Корея Ever-Power · Ръководство за приложно инженерство
Червяк и червячно колело за морска лебедка и оборудване за швартоване
Кораб за насипни товари с вместимост 50 000 DWT, акостирал в приливно пристанище, държи котвеното си място срещу течението и вятъра чрез 8 швартови въжета, всяко от които е опънато с товар от 15 до 30 тона от швартова лебедка. Червячната зъбна предавка във всяка лебедка държи това опъване чрез самозаключване - непрекъснато, безшумно, без мощност на двигателя - докато солена мъгла, дизелови отработени газове и тропическо слънце атакуват всяка открита повърхност на палубата. Ако самозаключването се повреди на една лебедка, корабът се отклонява от котвеното място, а останалите 7 въжета поемат асиметрично натоварване, което може да ги счупи последователно.
Морските лебедки – швартови, котвени, товарни и тралови – използват червячни зъбни двойки, защото самозаключването задържа опъването на въжетата без отделна спирачка (от решаващо значение за безопасността на швартирането), високото предавателно число осигурява механичното предимство за опъване на тежки швартови въжета от компактен, монтиран на палубата двигател, а геометрията на червячната зъбна двойка се вписва в ограничените палубни пространства на корабните бакове и палуби. Протоколът за защита от корозия ISO 12944 C5-M е рамката за спецификации, която съпоставя корозивността на морската атмосфера с материала на червячната зъбна двойка, системата за покритие и спецификацията на уплътненията. C5-M (много висока морска) изисква червяк от неръждаема стомана 316L или дуплекс, колело от никел-алуминиев бронз, трислойно покритие (грунд, богат на цинк, плюс епоксидна смола плюс полиуретан) и FKM уплътнения – което осигурява 25-годишен целеви живот в най-агресивната атмосферна корозионна среда, определена от стандарта. За всички компоненти на лебедките на търговските кораби се изисква одобрение от класификационното общество (DNV, Lloyd's, BV, ABS).
Защо морските лебедки използват червячни зъбни колела
Швартовната лебедка трябва да изпълнява две функции: да издърпва швартовното въже по време на акостиране (активно, задвижвано от двигател, от 2 до 5 минути на въже) и да поддържа опъването на въжето по време на целия престой в левия престой (пасивно, с изключен двигател, от часове до седмици). Червячната зъбна предавка вътре в лебедката осигурява и двете: намаляване на скоростта с висок въртящ момент за теглене и самозаключващо се задържане на опъването за левия престой. Не е необходим отделен спирачен барабан или храпов механизъм — самозаключващата се геометрия задържа пълното опъване на швартовното въже за неопределено време.
Тази двойна функция прави червячната зъбна предавка стандарт за морски лебедки във всички видове плавателни съдове - от крайбрежни риболовни лодки с 500 GT до VLCC с 300 000 DWT.
Самозаключващите се механизми издържат от 15 до 30 тона опъване на швартовното въже на лебедка без захранване от мотор. Опъването варира в зависимост от прилива, течението и вятъра — червячната зъбна предавка абсорбира тези динамични колебания безшумно. Ако плавателният съд се разклати на вълна, моментният пик на опъване (до 2 пъти статичното) се абсорбира от триенето на самозаключващите се механизми, вместо да се предава на мотора.
Палубното пространство на кораба е сред най-ограничените във всяка индустрия. 90-градусовата червячна предавка поставя двигателя вертикално под барабана на лебедката — в рамките на палубен отпечатък от 600 × 800 мм, който вградена скоростна кутия с еквивалентен капацитет не би могла да постигне. Всеки квадратен метър палуба има конкуриращи се изисквания за товарни люкове, вентилатори и достъп на екипажа.
Търговските кораби изискват всички палубни машини да имат типово одобрение от класификационното общество (DNV GL, Lloyd's Register, Bureau Veritas, ABS). Червячната зъбна предавка трябва да бъде проектирана, произведена и тествана съгласно приложимите правила за класификация, включително сертифициране на материалите, изпитване на натоварване при 1,5 пъти номиналния капацитет и документирано управление на качеството.
ISO 12944 C5-M защита от корозия — спецификация за морска атмосфера спрямо червячна зъбна двойка
ISO 12944 класифицира атмосферната корозивност в категории от C1 (много ниска — отопляеми вътрешни пространства) до CX (екстремна — в открито море с директен контакт със солена вода). Морските червячни зъбни колела на лебедките работят от C4 до C5-M в зависимост от типа на плавателния съд и зоната на експлоатация. Протоколът съпоставя всяка категория с необходимата спецификация за материал, покритие и уплътнение за целеви експлоатационен живот от 15 до 25 години.
Увеличението на разходите от C4 до CX е приблизително 3 до 5 пъти – главно поради материала (316L към дуплекс/Монел), сложността на покритието (двуслойно към термично пръскане плюс епоксидно) и документацията, необходима за офшорна класификация (изпитване на натоварване, проверка на покритието от трета страна, проследимост на материала съгласно EN 10204 3.1). Лебедка за ферибот за вътрешен воден път в C4 струва приблизително 1200 щатски долара на червячна зъбна предавка; лебедка за швартуване на офшорна платформа в CX струва от 4000 до 6000 щатски долара за еквивалентен въртящ момент.
Среда със солена мъгла и вибрации на палубата на кораба
Солен спрей като непрекъснато корозивно излагане. Океанските кораби са изложени на непрекъснато отлагане на солен спрей върху палубното оборудване — концентрацията на сол във въздуха на нивото на палубата е от 50 до 300 mg/m²/ден (измерена по скоростта на отлагане на хлорид по ISO 9225). Този солен филм, комбиниран с висока влажност (80 до 100 процента относителна влажност в морето), създава електролитен слой върху всяка открита метална повърхност, което води до непрекъсната електрохимична корозия. Стандартната въглеродна стомана корозира с 0,4 до 0,8 мм годишно при условия C5-M — изразходвайки дебелината на стената на стандартен корпус на червячна предавка в рамките на 5 до 8 години. Системата за покритие по ISO 12944 създава бариера между соления електролит и стоманената основа — но покритието трябва да се поддържа (корекция на всякакви повреди по време на редовна поддръжка на кораба), за да се запази бариерата през целевия експлоатационен живот от 20 до 25 години.
Вибрации на палубата на кораба. Морските червячни зъбни колела изпитват непрекъснати вибрации от главния двигател на кораба (10 до 25 Hz при 0,5 до 3 mm/s), спомагателните генератори (25 до 50 Hz) и предизвикано от вълни огъване на корпуса (0,1 до 1 Hz с ниска амплитуда, но голямо изместване). Тази вибрация не води до резки преходни процеси, характерни за минните трошачки (член A26), но е непрекъсната - 24 часа на ден в морето. Ефектът върху червячната зъбна колела е корозия от тренене на контактните повърхности на зъбите по време на дългите периоди, когато лебедката не работи (при швартоване или съхранение в морето). Добавка против тренене с грес или периодично ръчно завъртане (едно пълно завъртане на барабана седмично по време на океански плавания) предотвратява повреди от тренене по време на продължителни периоди на неработеща дейност.
Корейска корабостроителница, строяща серия от 8 крайбрежни кораба за насипни товари (12 000 DWT), е определила двойки червячни зъбни колела за предните швартови лебедки — 4 лебедки на кораб, общо 32 чифта. Първоначалната спецификация е използвала 304 червя от неръждаема стомана с колела от алуминиево-бронзови колела и двуслойно епоксидно-полиуретаново покритие с дебелина на повърхността 200 µm — подходящо за C4 (защитено пристанище), но недостатъчно специфицирано за реалната работна среда (корейски крайбрежни води, C5-M). След 5 години експлоатация третият кораб е съобщил за повреда в самозаключването на швартовата лебедка по време на сезона на тайфуните — двойката червячни зъбни колела е корозирала до точката, в която коефициентът на триене се е променил (точковата корозия на резбата на червяка е променила геометрията на контакта), намалявайки надеждността на самозаключването при високи натоварвания на опън. Проверката на всичките 32 чифта във флота е установила 9 чифта с измерима точкова корозия на резбата на червяка — и 9-те са имали разрушаване на покритието на интерфейса на уплътнението на вала (най-слабата точка за проникване на сол). Коригиращи действия за целия флот: подмяна на всички 32 двойки червячни зъбни колела с червяк 316L, NAB колело и надграждане до трислойно покритие, богато на цинк, епоксидно и полиуретаново, с дебелина на повърхността 320 µm (спецификация C5-M). Подмяна на всички уплътнения на вала с FKM с двойна устна. Цена на подмяна на двойка: 1850 щатски долара (спрямо оригиналните 980 щатски долара). Обща модернизация на флота: 59 200 щатски долара. Разликата от 870 щатски долара на двойка между спецификациите C4 и C5-M — 27 840 щатски долара за целия флот — би предотвратила подмяната за 59 200 щатски долара плюс приблизително 120 000 щатски долара за аварийно докуване. Поука: крайбрежните кораби, опериращи в открити води, са C5-M, а не C4 — дори ако акостират предимно в защитени пристанища. Излагането на корозия в морето определя спецификацията на двойката червячни зъбни колела, а не мястото на акостиране.
Три случая на спецификация на червячна зъбна предавка за морски лебедки
Случай 1 — Корейска корабостроителница: лебедки за швартуване на кораби за насипни товари с вместимост 50 000 DWT, C5-M, одобрени за клас
Корейска корабостроителница е определила червячни зъбни колела за 8 швартови лебедки (4 напред, 4 назад) на кораб за насипни товари с вместимост 50 000 DWT за международни търговски пътища. Теглителна сила на швартовното въже: 15 тона на лебедка. Скорост на барабана: 8 м/мин скорост на линията. Двигател: 30 kW, 1450 об/мин. Предаващо число на червячната зъбна колела: 35:1. Изходен въртящ момент на вала на барабана: 8500 N·m. Самозаключваща се задържаща способност: 12 750 N·m (1,5 × номинално съгласно правилата на DNV). Класификация: Одобрен тип DNV GL. Материал: Червяк от неръждаема стомана 316L (океански C5-M), колело от никел-алуминиев бронз NAB. Покритие: грунд, богат на цинк 80 µm + епоксиден междинен слой 120 µm + полиуретаново горно покритие 120 µm = 320 µm обща DFT. Уплътнение: FKM двойна устна, IP66, с лабиринт, напълнен с грес. Масло: ISO VG 460 минерално EP масло, морско качество, с инхибитор на корозия. Цена на двойка червячни зъбни колела: 2400 щатски долара. Общо за 8 лебедки: 19 200 щатски долара. 25-годишният проектен живот на плавателния съд изисква една подмяна на червячното колело в средата на жизнения му цикъл (при 12-та до 15-та година на сух док) и двугодишно освежаване на покритието на уплътнителните интерфейси.
Случай 2 — Японски дълбоководен траулер: лебедка на трала, висок работен цикъл, риск от потапяне в сол
Японски производител на риболовни кораби е определил червячни зъбни колела за 2 трални лебедки на дълбоководен траулер с вместимост 500 GT. Тралните лебедки се различават от швартовите лебедки по работен цикъл: тралната лебедка издърпва риболовната мрежа (от 5 до 15 тона) 8 до 12 пъти на 24-часов риболовен ден - много по-активно от швартова лебедка, която се задейства веднъж на пристанищно посещение. Теглителна сила на барабана: 12 тона. Скорост на линията: 30 м/мин (по-бърза от швартоване - времето на риболовното място е време за производство). Двигател: хидравличен 45 kW. Предаващо число на червячната зъбна колела: 25:1. Изходен въртящ момент: 6200 N·m. Тралната лебедка е била разположена на кърмовата работна палуба - директно изложена на разбиващи се вълни, рибни карантии, пръски морска вода и капки мазут. Клас на корозия: C5-M с покритие против пръски (периодично потапяне в морска вода при тежко време). Материал: червяк 316L, NAB колело. Уплътнение: IP67 с херметически лабиринт (положителното налягане на греста предотвратява проникването на морска вода по време на събития с вълни над палубата). Цена за чифт: 2800 USD (премия за зона на пръски в сравнение със стандартния C5-M). Разгледайте червячен редуктор с морски клас опции за приложения с лебедки, лебедки и палубни машини.
Случай 3 — Виетнамски ферибот за вътрешен воден път: лебедка за швартуване, C4, оптимизирана от гледна точка на разходите
Виетнамски фериботен оператор е посочил червячни зъбни колела за 4 швартови лебедки на речен ферибот за 200 пътници, опериращ по вътрешната водна мрежа на делтата на Меконг. Теглителна сила на швартовното въже: 3 тона (фериботът е акостирал в спокойно речно течение без приливни и отливни колебания). Двигател: електрически 5,5 kW. Предавателно число на червячната зъбна колела: 30:1. Изходен въртящ момент: 1800 N·m. Вътрешната сладководна среда е била C4 (висока, но не морска - без солен спрей, умерена влажност). Материал: горещо поцинкован червей (подходящ за сладководна вода C4), колело от фосфорен бронз (без риск от обезцинковане в сладка вода). Покритие: двуслойно епоксидно-полиуретаново покритие с 200 µm DFT. Уплътнение: EPDM с двойна устна, IP55. Цена на чифт: 420 USD. Общо за 4 лебедки: 1680 USD. Спецификацията C4 е спестила приблизително 1400 USD на чифт в сравнение с океанската спецификация C5-M - което е оправдано, тъй като фериботът никога не е навлизал в солена вода. 15-годишният проектен живот на ферибота не изискваше подмяна на колелата в средата на жизнения му цикъл при леко натоварване и доброкачествена сладководна среда.
Често задавани въпроси
В: Необходимо ли е одобрение от класификационното общество за червячна зъбна предавка на морска швартова лебедка?
За търговски плавателни съдове, предмет на SOLAS и правилата за класификация (всички товарни кораби, пътнически кораби и офшорни плавателни съдове): да — двойката червячни зъбни колела трябва да бъде типово одобрена или индивидуално сертифицирана от съответното класификационно дружество. Одобрението обхваща сертифициране на материалите, проверка на дизайна (анализ на напрежението), качество на производството (заваряване, машинна обработка, термична обработка) и изпитване на натоварване (1,5 пъти номиналната товароносимост). За малки плавателни съдове под класификацията (рибарски лодки под 24 метра, плавателни съдове за развлечение), одобрението на класа не е законово изискване, но се препоръчва от съображения за застраховка и безопасност. Цената на документацията за одобрение на класа добавя от 300 до 800 щатски долара на чифт — включено в ценообразуването за морски клас.
В: Как корозията от трене влияе на двойките морски червячни зъбни колела?
Фретирането възниква, когато повърхностите на зъбите на червяка и колелото претърпят микродвижение (с амплитуда от 0,01 до 0,1 мм) от вибрациите на кораба, докато е под статично натоварване (напрежение при швартиране). Микродвижението нарушава смазочния филм, оголва метала и произвежда оксидни отломки, които действат като абразив - ускорявайки локализираното износване в точката на контакт на зъбите. В продължение на месеци на швартоване на кей с вибрации, предавани от двигателя, фретирането може да доведе до видимо изтръпване в контактната зона. Превенция: използвайте грес с добавка против фретиране (молибденов дисулфид или графит); завъртайте барабана на лебедката с един пълен оборот седмично по време на продължителни престои в пристанището; и планирайте проверка на червячната зъбна предавка по време на годишния преглед на класа, за да откриете фретиране, преди то да компрометира самозаключващата се контактна геометрия.
В: Може ли двустъпков червей да се използва в морска лебедка за швартуване?
Не — червячните зъбни колела на швартовите лебедки трябва да са с единичен старт, за да се самозаключват. Двузахватна двойка би се движила назад под напрежението при швартиране, което би позволило на швартовното въже да се разгръща неконтролируемо — критичен риск за безопасността. Товарните лебедки (които използват отделна спирачка за задържане на товара, вместо да разчитат на самозаключване) могат да използват двузахватни двойки за по-висока ефективност по време на теглене. Котвените лебедки използват еднозахватни зъбни колела по същата причина като швартовите лебедки — котвата не трябва да се разгръща, когато двигателят спре. Изискването за самозаключване е абсолютно и не подлежи на обсъждане за всички приложения на морски лебедки, задържащи въжета.
В: Какъв е очакваният експлоатационен живот на червячна зъбна предавка за морска лебедка?
Проектиран за живота на плавателния съд: от 20 до 25 години с една подмяна на колело в средата на жизнения му цикъл на 12-та до 15-та година (съвпадащо с второто специално разглеждане на сух док). Стоманената червячна конструкция (316L или дуплекс) издържа целия живот на плавателния съд, ако покритието се поддържа. Колелото от NAB или алуминиев бронз е износващият се елемент — работните часове обикновено са от 200 до 500 годишно (само за швартоване), така че механичното износване е леко. Ограничаващият живота фактор е корозията — външна (повреда на покритието, излагаща корпуса), или вътрешна (повреда на уплътнението, допускаща солена мъгла в маслото). Със спецификацията C5-M и годишна поддръжка на покритието, целта от 25 години е постижима.
В: Каква смазка се използва в червячните зъбни колела на морските лебедки?
Стандартно се използва минерално EP масло с морско качество ISO VG 460 или 680 с инхибитор на корозия и добавка против износване. Синтетичният PAG се използва за приложения с екстремни температури (Арктика, тропически), където температурният диапазон надвишава работния диапазон на минералното масло. Интервал за смяна на маслото: ежегодно по време на проверка на класа или когато анализът на маслото покаже съдържание на вода над 0,5 процента (което показва деградация на уплътнението, позволяваща проникване на солена мъгла) или киселинно число над 2,0 mgKOH/g. Някои по-малки лебедки за риболовни кораби използват грес с морско качество, а не масло, за по-лесно използване — приемливо за лебедки с теглене под 5 тона, където генерирането на топлина по време на теглене е достатъчно ниско, за да може гресът да се справи с него.
Морските червячни зъбни колела за лебедки работят при най-агресивните атмосферни условия на корозия във всяко промишлено приложение — солен спрей ISO 12944 C5-M при 50 до 300 mg/m²/ден, постоянна влажност над 80 процента и UV излагане на открити палуби в продължение на 20 до 25 години. Протоколът за корозия C5-M картографира тази среда към червяк от неръждаема стомана 316L или дуплекс, колело NAB, трислойно покритие с минимална дебелина на повърхността от 320 µm и FKM уплътнения — ниво на спецификация, което струва от 2 до 5 пъти повече от вътрешността на страната C4, но е задължително за всеки плавателен съд, опериращ в открити крайбрежни или океански води. Самозаключването задържа напрежението при швартоване без захранване на двигателя — функция за безопасност, при която повреда по време на буря може да доведе до отклонение на плавателния съд и структурни повреди. Одобрението от класификационното общество гарантира, че червячната зъбна колела отговаря на проверените стандарти за дизайн, материали и изпитване на натоварване, които морската безопасност изисква.
За корабостроителници, производители на морско оборудване и оператори на плавателни съдове, нашият инженерен екип класифицира корозионната среда и препоръчва нивото на защита по ISO 12944. Стандартен каталог комплекти червячни зъбни колела за морски цели покриват размери на лебедки с междуосово разстояние от 80 до 250 мм с материали C4 до C5-M и пакети покрития. Изпратете Спецификация на задвижването на морска лебедка с тип плавателен съд, теглителна сила на швартовното въже, оперативни води и изисквания на класификационното дружество.
Специфициране на червячни зъбни колела за морски лебедки или палубни машини?
Изпратете типа на плавателния съд, теглителната сила на швартовното въже или теглото на котвата, оперативните води (вътрешни, крайбрежни, океански, офшорни), класификационното дружество и проектния живот на плавателния съд. Ще класифицираме категорията на корозия и ще препоръчаме спецификациите за материал, покритие и уплътнение.
Редактор: Cxm
