteva veći prostor kojeg na brodu nikad nema suviše, posebno u prostorijama predviđenim za brodske pogonske uređaje.

Kućište odrivnog ležaja u donjem delu sadrži uljnu kadu sa uljem koje zapljuskivanjem podmazuje ležaj. Kod najvećih brodova, zapljuskivanje uljem nije dovoljno za podmazivanje ležaja, pa se ležaj podmazuje prisilno (pod pritiskom) - pumpom.

Osim podmazivanja, za pravilan i dugotrajan rad odrivnog ležaja veoma je važno i hlađenje, jer se porivna sila propelera predaje brodskom trupu u radijalnoj komponenti ležaja trenjem između grebena na osovini i radijalnih pločica, najčešće od "belog metala", posebne legure kalaja koja se koristi za izradu kliznih ležajeva. Za hlađenje odrivnog ležaja, najčešće se u kućište ležaja ugrađuju spirale kroz koje protiče morska voda i tako hladi ulje kojim se ležaj podmazuje.

Iako izvan usko stručnih krugova malo poznat, ovaj uređaj je izuzetno važan za brod - bilo koji kvar na odrivnom ležaju automatski izbacuje iz pogona brodsku porivnu mašinu i propeler. Opravke odrivnog ležaja često je teško, ako ne i nemoguće izvesti na brodu, daleko od remontnih ustanova, jer se pločice od belog metala izrađuju livenjem u posebnim kalupima, a montaža vrši ručno, uz mnogo montaža - demontaža kompletnog ležaja, proba i ručnog "tuširanja" izlivene pločice dok se sve ne dovedu na gotovo idealnu meru.

Zbog toga je ovaj uređaj pod stalnom pažnjom mašinskog osoblja na brodu, a podaci o temperaturi i pritisku ulja za podmazivanje najpomnije se prate i nadgledaju.

[Boro Prodanic]

Osovinski vod

Osovinski vod se proteže od pogonskog kraja brodske propulzivne mašine, kroz kopču - reduktor i odrivni ležaj, preko ležajeva međuosovina do statvene cevi, gde prolazi kroz oplatu broda i završava se propelerom. Funkcija osovinskog voda je da prenese snagu sa porivne mašine na propeler.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Propelerske osovine su najčešće izrađene od kvalitetnog čelika. Kod čamaca i manjih brodova, udaljenost od porivne mašine do propelera nije velika, pa osovinski vod najčešće čini samo jedna osovina. Međutim, kod većih brodova ta udaljenost može iznositi i nekoliko desetina metara, u kom slučaju nije moguće osovinski vod izvesti jednom osovinom, jer bi usled sopstvene težine dolazilo do ugibanja osovine i pojačanih vibracija na osovinskom vodu. Zbog toga se osovinski vod izrađuje od nekoliko međusovina, koje imaju ležajeve na oba kraja.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Na krajevima međuosovina su posebne spojnice, koje mogu da budu čisto mehaničke - spojene vijcima, hidraulične - takozvane SKF spojke - spojene čeličnim tuljcima pod visokim pritiskom posebne pumpe za montiranje i demontiranje, spojnice sa elastičnim ulošcima za ublaživanje vibracija i tako dalje.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Ležajevi koji "nose" međuosovine izrađeni su od dve kalote, najčešće izvedeni kao klizni ležajevi - u kalotama se nalaze košuljice od "belog metala". Podmazivanje ovih ležajeva vrši se uljem, zapljuskivanjem. U novije vreme se koriste i kotrljajući ležajevi, ali oni su mnogo bučniji od kliznih, a jednako podložni zagrejavanju, međutim lakši i jeftiniji za eventualnu zamenu.

Brodske međuosovine za pogon klasičnim propelerima izvedene su od punog čelika, te imaju veliku težinu. U cilju smanjivanja težine kompletnog osovinskog voda, počela je primena modernih - kompozitnih materijala za izradu međuosovina brodskog osovinskog voda.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Cena kompozitnih međuosovina je ograničavajući faktor za širu primenu, iako su mnogo lakše od čeličnih a sposobne da izdrže ista, čak i veća opterećenja. Zbog toga se koriste na brodovima koji imaju posebne zahteve za smanjenje ukupne težine, kao i na brodskim osovinskim vodovima kod kojih su razmaci između ležajeva veći - lakša kompozitna međuosovina ima manja ugibanja od čelične. Širu primenu ova vrsta međuosovina našla je na feribotima, brzim patrolnim brodovima i jahtama. Izrađuju se od višeslojnih armiranih ugljeničnih vlakana, korišćenjem najmodernijih tehnologija proizvodnje. Slojevi se izrađuju tako da vlakna jednog sloja dolaze unakrst prema vlaknima prethodnog sloja, čime se postiže dobra otpornost na savijanje i mogućnost prenošenja velikog torzionog momenta.

Kod najvećih brodova osovinski vod na krmi prolazi kroz takozvani "tunel" koji omogućuje pristup osoblja ležajevima radi kontrole, podmazivanja i održavanja, a u isto vreme prostor iznad tunela može se iskoristiti za smeštaj drugih uređaja u mašinskom prostoru broda.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Gledano iz mašinskog prostora broda, osovinski vod završava ulaskom poslednje, takozvane propelerske osovine u statvenu cev radi prolaska kroz oplatu broda.

[Boro Prodanic]

Statvena cev

Statvena cev je važan uređaj u sistemu osovinskog voda broda koji omogućuje prolaz propelerske osovine kroz trup ali tako da na mestu prolaza ne dolazi do prodiranja vode u trup. U isto vreme, statvena cev obezbeđuje najmanje moguće trenje propelerske osovine. Najčešće je statvena cev čelični ili mesingani tuljak zavaren na oplatu broda. Deo propelerske osovine koji se nalazi unutar stavene cevi posebno je zaštićen od korozije.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Celom dužinom statvene cevi proteže se ležaj statvene cevi, koji nosi propelersku osovinu. Ovaj ležaj ranije se u pravilu izrađivao od takozvanog "gvozdenog drveta", vrste drveta koja uspeva u tropskim šumama a ima izuzetnu tvrdoću i čvrstoću - na primer, ovu vrstu drveta nije moguće seći sekirom. U novije vreme, ležaj statvene cevi izrađuje se od posebnih vrsta gume i drugih sintetičkih materijala velike otpornosti na habanje. Bez obzira na materijal izrade, ležaj statvene cevi kod čamaca i manjih brodova, u pravilu se podmazuje vodom, otuda potreba za posebnom zaštitom dela osovine u stavenoj cevi od korozije. Vodu koja se nalazi u statvenoj cevi treba sprečiti da ulazi u brod, što se postiže posebnom konstrukcijom mehaničke zaptivke na strani statvene cevi prema mašinskom prostoru:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Kod manjih brodova i čamaca, mehanička zaptivka statvene cevi obuhvata sa unutrašnje strane (u mašinskom prostoru) propelersku osovinu. Po obodu zaptivke nalaze se vijci za zatezanje, čijim zavrtanjem se navoji lojane pletenice koji obavijaju propelersku osovinu sabijaju i time sprečavaju prolaz vode u statvenu cev. Vremenom se lojana pletenica troši pa je potrebno povremeno zatezanje - podešavanje, a prilikom remontovanja broda i zamena lojane pletenice.

Kod modernih većih brodova propelerska osovina je unutar statvene cevi presvučena posebnom legurom i vrlo precizno obrađena, a statvena cev je najčešće izvedena praktično bez klasičnog ležaja, ali tako da ima konstantno autonomno podmazivanje uljem:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Kod ovakve izvedbe, prostor unutar statvene cevi nema direktan dodir sa morskom vodom, te nije potrebna posebna zaštita osovine. Međutim, potrebno je stalno održavati pritisak ulja da ne bi došlo do "zaribavanja" osovine u statvenoj cevi. Podmazivanje uljem obezbeđuje se iz gravitacionog tanka ulja smeštenog iznad statvene cevi. Curenje ulja iz statvene cevi u more i mašinski prostor sprečava se posebnim zaptivkama.

Ako je trup broda izgrađen od aluminijuma, tada se i statvena cev izrađuje od istog metala, a u pravilu se unutar statvene cevi koristi gumeni ležaj.

Statvena cev nije univerzalan element u brodogradnji, već se posebno projektuje za konkretni brod, u zavisnosti od veličine i namene broda, broja okretaja i prečnika propelerske osovine i raspoloživog prostora. Zbog toga postoji veoma mnogo različitih izvedbi statvenih cevi i ležajeva u njima, kao i načina i sistema podmazivanja i hlađenja.

[Boro Prodanic]

Skrok propelerske osovine

Propelerska osovina prolazi kroz statvenu cev u vodu. Na njenom kraju je montiran propeler, ali osovina sa propelerom ne može slobodno da "visi" po krmi broda, jer bi usled vlastite težine i sila koje nastaju kod rotacije stvarala preveliki pritisak na statvenu cev i bila izuzetno podložna uticaju vibracija, koje bi se prenosile na ceo osovinski vod i dalje na trup broda.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Zbog toga propelerska osovina nakon izlaska iz statvene cevi prolazi kroz takozvani skrok, jedan od privesaka brodskog trupa koji se najčešće izrađuje od mesinga, mada kod većih brodova nije redak slučaj da je izrađen i od čelika. Skrok fiksira i učvršćuje osovinu i ima ulogu smanjenja buke i vibracija na osovinskom vodu.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Položaj propelerske osovine, skroka i propelera može se uočiti na slici podvodnog dela trupa USS Missouri (skrok je okružen crvenom elipsom):

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Na jednoj propelerskoj osovini može biti i više od jednog skroka, što zavisi od njene dužine od izlaska iz statvene cevi do propelera i snage koju prenosi na propeler.

U svakom skroku nalazi se ležaj koji sprečava "trošenje" propelerske osovine koje bi nastalo ukoliko bi osovina rotirala u metalnom dodiru sa skrokom. Ranije su se ovi ležajevi izrađivali od "gvozdenog drveta" kao i ležajevi statvene cevi. Kasnije se počinju izrađivati od posebne vrste gume, a danas se za izradu ležajeva u skrokovima koristi više vrsta savremenih plastičnih materijala koji imaju odlične karakteristike "upijanja vibracija" nastalih na osovinskom vodu i buke. Bez obzira na materijal izrade, svi ležajevi u skrokovima se podmazuju i hlade vodom.

Savremeni plastični materijali od kojih se izrađuju ležajevi skrokova ne zagađuju životnu sredinu, obezbeđuju vrlo nizak koeficijent trenja između ležaja i osovine, smanjuju buku i "upijaju" vibracije koje neminovno nastaju na osovinskom vodu, posebno usled povratnog dejstva vode i kod promene radnog režima brodskih porivnih mašina.

Najveće vibracije na osovinskim vodovima nastaju prilikom vožnje "na spreg" - jedna mašina vozi napred, druga krmom. Sile koje pri ovom manevru nastaju su toliko jake da se osećaju na celom brodskom trupu manjih brodova - brod prosto podrhtava i trese se. Zbog toga se ovaj manevar koristi samo kada je to neophodno, najčešće prilikom isplovljenja i uplovljenja broda, i što je moguće kraće.

[brodarski]

Odlično obrađena tema. Primjenjiva i kod vlasnika čamaca sa unutrašnjim motorom. Mnogi bi '' progledali '' kad bi pročitali ovo štivo. Tad se ne bi događale havarije prodora vode kroz bukulu.

[Boro Prodanic]

Ko god je makar malo plovio, barem je čuo ako ne i lično doživeo da propeler broda ili čamca "uhvati" ribarsku mrežu ili neki konop koji pluta u moru. Ova situacija može da bude vrlo neugodna jer isključuje propeler iz pogona, a uklanjanje mreže ili konopa nije ni malo lagan posao - najčešće treba zaroniti i nožem ili nekim oštrim predmetom polako seći navoje mreže koji su se stvorili do prestanka rotacije prolepera. Jasno je da na otvorenom moru ova operacija nije jednostavna, posebno ako su vremenske prilike loše.

U cilju sprečavanja ovakvih problema, kod manjih brodova i čamaca iza skroka a pre propelera, na propelersku osovinu se montira poseban rezač koji rotira zajedno sa osovinom i propelereom i seče mrežu ili konop i ne dozvoljava njeno uplitanje u propeler:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

[Boro Prodanic]

Odlično obrađena tema. Primjenjiva i kod vlasnika čamaca sa unutrašnjim motorom. Mnogi bi '' progledali '' kad bi pročitali ovo štivo. Tad se ne bi događale havarije prodora vode kroz bukulu.

Hvala. 

Kod ovakvih tema uvek je problem da se odredi koliko "duboko" ući u materiju - suviše plitko - tema ne valja, ne kazuje ništa, a ako uđeš previše, onda je to za struku, a ne popularno napisano za sve čitaoce...

[ML]

Odlično obrađena tema.
Drvo za ležajeve osovine mi smo zvali sveto drvo (legno santo).

[MOTORISTA]

Kao  i uvek, odlično obrađena tema.

[Boro Prodanic]

Hvala ML i Motoristo.

Nadam se da će biti još priloga članova koji će temu dopuniti interesantnim slikama i iskustvima...

[kilezr]

  Mi zovemo " matična cev" evo nekih slika.Desilo se da je oplata i konstrukcija rađena za cev prečnika 609mm a cev je došla od 460mm pa je bilo muke i oko cevi je ubačen prsten po dozvoli naručioca i nadzornog organa (DUNAV LYOD)

[kilezr]

 ovde se vidi umetnut prsten.

[kilezr]

 Od fundamenta motora sve počinje

[kilezr]

 Sapnica