Korea Ever-Power · Vodič za inženjering aplikacija
Puž i pužni kotač za brodsko vitlo i opremu za privezivanje
Brod za rasuti teret od 50.000 DWT, usidren u plimnoj luci, drži svoj vez protiv struje i vjetra pomoću 8 priveznih užadi, od kojih je svaka zategnuta vitlom na 15 do 30 tona. Par pužnih zupčanika unutar svakog vitla drži ovu zategnutost putem samoblokiranja - kontinuirano, tiho, bez snage motora - dok slana magla, ispušni plinovi dizela i tropsko sunce napadaju svaku izloženu površinu na palubi. Ako samoblokiranje zakaže na jednoj vitlu, brod se odmiče od veza, a preostalih 7 užadi apsorbira asimetrično opterećenje koje ih može sekvencijalno slomiti.
Brodska vitla - privezna, sidrena, teretna i koćarska - koriste parove pužnih zupčanika jer samoblokiranje drži napetost užeta bez zasebne kočnice (ključno za sigurnost priveza), visoki omjer pruža mehaničku prednost za zatezanje teških priveznih užadi iz kompaktnog motora montiranog na palubi, a geometrija para pužnih zupčanika uklapa se u uska ograničenja prostora na palubi brodskih prednjih i krmenih paluba. Protokol zaštite od korozije ISO 12944 C5-M je specifikacijski okvir koji mapira korozivnost morske atmosfere na materijal para pužnih zupčanika, sistem premaza i specifikaciju zaptivki. C5-M (vrlo visoka morska) zahtijeva puž od nehrđajućeg čelika 316L ili dupleks, točak od nikl-aluminijumske bronze, troslojni premaz (prajmer bogat cinkom plus epoksid plus poliuretan) i FKM zaptivke - što rezultira ciljanim vijekom trajanja od 25 godina u najagresivnijem okruženju atmosferske korozije definiranom standardom. Odobrenje klasifikacijskog društva (DNV, Lloyd's, BV, ABS) potrebno je za sve komponente vitla na komercijalnim plovilima.
Zašto brodska vitla koriste pužne zupčanike
Privezno vitlo mora obavljati dvije funkcije: uvući privezno uže tokom pristajanja (aktivno, motorno pokretano, 2 do 5 minuta po užetu) i održati napetost užeta tokom cijelog stajanja u lijevom veznom području (pasivno, motor isključen, satima do sedmicama). Pužni zupčanici unutar vitla omogućavaju oboje: smanjenje brzine pri velikom obrtnom momentu za izvlačenje i samoblokirajuće održavanje napetosti za lijevi vezni vez. Nije potreban zaseban kočioni bubanj ili zupčasti mehanizam - samoblokirajuća geometrija drži punu napetost priveza neograničeno.
Ova dvostruka funkcija čini par pužnih zupčanika standardom za brodska vitla na svim tipovima plovila - od obalnih ribarskih brodova od 500 GT do VLCC-ova od 300.000 DWT.
Samoblokirajući sistem drži 15 do 30 tona napetosti priveznog užeta po vitlu bez napajanja motora. Napetost varira u zavisnosti od plime, struje i vjetra - par pužnih zupčanika tiho apsorbuje ove dinamičke fluktuacije. Ako se plovilo uzburka na talasu, trenutni skok napetosti (do 2 puta veći od statičkog) apsorbuje se trenjem samoblokirajućeg sistema, umjesto da se prenosi na motor.
Prostor na palubi broda je među najograničenijima u bilo kojoj industriji. Raspored pužnog prijenosnika od 90 stepeni postavlja motor vertikalno ispod bubnja vitla - uklapajući se u palubni otisak dimenzija 600 × 800 mm što redni mjenjač ekvivalentne snage ne bi mogao dostići. Svaki kvadratni metar palube ima konkurentne zahtjeve za teretne otvore, ventilatore i pristup posade.
Komercijalni brodovi zahtijevaju da svi palubni strojevi imaju odobrenje tipa klasifikacijskog društva (DNV GL, Lloyd's Register, Bureau Veritas, ABS). Pužni zupčanik mora biti dizajniran, proizveden i testiran prema primjenjivim pravilima klasifikacije - uključujući certifikaciju materijala, ispitivanje opterećenjem pri 1,5 puta većem od nazivnog kapaciteta i dokumentirano upravljanje kvalitetom.
Zaštita od korozije ISO 12944 C5-M — specifikacija za morsku atmosferu i pužni zupčanik
ISO 12944 klasificira atmosfersku korozivnost u kategorije od C1 (vrlo niska - zagrijani zatvoreni prostori) do CX (ekstremna - na moru s direktnim kontaktom sa slanom vodom). Parovi pužnih zupčanika brodskih vitla rade u kategorijama od C4 do C5-M, ovisno o vrsti plovila i području rada. Protokol svaku kategoriju povezuje sa potrebnim specifikacijama materijala, premaza i zaptivača za ciljani vijek trajanja od 15 do 25 godina.
Povećanje troškova od C4 do CX je otprilike 3 do 5 puta - prvenstveno uzrokovano materijalom (316L do dupleksa/Monela), složenošću premaza (dvoslojni do termički sprej plus epoksid) i dokumentacijom potrebnom za klasifikaciju na moru (ispitivanje opterećenja, inspekcija premaza od strane treće strane, sljedivost materijala prema EN 10204 3.1). Vitlo za trajekt za unutrašnje plovne puteve u C4 košta otprilike 1.200 USD po paru pužnih zupčanika; vitlo za privez na morskoj platformi u CX košta 4.000 do 6.000 USD za ekvivalentni obrtni moment.
Okruženje slanom maglom i vibracije brodske palube
Slana magla kao kontinuirana korozivna izloženost. Prekookeanski brodovi doživljavaju kontinuirano taloženje soli u spreju na palubnoj opremi - koncentracija soli u zraku na nivou palube iznosi 50 do 300 mg/m²/dan (mjereno prema stopi taloženja hlorida prema ISO 9225 standardu). Ovaj film soli, u kombinaciji s visokom vlažnošću (80 do 100 posto relativne vlažnosti na moru), stvara sloj elektrolita na svakoj izloženoj metalnoj površini koji potiče kontinuiranu elektrohemijsku koroziju. Standardni ugljični čelik korodira brzinom od 0,4 do 0,8 mm godišnje u C5-M uvjetima - trošeći debljinu stijenke standardnog kućišta pužnog zupčanika u roku od 5 do 8 godina. Sistem premaza prema ISO 12944 stvara barijeru između slanog elektrolita i čelične podloge - ali premaz se mora održavati (popravak bilo kakvih oštećenja tokom redovnog održavanja broda) kako bi se barijera održala tokom ciljanog vijeka trajanja od 20 do 25 godina.
Vibracije palube broda. Brodski pužni zupčanici doživljavaju kontinuirane vibracije od glavnog motora broda (10 do 25 Hz pri 0,5 do 3 mm/s), pomoćnih generatora (25 do 50 Hz) i savijanja trupa izazvanog valovima (0,1 do 1 Hz pri maloj amplitudi, ali velikom istisninu). Ove vibracije ne proizvode oštre tranzijente kao rudarske drobilice (Članak A26), ali su kontinuirane - 24 sata dnevno na moru. Učinak na pužni zupčanik je korozija na dodirnim površinama zuba tokom dugih perioda kada vitlo ne radi (držač za privezivanje ili skladištenje na moru). Dodatak masti protiv naprezanja ili periodična ručna rotacija (jedan puni okret bubnja sedmično tokom okeanskih putovanja) sprječava oštećenja od naprezanja tokom dužih perioda neaktivnosti.
Korejsko brodogradilište koje gradi seriju od 8 obalnih brodova za rasuti teret (12.000 DWT) specificiralo je parove pužnih zupčanika za prednja privezna vitla - 4 vitla po plovilu, ukupno 32 para. Početna specifikacija koristila je 304 puža od nehrđajućeg čelika s aluminijskim bronzanim kotačima i dvoslojni epoksidno-poliuretanski premaz debljine 200 µm - što je prikladno za C4 (zaštićena luka), ali nije bilo dovoljno specifično za stvarno radno okruženje (korejske obalne vode, C5-M). Nakon 5 godina upotrebe, treći brod prijavio je kvar samoblokiranja priveznog vitla tokom sezone tajfuna - par pužnih zupčanika je korodirao do te mjere da se koeficijent trenja promijenio (rupasta korozija na navoju puža promijenila je geometriju kontakta), smanjujući pouzdanost samoblokiranja pri visokim opterećenjima napona. Pregledom svih 32 para u floti utvrđeno je 9 parova s mjerljivom rupastom korozijom na navoju puža - svih 9 je imalo oštećenje premaza na spoju zaptivke vratila (najslabija tačka za prodiranje soli). Korektivne mjere za cijelu flotu: zamijeniti svih 32 para pužnih zupčanika pužem od 316L, NAB točkom i nadograditi na troslojni premaz bogat cinkom, epoksidom i poliuretanom debljine sloja suhe površine od 320 µm (specifikacija C5-M). Zamijeniti sve zaptivke vratila FKM zaptivkama s dvostrukom usnicom. Trošak zamjene po paru: 1.850 USD (u odnosu na originalnih 980 USD). Ukupna nadogradnja flote: 59.200 USD. Razlika od 870 USD po paru između specifikacija C4 i C5-M - 27.840 USD za cijelu flotu - spriječila bi zamjenu od 59.200 USD plus procijenjenih 120.000 USD za vrijeme hitnog dokovanja. Pouka: obalni brodovi koji plove na otvorenim vodama su C5-M, a ne C4 - čak i ako se prvenstveno pristaju u zaštićenim lukama. Izloženost koroziji na moru određuje specifikaciju para pužnih zupčanika, a ne lokaciju pristaništa.
Tri slučaja specifikacije para pužnih zupčanika za morsko vitlo
Slučaj 1 - Korejsko brodogradilište: Vitla za privezivanje brodova za rasuti teret nosivosti 50.000 DWT, C5-M, odobrena klasa
Korejsko brodogradilište specificiralo je parove pužnih zupčanika za 8 priveznih vitla (4 naprijed, 4 na krmi) na brodu za rasuti teret od 50.000 DWT za međunarodne trgovačke rute. Vučna sila priveznog užeta: 15 tona po vitlu. Brzina bubnja: brzina linije 8 m/min. Motor: 30 kW, 1.450 o/min. Omjer para pužnih zupčanika: 35:1. Izlazni obrtni moment na osovini bubnja: 8.500 N·m. Samoblokirajući kapacitet držanja: 12.750 N·m (1,5 × nazivno prema DNV pravilima). Klasifikacija: DNV GL odobreno od strane tipa. Materijal: Puž od nehrđajućeg čelika 316L (C5-M za okeansku plovidbu), NAB točak od nikla i aluminijske bronce. Premaz: temeljni premaz bogat cinkom 80 µm + epoksidni međupremaz 120 µm + poliuretanski završni premaz 120 µm = 320 µm ukupne DFT. Zaptivka: FKM dvostruka usna, IP66, s labirintom napunjenim mašću. Ulje: ISO VG 460 mineralno EP ulje morske kvalitete s inhibitorom korozije. Cijena po paru pužnih zupčanika: 2.400 USD. Ukupno za 8 vitla: 19.200 USD. Projektovani vijek trajanja plovila od 25 godina zahtijeva jednu zamjenu pužnog zupčanika na sredini vijeka trajanja (prilikom 12. do 15. godine dokovanja u suhom doku) i dvogodišnje dotjerivanje premaza na spojevima zaptivki.
Slučaj 2 - Japanski dubokomorski koćarski brod: koćarsko vitlo, visoki radni ciklus, rizik od uranjanja u sol
Japanski proizvođač ribarskih brodova specificirao je parove pužnih zupčanika za 2 koćarska vitla na dubokomorskom koćaru od 500 GT. Koćarska vitla se razlikuju od priveznih vitla po radnom ciklusu: koćarsko vitlo vuče ribarsku mrežu (5 do 15 tona) 8 do 12 puta tokom 24-satnog ribolovnog dana - mnogo aktivnije od priveznog vitla koje se aktivira jednom po pristanku u luci. Vučna sila bubnja: 12 tona. Brzina linije: 30 m/min (brže od pristajanja - vrijeme na ribolovnom području je vrijeme proizvodnje). Motor: hidraulični od 45 kW. Omjer para pužnih zupčanika: 25:1. Izlazni obrtni moment: 6.200 N·m. Koćarsko vitlo se nalazilo na krmenoj radnoj palubi - direktno izloženo lomljenju valova, ribljim iznutricama, prskanju morske vode i kapanju lož ulja. Klasa korozije: C5-M sa preklapanjem zone prskanja (povremeno uranjanje u morsku vodu tokom jakog vremena). Materijal: puž 316L, NAB točak. Zaštita: IP67 s labirintom pod pritiskom (pozitivan pritisak masti sprječava prodiranje morske vode tokom događaja s valovima preko palube). Cijena po paru: 2.800 USD (premija za zonu prskanja u odnosu na standardni C5-M). Pregledajte Pužni reduktor morskog kvaliteta opcije za primjenu vitla, sidrenih vitla i palubnih mašina.
Slučaj 3 - Vijetnamski trajekt za unutrašnje plovne puteve: privezno vitlo, C4, optimizovano s obzirom na troškove
Vijetnamski operater trajekta specificirao je parove pužnih zupčanika za 4 privezna vitla na riječnom trajektu za 200 putnika koji saobraća na mreži unutrašnjih plovnih puteva delte Mekonga. Vučna sila priveznog užeta: 3 tone (trajekt je bio privezan u mirnoj riječnoj struji bez varijacija plime i oseke). Motor: električni od 5,5 kW. Omjer para pužnih zupčanika: 30:1. Izlazni obrtni moment: 1.800 N·m. Okruženje u unutrašnjim slatkim vodama bilo je C4 (visoko, ali ne i morsko - bez slane magle, umjerena vlažnost). Materijal: vruće pocinčani puž (adekvatan za slatku vodu C4), točak od fosforne bronze (nema rizika od dezinfekcija u slatkoj vodi). Premaz: dvoslojni epoksi-poliuretan sa 200 µm DFT. Zaptivka: EPDM dvostruka usna, IP55. Cijena po paru: 420 USD. Ukupno za 4 vitla: 1.680 USD. Specifikacija C4 uštedjela je približno 1.400 USD po paru u poređenju sa specifikacijom C5-M za okeansku plovidbu - što je opravdano jer trajekt nikada nije ušao u slanu vodu. Projektovani vijek trajanja trajekta od 15 godina nije zahtijevao zamjenu kotača u sredini vijeka trajanja u laganom i blagom slatkovodnom okruženju.
Često postavljana pitanja
P: Da li je za par pužnih zupčanika za privezno vitlo potrebno odobrenje klasifikacijskog društva?
Za komercijalna plovila koja podliježu SOLAS konvenciji i pravilima klasifikacije (svi teretni brodovi, putnički brodovi i plovila na otvorenom moru): da — par pužnih zupčanika mora biti tipski odobren ili pojedinačno certificiran od strane nadležnog klasifikacijskog društva. Odobrenje obuhvata certifikaciju materijala, provjeru dizajna (analizu napona), kvalitet proizvodnje (zavarivanje, mašinska obrada, termička obrada) i ispitivanje opterećenja (1,5 puta nazivni kapacitet). Za mala plovila ispod klasifikacijskog pregleda (ribarski brodovi ispod 24 metra, plovila za razonodu), odobrenje klase nije zakonski obavezno, ali se preporučuje iz razloga osiguranja i sigurnosti. Troškovi dokumentacije za odobrenje klase dodaju 300 do 800 USD po paru — uključeno u cijenu za brodsku opremu.
P: Kako korozija uzrokovana trenjem utiče na parove pužnih zupčanika u morskim vodama?
Do istrošenosti (fretinga) dolazi kada površine zuba puža i točka dožive mikropokrete (amplitude od 0,01 do 0,1 mm) usljed vibracija broda dok je pod statičkim opterećenjem (napon pri pristajanju). Mikropokreti remete film maziva, otkrivaju goli metal i proizvode oksidne ostatke koji djeluju kao abraziv - ubrzavajući lokalizovano habanje na tački kontakta zuba. Tokom višemjesečnog pristajanja na vezu sa vibracijama koje se prenose sa motora, istrošenost može izazvati vidljivu koroziju u zoni kontakta. Prevencija: koristite mast sa aditivom protiv istrošenosti (molibden disulfid ili grafit); rotirajte bubanj vitla jedan puni okret sedmično tokom dužih boravaka u luci; i zakažite pregled para pužnih zupčanika tokom godišnjeg pregleda klase kako biste otkrili istrošenost prije nego što ugrozi geometriju samoblokirajućeg kontakta.
P: Može li se dvostepena pužna pumpa koristiti u vitlu za privezivanje na moru?
Ne — pužni zupčanici priveznog vitla moraju biti jednostruko pokretani radi samoblokiranja. Par s 2 starta bi se vraćao unatrag pod napetošću priveznog užeta, što bi omogućilo nekontrolirano istezanje priveznog užeta — što predstavlja kritičnu sigurnosnu opasnost. Teretna vitla (koja koriste zasebnu kočnicu za držanje tereta umjesto da se oslanjaju na samoblokiranje) mogu koristiti parove s 2 starta radi veće efikasnosti tokom operacija izvlačenja. Sidrena vitla koriste jednostruko pokretana iz istog razloga kao i privezna vitla — sidro se ne smije ispustiti kada se motor zaustavi. Zahtjev za samoblokiranje je apsolutan i nepregovarajući za sve primjene brodskih vitla za držanje užeta.
P: Koji je očekivani vijek trajanja pužnog zupčanika za brodsko vitlo?
Projektovano za vijek trajanja plovila: 20 do 25 godina s jednom zamjenom kotača na sredini vijeka trajanja u 12. do 15. godini (što se poklapa s drugim posebnim pregledom pristajanja u suhi dok). Čelični puž (316L ili dupleks) traje cijeli vijek trajanja plovila ako se premaz održava. NAB ili kotač od aluminijske bronze je element koji se troši - radni sati su obično 200 do 500 godišnje (samo operacije pristajanja), tako da je mehaničko trošenje malo. Faktor koji ograničava vijek trajanja je korozija - bilo vanjska (kvar premaza koji otkriva kućište) ili unutarnja (kvar zaptivke koji propušta slanu maglu u ulje). Sa specifikacijom C5-M i godišnjim održavanjem premaza, cilj od 25 godina je ostvariv.
P: Koje se mazivo koristi u parovima pužnih zupčanika brodskih vitla?
Standardno se koristi mineralno EP ulje morskog kvaliteta ISO VG 460 ili 680 s inhibitorom korozije i aditivom protiv trenja. Sintetički PAG se koristi za primjene na ekstremnim temperaturama (arktički, tropski) gdje temperaturni raspon prelazi radnu granicu mineralnog ulja. Interval izmjene ulja: godišnje tokom pregleda klase ili kada analiza ulja pokaže sadržaj vode iznad 0,5 posto (što ukazuje na degradaciju zaptivke koja omogućava prodiranje slane magle) ili kiselinski broj iznad 2,0 mgKOH/g. Neka manja vitla ribarskih plovila koriste mast morskog kvaliteta umjesto ulja radi jednostavnosti - što je prihvatljivo za vitla s povlačenjem užeta ispod 5 tona gdje je stvaranje topline tokom izvlačenja dovoljno nisko da mast može upravljati.
Pužni zupčanici za brodska vitla rade u najagresivnijim atmosferskim uslovima korozije u bilo kojoj industrijskoj primjeni - ISO 12944 C5-M slana magla od 50 do 300 mg/m²/dan, kontinuirana vlažnost iznad 80 posto i izloženost UV zračenju na otvorenim palubama tokom 20 do 25 godina. Protokol korozije C5-M mapira ovo okruženje na puž od nehrđajućeg čelika 316L ili dupleks, NAB točak, troslojni premaz sa minimalnom DFT debljinom od 320 µm i FKM zaptivke - nivo specifikacije koji košta 2 do 5 puta više od C4 u unutrašnjim vodama, ali je obavezan za svako plovilo koje plovi u otvorenim obalnim ili okeanskim vodama. Samoblokiranje drži napetost priveza bez snage motora - sigurnosna funkcija gdje kvar tokom oluje može dovesti do zanošenja plovila i strukturnih oštećenja. Odobrenje klasifikacijskog društva osigurava da par pužnih zupčanika ispunjava provjerene standarde dizajna, materijala i ispitivanja opterećenja koje zahtijeva pomorska sigurnost.
Za brodogradilišta, proizvođače pomorske opreme i operatere plovila, naš inženjerski odjel klasificira korozijsko okruženje i preporučuje nivo zaštite prema ISO 12944. Standardni katalog pužni zupčanici morskog kvaliteta Pokrijte veličine vitla od 80 do 250 mm međuosnog razmaka s materijalom C4 do C5-M i paketima premaza. Pošaljite Specifikacija pogona brodskog vitla s tipom plovila, silom priveza, operativnim vodama i zahtjevima klasifikacijskog društva.
Specifikacija parova pužnih zupčanika za brodska vitla ili palubne strojeve?
Pošaljite tip plovila, silu priveza ili težinu sidra, operativne vode (unutrašnje, obalne, okeanske, morske), klasifikacijsko društvo i vijek trajanja plovila. Klasificirat ćemo kategoriju korozije i preporučiti specifikacije materijala, premaza i zaptivača.
Urednik: Cxm
