Приводы для морского и судового оборудования: редукторы, муфты, лебёдки и подруливающие устройства

Эксплуатация морских судов — особый класс задач для приводного оборудования. Главный редуктор торгового судна работает 6 000–8 000 часов в год без остановок, рулевая машина обязана сработать в шторм при крене 30°, якорные шпили и грузовые лебёдки несут импульсные нагрузки в десятки тонн, а кабельные системы палубных механизмов выдерживают солевой туман, ультрафиолет и обледенение. Здесь не подходят универсальные индустриальные серии — нужны специализированные «marine» исполнения с морскими сертификатами (CCS, RINA, DNV, ABS, RS), литым чугунным корпусом, увеличенными подшипниковыми группами и тщательно подобранной кинематикой «двигатель — муфта — редуктор — валопровод».

Типовые задачи отрасли

Главный судовой редуктор между среднеоборотным дизелем и валопроводом — мощность 600–15 000 кВт, передаточное отношение 2,5–7, реверс через гидромуфты или с реверс-редуктором
Соединение главного двигателя с винторулевой колонкой (азимутальный привод) — компенсация смещений после теплового расширения и виброгашение от ГД
Электроподруливающие устройства носовые и кормовые мощностью 200–2 500 кВт для маневрирования при швартовке и динамическом позиционировании
Рулевые машины электрогидравлического и электромеханического типа — мощность 11–200 кВт, два независимых контура по требованиям SOLAS
Грузовые палубные лебёдки и краны контейнеровозов, балкеров, буксиров — мощность 30–500 кВт, нагрузка с учётом качки 1,3–1,5 номинала
Якорные шпили и брашпили — мощность 7,5–110 кВт, импульсный момент при выборке цепи в шторм до 2,5 номинального
Балластные, грузовые и пожарные насосы — приводы взрывозащищённого исполнения для танкеров и газовозов, мощность до 1 200 кВт
Дизель-генераторные установки и валогенераторы судовой электростанции — асинхронные/синхронные машины 200–3 000 кВт, IP56, морское исполнение

Редукторы

Судовые редукторы делятся на три класса: главные редукторы валопровода (между ГД и гребным винтом), редукторы винторулевых колонок и подруливающих устройств, и палубные редукторы лебёдок, шпилей и кран-балок. Главный редуктор — центральный элемент пропульсивного комплекса: от его надёжности зависит ходкость судна. CGC — единственный поставщик главных судовых редукторов внутри CSSC (China State Shipbuilding Corporation), крупнейшей судостроительной корпорации Китая, и закрывает потребности торгового, военного и специального флота. Помимо CGC, на палубных приводах применяются индустриальные редукторы общего назначения с морским исполнением корпуса и уплотнений.

Главный судовой редуктор валопровода — Главный редуктор CGC marine series — единственный поставщик главных судовых редукторов внутри CSSC.

Главные судовые редукторы валопровода

Двух- и трёхступенчатые цилиндрические редукторы CGC marine series — флагманская специализация бренда. Соединяют среднеоборотный дизель (450–900 об/мин) с валом гребного винта (90–250 об/мин), обеспечивая передаточное отношение 2,5–7. Корпус из судового чугуна, упорный подшипник Митчелла на выходном валу принимает осевое усилие гребного винта до 2 000 кН. Стандартное исполнение включает встроенную гидромуфту реверса и отбор мощности на валогенератор. CGC поставляет редукторы для торговых судов, эсминцев, фрегатов, ледоколов и научно-исследовательских платформ CSSC.

— Мощность 600–15 000 кВт, передаточное отношение 2,5–7

— Упорный подшипник на осевую нагрузку винта 200–2 000 кН

— Класс CCS / RS / RINA / DNV / ABS

— Принудительная циркуляционная смазка с двумя независимыми насосами (основной + аварийный)

— Опция отбора мощности (PTO) на валогенератор и пожарный насос

Редукторы винторулевых колонок и Z-приводов

Комбинация конических и цилиндрических ступеней передаёт момент от вертикально установленного двигателя через 90° к горизонтальному гребному винту в подводной части азимутальной колонки. Применяются на буксирах, кабелеукладчиках и судах для морских ветропарков, где требуется маневренность и тяга на швартовых до 100 тонн. Сложность — двойной перелом потока мощности через спирально-конические передачи Глисона с проверкой на пятно контакта при качке судна.

— Мощность 800–6 000 кВт на колонку

— Двойной 90° перелом потока мощности

— Спирально-конические передачи с пятном контакта по DIN 3990

— Маслоохладитель забортной воды через теплообменник из CuNi

Редукторы палубных лебёдок и кранов

Многоступенчатые планетарные блоки или цилиндро-планетарные комбинации с встроенным дисковым тормозом и обгонной муфтой. Работают на грузовых лебёдках балкеров, контейнеровозов, буксирных лебёдках, лебёдках кран-балок шлюпбалок и оффшорных сервисных судов. Передаточное число 80–500, расчёт ведётся не на номинальный момент лебёдки, а на динамический пик при качке (коэффициент 1,3–1,5).

— Передаточное отношение 80–500

— Встроенный пружинный тормоз с гидрорастормаживанием

— Обгонная муфта на выходном валу

— Морское исполнение уплотнений (нитрил-каучук, морская краска корпуса)

— Антикоррозионное покрытие C5-M (ISO 12944)

Редукторы подруливающих устройств

Носовые и кормовые подруливающие туннельного и поднимаемого типа мощностью 200–2 500 кВт — компактные конические редукторы, передающие момент от вертикального электродвигателя в туннельную камеру к 4–5-лопастному винту регулируемого шага. Кратковременный режим работы (S2-30 мин при швартовке), но с пиковыми нагрузками 1,4–1,6 от номинала. Корпус и валы — морская нержавейка, уплотнения с тройной защитой от попадания забортной воды в масляную ванну.

— Мощность 200–2 500 кВт, режим S2

— Тройное уплотнение масляной ванны с контролем протечки

— Корпус и валы из нержавеющей стали 1.4571 / 316L

— Электрический разъединитель (clutch) для холостого режима

Редукторы рулевых машин

Самотормозящиеся червячные или волновые передачи на электромеханических рулевых машинах малотоннажного флота, либо двухступенчатые цилиндрические в комплекте с аксиально-поршневыми насосами на электрогидравлических машинах танкеров и контейнеровозов. По требованиям SOLAS дублируется два независимых контура, каждый рассчитан на полный поворот руля с борта на борт за 28 секунд при максимальном ходе.

— Передаточное отношение 50–200 (червячные) / 80–250 (планетарные)

— Дублирование двух независимых контуров (SOLAS)

— Время поворота руля 35°→30° противоположного борта ≤ 28 с

— Самоторможение или замыкающий тормоз при отключении

Электродвигатели морского исполнения

Судовые электродвигатели должны выдерживать постоянный солевой туман, повышенную влажность 95–100 %, вибрацию от главного двигателя и качку с креном до 22,5° бортовой и 7,5° килевой. На крупных судах применяются как низковольтные машины 0,4 кВ для палубных механизмов, так и высоковольтные 6,6 / 10 кВ для главных пропульсивных приводов и судовых электростанций. WOLONG выпускает специализированные серии IM (Industrial Marine) и IS (для морских условий с защитой от соли) — изоляция класса H, антикоррозионные покрытия, IP56/IP66, сертификаты CCS/RS/ABS.

Носовое подруливающее устройство — Носовое подруливающее туннельного типа: вертикальный электродвигатель + конический редуктор + винт регулируемого шага.

Двигатели подруливающих устройств

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором мощностью 200–2 500 кВт, напряжением 0,4 / 0,69 / 6,6 кВ. Установлены вертикально над туннельной камерой, работают через короткие циклы швартовки. Серия Wolong YE-M / YHTM marine с принудительным водяным охлаждением рубашки и подшипниковыми вибропреобразователями. Часто комплектуется частотным преобразователем для динамического позиционирования (DP-2 / DP-3).

— Мощность 200–2 500 кВт, режим S2-30 мин

— IP56, класс изоляции H, ΔT по классу B

— Вертикальная установка IM3611 / V1

— Совместимость с ВЧ-инвертором (NEMA MG1 Part 31)

— Сертификат CCS, RS, RINA или DNV

Двигатели грузовых и якорных лебёдок

Морское исполнение асинхронных двигателей серии Wolong YBK (взрывозащищённое для танкеров) и YEJ (с электромагнитным тормозом). Мощность 7,5–500 кВт, кратковременный режим S3-40% или S4 c частыми пусками под нагрузкой. Для брашпилей и шпилей обязателен высокий пусковой момент (1,8–2,2 номинала) — выборка цепи начинается из стоячего положения в шторм.

— Пусковой момент ≥ 1,8 номинального

— Режим S3-40 % или S4 (60 циклов/час)

— IP56, класс изоляции F или H

— Встроенный электромагнитный тормоз (для серии YEJ)

— Антикоррозионное покрытие C5-M, маркированные клеммные коробки

Главные гребные электродвигатели

На судах с электродвижением (паромы, ледоколы, круизные лайнеры, оффшорные сервисные) главный движитель — это синхронный или асинхронный двигатель мощностью 2–10 МВт, питающийся от судовой электростанции через ВЧ-преобразователь. Wolong WD3000 marine и YHTM серии охватывают этот диапазон: водяное охлаждение, изолированный подшипник со стороны муфты, защита от токов вала, термосопротивления Pt100 на обмотке и подшипниках.

— Мощность 2–10 МВт, напряжение 6,6 / 10 кВ

— Изолированный подшипник, защита от токов вала

— Принудительное водяное охлаждение IC81W или IC86W

— Pt100 на обмотке и подшипниках, контроль вибрации

— Морской сертификат CCS/RS/DNV/ABS

Двигатели балластных, грузовых и пожарных насосов

На танкерах, газовозах и продуктовозах — взрывозащищённое исполнение Ex d IIB T4 или Ex de IIC T4. Двигатели Wolong YB3 / YBX3 marine 11–1 200 кВт с маркировкой Atex и сертификатом CCS для перекачки нефти и нефтепродуктов. Пожарные насосы — отдельный аварийный контур с автономным дизель-генератором, требования IMO к гарантированному пуску в течение 30 секунд после команды.

— Взрывозащита Ex d IIB T4 / Ex de IIC T4

— Мощность 11–1 200 кВт

— IP56, морской сертификат CCS / RS

— Гарантированный пуск пожарного насоса ≤ 30 с (IMO)

— Класс изоляции H для тропического исполнения

Тормоза и стопорные устройства

На палубных механизмах тормоза несут двойную функцию: динамическое торможение лебёдки/шпиля при выборке груза и статическое удержание при стоянке судна на якоре или с грузом на крюке во время штормового перехода. Конструкция должна работать при солевом тумане, обледенении, при крене до 22,5° и температуре от −40 °C (арктические трассы) до +55 °C (тропики). HUAWU поставляет морские исполнения тормозов и электрогидравлических толкателей с увеличенными зазорами уплотнений и нержавеющей оснасткой.

Якорный шпиль и брашпиль на палубе судна — Брашпиль с цепным барабаном и стопорным тормозом: импульсный момент при выборке цепи в шторм до 2,5 номинального.

Тормоза грузовых и якорных лебёдок

Электрогидравлические дисковые и колодочные тормоза HUAWU YPZ2 / YWZ5 морского исполнения с антикоррозионным покрытием C5-M и нержавеющими крепёжными элементами. На грузовой лебёдке устанавливается рабочий тормоз для управления спуском и аварийный пружинный для удержания при отключении питания. Тормозной момент рассчитывается с запасом 1,75 от максимального момента подъёма с учётом качки.

— Тормозной момент с запасом 1,75–2,0 от номинала подъёма

— Время срабатывания при отключении питания ≤ 0,2 с

— Антикоррозионное покрытие C5-M, нержавеющий крепёж

— Температурный диапазон −40…+55 °C (арктическое или тропическое исполнение)

— Дублирование рабочего и аварийного тормоза

Стопорные тормоза якорных шпилей и брашпилей

Ленточный или колодочный стопорный тормоз на барабане якорной цепи рассчитан на удержание судна на якоре при штормовом ветре. По правилам классификационных обществ должен выдерживать тяговое усилие 45 % от разрывного усилия якорной цепи. Замыкается вручную через маховик или автоматически при пропадании гидравлического давления — подпружиненный тип.

— Удержание 45 % от разрывного усилия цепи (правила РС / CCS)

— Ручной маховик дублирует автоматический привод

— Морское исполнение фрикционных накладок (без асбеста)

— Защита от обмерзания на арктических трассах

Дисковые тормоза винторулевых колонок и подруливающих

Замыкающий пружинный тормоз на валу электродвигателя подруливающего удерживает винт от свободного вращения от набегающего потока в режиме холостого хода судна. Особенно критично для туннельных подруливающих, где вращение неработающего винта от потока создаёт паразитное сопротивление и вибрацию. Тормоз срабатывает за 0,2–0,5 с после команды на отключение двигателя.

— Замыкающий пружинный тип, гидрорастормаживание

— Время срабатывания 0,2–0,5 с

— Морское исполнение, IP66 на тормозной катушке

— Контроль положения через концевой выключатель

Тормоза палубных кранов и кран-балок

Краны контейнеровозов, балкеров и снабженческих судов комплектуются двухтормозной системой по аналогии с разливочными кранами в металлургии: основной электрогидравлический тормоз на быстроходном валу и аварийный дисковый на барабане. На шлюпбалках спасательных средств — дополнительный центробежный регулятор скорости спуска по правилам SOLAS.

— Основной + аварийный тормоз (SOLAS / IMO MSC)

— Центробежный регулятор для шлюпбалок

— Время срабатывания аварийного тормоза ≤ 0,3 с

— Морская сертификация классификационным обществом

Муфты валопровода и палубных приводов

Муфта между главным двигателем и редуктором, между редуктором и валопроводом, между валопроводом и винторулевой колонкой — это четыре критических узла судовой пропульсии. Каждая муфта выполняет три задачи одновременно: передаёт крутящий момент, компенсирует смещения после теплового расширения и качки корпуса, и гасит крутильные колебания дизеля. На вспомогательных приводах (лебёдки, насосы, генераторы) применяются упругие пальцевые и зубчатые муфты, сходные с индустриальными.

Грузовая палубная лебёдка контейнеровоза — Грузовая лебёдка с двухтормозной системой: рабочий электрогидравлический тормоз и аварийный пружинный.

Упругие муфты главного двигателя

Резинометаллические или пластинчатые муфты LONGXUAN с высокой степенью демпфирования крутильных колебаний (динамическая жёсткость 0,3–2,5 МН·м/рад) устанавливаются между маховиком дизеля и входным валом редуктора. Их задача — сместить резонанс системы «коленвал — гребной винт» из рабочей зоны оборотов в нерабочую и снизить пики крутильного момента до приемлемых для зубчатых передач значений.

— Динамическая жёсткость 0,3–2,5 МН·м/рад

— Демпфирование крутильных колебаний

— Передаваемый момент 5–500 кН·м

— Морское исполнение эластомера (стойкость к маслу и солевому туману)

— Срок службы эластичных элементов не менее 30 000 ч

Зубчатые муфты валопровода

Барабанные двухвенцовые зубчатые муфты YONGJING GIICL соединяют выходной вал главного редуктора с промежуточным и упорным валами линии валопровода. Передают момент 100–800 кН·м с компенсацией радиальных, осевых и угловых смещений валов, возникающих при тепловой деформации корпуса судна и прогибе на волне. Зубчатый венец бочкообразной формы допускает угловое смещение до 1,5°.

— Момент 100–800 кН·м

— Компенсация угла до 1,5°, радиального смещения 0,5–2 мм

— Балансировка G6.3 для окружных скоростей > 15 м/с

— Густая смазка с интервалом обслуживания 6 месяцев

— Морское исполнение корпуса и крепежа

Карданные шпиндели и валопроводы

Карданные передачи YONGJING SWP / SWC применяются в винторулевых колонках, в компоновках с разнесёнными по высоте двигателем и редуктором, и на катамаранах со смещёнными валопроводами. Допускают угол перекоса до 10° на каждом шарнире, компенсируют осевое смещение через шлицевой телескопический участок.

— Момент 50–500 кН·м

— Угол перекоса в шарнире до 10°

— Шлицевая телескопия для осевой компенсации

— Стальные кованые крестовины с подшипниками качения

— Балансировка перед установкой

Гидродинамические муфты грузовых лебёдок и компрессоров

Гидромуфты JIAOHUA YOX / COX обеспечивают мягкий пуск грузовых лебёдок под полной нагрузкой (тяжёлый старт при выборке груза или якоря в шторм) и защиту электродвигателя от перегрузки при заклинивании ротора. На судовых компрессорных установках (рефрижераторные, балластные, пневматического запуска) гидромуфта снижает токовые удары на судовую электросеть при пусках.

— Скольжение в номинале 2–4 %

— Плавкая пробка с уставкой 145–160 °C

— Морское исполнение уплотнений и наружных крепежей

— Тепловой запас при пуске 4–6 раз в час

Упругие пальцевые муфты вспомогательных приводов

Пальцевые муфты LONGXUAN LX / Yongjing LMC с эластичными втулками устанавливаются на приводах балластных, грузовых и противопожарных насосов, на валах валогенераторов и на компрессорных группах. Демпфируют ударные нагрузки на пуске, компенсируют небольшие смещения 0,2–1,0 мм и не требуют смазки.

— Момент 0,5–125 кН·м

— Компенсация радиального смещения 0,2–1,0 мм

— Не требует смазки

— Морское исполнение эластомера