Гидропередача на яхте: — опыт установки и наладки.

Наши яхт-илубы продолжают полу­чать яхты полутонного класса   «Картер-30», изготовленные на верфях ПНР, Хорошая ходкость, мореходность, управляемость, комфорт обеспечили яхте популярность, несмотря на неизбежное моральное старение проекта, созданного в начале 70-х годов. И все же… «тридцатка» уже далеко не та, какой была в первые годы поставии в СССР. Ныне яхты приходят в кпуб без двига­теля, гальюна, компасов и многого другого оборудования, с недостаточным комплектом парусов. Каждому экипажу, получившему новый лопутонник, предстоит многое сде­лать своими руками, чтобы довести яхту до хорошей крейсерско — гоночной конди­ции.

И, конечно, главный вопрос — это уста­новив на яхте стационарного двигателя: эксплуатировать морскую 9 — метровую яхту с подвесным бензиновым мотором далеко не безопасно, не говоря уже об экономич­ности. Задача подбора подходящего двигателя оказывается далеко не простой. Ведь нужен малогабаритный легкий двигатель малой мощности. Минимально допустимая мощ­ность — 1 п. с. на тонну водоизмещения яхты, рекомендуемая — 2 л. с./т,  максимальная — 4 л. с./т. При меньшей энерговооруженности двигатель просто не будет выгребать против ветра или течения, при большей — запас мощности невозможно использовать из-за «горба» на кривой сопротивления.

Это значит что на «Картере — 30» можно установить двигатель мощностью от 3,5 до 14 л. с. Единственный отечественный судо­вой дизепь «2 ЧСП 8,5/11» мощностью 23 л. с. в данном случае явно не подходит из-за большого веса (сам двигатель — 270 кг, плюс столько же весят реверс -редуктор, ваполровод фундамент, топливо, системы и т.д.) и габаритов. Такая силовая установка если и не «утопит» яхту, то наверняка нарушит центровку (расчетный дифферент на корму составит 70—80 мм) и существенно ухудшит гоночные качества судна. Ствренький «СМ-557Л» — неплохой двигатель, но обла­дает всеми недостатками карбюраторного бензинового мотора и, вдобавок, низкой коррозионной стойкостью в морской воде и ненадежными опорами коленчатого вала.

Экипажу нашего «Шанса» повезло: нам удалось раздобыть итальянский дизель воздушного охлаждения мощностью 8 л. с., легкий и компактный. Однако установить двигатель лод кокпитом в сочетании с тра­диционным наклонным вапопроводом ока­залось невозможно: либо не размещается гребной виит нужного диаметра, либо уклон вала получается слишком велик, либо дви­гатель «вылезает» в кают — компанию. Дело в том, что Р. Картер разрабатывал проект яхты с учетом использования гидра­влической передачи на гребной винт. Пер­вичный двигатель (дизель) в этом случае возможно разместить в любом месте, удоб­ном с точки зрения планировки каюты или дифферентовки яхты, а гребной гидромо­тор упрятать поглубже в плавник киля.

Бла­годаря гидропередаче на «Картере — 30» уда­лось сдвинуть кокпит к транцу и, уменьшив до минимума его размеры, увеличить пло­щадь жилых помещений. Мы также выбрали вариант с гидравли­ческой передачей, который проще в изго­товлении, не требует высокой точности мон­тажа и позволяет установить двигатель на амортизаторах. Основу передачи составляют гидронасос, приводимый во вращение пер­вичным двигателем, и гидромотор, вращаю­щий гребной вал. Эти элементы применяют­ся в станках, подъемно — транспортных маши­нах, в судо- и авиастроении, причем наи­большее распространение получили гидро­машины аксиально — поршневого типа.

В них несколько плунжеров, двигающихся возврат­но -поступательно, воздействуют на наклон­ную шайбу и сообщают ей вращательное движение. Эти машины надежны, долго­вечны; они отличаются легкостью и ком­пактностью (наш гребной гидромотор при мощности 10,1 кВт весит всего 12 кг и имеет длину 305 мм при диаметре 100 мм).

В нашей гидропередаче используются два гидромотора, один из которых МГ — 16 (цифра означает диаметр плунжера в мм) работает в качестве гребного двигателя, второй — МГ — 12 — является насосом. Такое сочетание обеспечило редукцию 2,4 — при частоте вращения первичного двигателя 3000 об/мин на гребном валу получается всего 1250 об/мин. Двигатель МГ — 16, конечно, рассчитан на большую мощность, чем развивает наш дизель. Но при его выборе были приняты во внимание необходимость ре­дукции и работы передачи с несколько пониженным против номинального (160 атм.) давлением, возможность установки в будущем дизеля более высокой мощности.

В схеме с двумя гидромоторами частота вращения гребного вала регулируется изме­нением оборотов первичного двигателя, а для реверсирования и получения холостого хода используется гидравлический мани­пулятор. Гидронасос всегда вращается в од­ну и ту же сторону, следовательно, напор­ный и всасывающий трубопроводы могут рассчитываться на различные давления (соответственно 160 и 2—3 атм.). Манипу­лятор 12 золотникового типа подает масло под рабочим давлением либо в трубопро­вод 5. либо в 6, при этом происходит изменение направления вращения гидромотора. После золотника отработанное масло по­падает в расширительный бак 7, откуда засасывается гидронасосом.

В схеме предусмотрены дренажные тру­бопроводы 8 и 9 для отвода в расширитель­ный бак избытка масла (до 1,5 % от объема подаваемой жидкости), просачивающегося через зазоры между цилиндрами и плунже­рами гидравлических машин. Кроме того, в системе имеется масляный фильтр 10, рассчитанный на задержание частиц с разме­рами более 16 микрон, и предохранитель­ный кпалан 11 с отводом масла в расшири­тельный бачок. Опасаясь, что ручной запуск двигателя будет затруднен из-за гидравли­ческого сопротивления фильтра, золотника и т. д., мы предусмотрели клапан, позво­ляющий отводить масло в бачок мимо этих устройств. Однако пользоваться им не приш­лось ни разу: двигатель прекрасно запуска­ется при включенной системе.

Дейдвуд и ваполровод, без­условно, самая сложная в монтаже часть си­ловой установки. Предусмотренная проек­том ниша дпя гидромотора в кормовой части плавникового киля имеет весьма стесненные размеры. Поэтому начать нужно с тщательного промера габаритов ниши, а лучше — изготовить точный габаритный ма­кет гидромотора и разместить его в нише. Наш гидромотор МГ — 16 «вписался» в нишу буквально с миллиметровым зазором по длине, при этом заводить его туда при­шлось по сложной траектории, вращая вокруг продольной и поперечной осей.

Убедившись, что выбранный гидромотор размещается в колодце, следует вычертить плазовый чертеж обводов корпуса в районе будущего ваполровода и пробить на нем линию вала. Положение носового конца вала определяется положением шлицевого вали­ка гидромотора, а кормового — положе­нием гребного винта, зазор между кром­кой лопасти которого и днищем должен составлять 10—15 % диаметра винта, (т. е. 40—60 мм). Угол наклона оси вала и гори­зонту не должен превышать 15^о. Чтобы правильно разместить вапопровод, важно точно снять с места положение флоров, (например, их координаты по длине   oт носовой переборки кают-компании), а затем связать «внутреннюю» систему координат с «наружной», т. е. положением кор­мовой кромки киля. Лучше просверлить (изнутри!) отверстие диаметром 3—4 мм на месте будущего кронштейна и через него связать системы координат.

Дейдвудная труба должна быть доста­точно жесткой, чтобы сохранять центровку вапопровода в эластичном пластмассовом корпусе. В крайне стесненные габариты узла не вписываются ни традиционные на­бивные сальники, ни фланцевые муфты. Поэтому уплотнение вала в дейдвуде обес­печивается тремя резиновыми сальниками 25 X 42 мм, один из которых устанавли­вается непосредственно перед опорным капролоновым подшипником, а два других, разделенных промежутком 10 мм,— в носовой части дейдвудной трубы.

Обе полости между сальниками заполняются консистент­ной смазкой при помощи колпачковых пресс — масленок; таким образом, гребной вал вра­щается в масляной ванне. Диаметр шеек вала принят равным 25 мм по диаметру стандартных манжетных саль­ников и вала гидромотора, хотя для пере­дачи мощности 10 кВт вполне хватило бы 18 мм. Соединение гребного вала с гидромотором осуществляется при помощи жест­кой втулочной муфты. Осевое усилие от упора на заднем ходу воспринимается штифтами.

Дейдвуд выполнен из двух частей — собственно дейдвудной трубы, точеной из нержавеющей стали с приваренным к ней кронштейном, и раструба. Последний служит не только для крепления гидромотора, имея фланец и посадочную цилиндрическую часть, но и содержит в себе муфту, сальни­ки, смазочные приспособления и т. д. Обе части соединяются на резьбе. Раструб заво­дится изнутри в нишу гидромотора, а труба ввинчивается в него снаружи. После этого кронштейн устанавливается под заранее просверленные отверстия, в которые вво­рачиваются конические шпильки. На них изнутри на смоле надевается внутренняя накладка, которая обжимается гайками. По­лучается прочное, жесткое, хотя и неразъем­ное соединение. Зазор между кронштейном и корпусом выбирается с помощью текстолитовой прокладки.

Несколько слов о технологии монтажа дейдвуда. Самая сложная операция — глу­бокое сверление отверстия под дейдвудную трубу в тонком стеклопластиковом профи­ле киля. Следует вооружиться длинным (1000 —1200 мм) сверлом диаметром 20 — 22 мм. Можно приварить ровный стальной лруток к стандартному сверлу и как следует отцентровать его. Разметив положение входного отверстия на кормовой кромке киля, нужно выпилить ножовкой кусок пластика, с тем, чтобы образовалась плоская площадка, высота которой соответствует диаметру отверстия (36 мм). В центре этой площадки засверливается 6-миллиметровое отверстие на глубину 30—50 мм, которое служит для центровки сверла на входе.

За­тем на расстоянии 500 — 600 мм от задней кромки киля устанавливается центрирующая мишень. Она делается из куска толстой фанеры или доски твердого дерева и кре­пится с помощью досок к кильблокам перпендикулярно оси вала. Через отверстие в центре мишени пропускается длинное сверло, которым, с помощью малооборотной сверлильной машины, удается просверлить отверстие на всю глубину (330 мм). При этом следят, чтобы отклонение оси не превышало 1 — 1,5 мм на борт. Затем отверстие рассвер­ливают, постепенно увеличивая диаметр свер­ла; можно использовать и развертки. Диа­метр отверстия должен на 2—4 мм превы­шать диаметр дейдвудной трубы. На перед­нюю кромку флора в месте выхода из нее дейдвудной трубы наклеивается текстолитовый фальшфлор толщиной 10 мм.

Затем в отверстие вводят и собирают дейдвудную трубу. К раструбу снизу болтом крепится скоба, лапки которой через   деревянные прокладки приформовываются к корпусу, а затем оклеиваются стекло­тканью в 4 — 5 слоев. После закрепления крон­штейна заформовывается место выхода тру­бы из киля, зазор между трубой и корпу­сом заполняется смолой, а раструб замоноличивают в отверстии фальшфлора. Важно вести монтаж дейдвуда, а затем и валопровода при свободно висящем киле, ни на что снизу не опирающемся. В противном случае после спуска яхты на воду от деформации эластичного корпуса вал может заклинить!

Давление в напорных трубопроводах достигает 160 атм., поэтому к трубопрово­дам и их соединениям предъявляются до­вольно жесткие требования. Напорные трубопроводы можно изготовить из труб нержавеющей стали, либо применить специальные армированные шланги, монтаж которых проще. Для передачи мощности 5—10 кВт достаточно условного прохода труб и арматуры 10—12 мм. И трубы, и шлан­ги соединяются штуцерными соединениями; штуцеры ввертываются в механизмы и арма­туру на красномедных прокладках. Слив­ные и дренажные трубопровод ы выполняются из обычных дюритовых шлангов, рассчитанных на давление 5 атм.

Пятилитровый расширительный бачок изготовлен из бракованной заготовки сильфонного компенсатора. Гофры, обдуваемые потоком воздуха от двигателя, способствуют охлаждению масла, а эластичность сильфона позволяет эксплуатировать его с закры­той пробкой: масло не проливается на кач­ке и не окисляется на воздухе. Нижнее донышко сильфона имеет кони­ческую форму; в его вершине расположен штуцер для слива масла. В этот же конус вварены еще пять штуцеров для дренажных, сливных и заборного шлангов. Важно, что­бы масло поступало в бак снизу, не распы­ляясь в воздухе (во избежание окисления) и в то же время штуцеры должны на 100— 150 мм возвышаться над днищем бачка, что­бы создать зону отстоя.

Фундамент под двигатель мы изго­товили сварным из легкого сплава (по шаблонам с места) и приформовали его к обшивке. Верхние поперечные платики фун­дамента отфрезерованы в горизонтальной плоскости, к ним при помощи призонных болтов крепятся две продольные балки, опорные поверхности которых наклонены под 45 ° к ДП. На такой фундамент можно ставить любой двигатель— достаточно сдви­нуть или раздвинуть балочки. Благодаря наклону опорных поверхностей осевые линии амортизаторов проходят вблизи центра тяжести двигателя, что способствует хорошей амортизации. Поскольку двигатель не имеет механической связи с гребным валом, мы установили его на «мягких» одновитковых пружинных амортизаторах типа АКПО, что существенно снизило вибрацию при малой частоте вращения коленвала.

Топливную цистерну емкостью 40 л закрепили под кокпитом к продольной переборке. Цистерна — узкая и высокая, разделена отбойным листом и имеет две горловины для осмотра и чистки, а в нижней части отстойник. Топливо подается в ниж­нюю часть цистерны; приемная труба свя­зана дюритовым шлангом с палубной втул­кой, установленной на комингсе кокпита. Заливная воронка снабжена сеткой и ввинчи­вается во втулку. Воздушная трубка выве­дена в стойку кормового релинга, что гаран­тирует от попадания воды в цистерну.

Всякому двигателю воздушного охлажде­ния свойственны сухой и горячий отрабо­тавший газ, повышенная шумность при рабо­те. Для более эффективного глушения шу­ма выпуска мы применили два глушител я. Первый из них — отрезок гибкого метал­лизированного шланга большого диаметра (Д_у = 52 мм) длиной около 700 мм, который одновременно служит гибким элементом для соединения двигателя с выхлопной тру­бой. Впуск отработавших газов по касатель­ной к поверхности шланга и многочисленные гофры способствуют хорошему глушению шума. Объем такого простейшего глушителя рекомендуется делать в 4—5 раз больше объема цилиндра двигателя.

Далее выхлопной трубопровод выпол­нен из нержавеющей трубы 38 X 2, изолиро­ванной асбопухшнуром и обшитой асбесто­вой тканью. В нижней его части предусмо­трена пробка для спуска конденсата, а в кор­мовой, в районе транца, приварен второй глушитель — коробка из миллиметровой не­ржавеющей стали, служащая также ловуш­кой для воды, которая может попасть в выхлопной тракт при накате волны с кормы. Через короткий сильфон Д_у = 40 этот глу­шитель соединен с поплавковым клапаном, установленным в системе выпуска близ тран­ца. Основной элемент клапана — полый шар из нержавеющей стали.

Мы ожидали, что воздушное охлаждение дизеля создаст определенные проблемы при установке его на яхте. Эти опасения, к счастью, не оправдались. «Воздушник» на яхте — уже не экзотика: ныне каждая шестая яхта в мире имеет двигатель воздушно­го охлаждения. Он примерно вдвое легче равного по мощности двигателя водяного охлаждения, проще по конструкции и в эксплуатации, не требует забортных отвер­стий, арматуры, трубопроводов, а в холод­ную погоду служит неплохим отопителем внутренних помещений.

Основной недостаток — шумность — мало существенен для яхтсменов, плавающих в основном под па­русами. Главная же проблема при уста­новке на судно — подвод и отвод охлаж­дающего воздуха. Первая ее часть решается легче — достаточно в машинном кожухе сделать отверстие (одно большое, закрытое сеткой, или несколько малых) общей пло­щадью 35—40 см на каждую лошадиную силу мощности двигателя.

Отводить нагретый воздух от двигателя рекомендуется по воздуховоду, сечение которого выбирается из расчета 20— 25 см л. с. Его желательно вывести выше уров­ня палубы и закрывать водонепроницаемой крышкой. Поскольку удобного для этого места позади кокпита нет, мы остановились на «временной» схеме, которая скорее все­го сохранится навсегда: просто приоткры­ваем крышку левого рундука в кокпите! Как показал опыт, в дождь дизель может рабо­тать в течение короткого времени, доста­точного для швартовки и т. л. (на неболь­ших оборотах], и при закрытой крышке без перегрева.

Дистанционное управление золотником гидропередачи, рейкой топлив­ного насоса и центробежным регулятором объединено в одном пульте так, что реверс и регулирование числа оборотов осущест­вляются движением одной рукоятки. Пульт содержит три кулачка, сидящих на двух соосных валиках и помещенных в общую коробку, набранную из алюминиевых и ла­тунных пластин. Один кулачок с рабочим ходом от —30 до + 30 связан жесткой тя­гой с золотником и обеспечивает переклю­чение направления вращения гидромотора [«вперед» — «нейтраль — «назад»). Вто­рой кулачок управляет рейкой топливного насоса. Его рабочие участки лежат за преде­лами интервала реверса, а участок от + 30 до —30 —цилиндрический: радиус его соответствует минимально устойчивой частоте вращения коленвала двигателя, т. е. хо­лостому ходу.

Третий кулачок приводит в действие центробежный регулятор и исполь­зуется дпя запуска и остановки двигателя. Два последних кулачка через коромысла связаны с органами на двигателе тросика­ми в боуденовских оболочках. Таким обра­зом, для реверса с полного переднего хода достаточно потянуть рычаг ДУ назад. Сна­чала второй кулачок сбросит обороты двигателя, затем первый, вступив в работу, пере­ключит золотник гидропередачи, после чего постепенно увеличатся обороты заднего хо­да. Налицо безупречная защита: невозмож­но, даже в суматохе, сделать реверс на полных оборотах, что частенько случается при традиционных установках с реверс-ре­дуктором.

В заключение замечу, что в ленинград­ских яхт-клубах экипажи еще двух «Карте­ров-30» применили описанную здесь схе­му гидропередачи. В качестве первичных двигателей ими были использованы отече­ственные карбюраторные двигатели «УД- 12» и «ДМ-1».

В. Волостных. 

Источник:  «Катера и Яхты»,  №122.

 

Выбираем вспомогательный мотор для парусной яхты.

Предлагаемые ниже зависимости, основанные на статистических формулах Ф. Геллера,  мoгут быть использованы яхтенными конструкторами и яхтсменами для выбора вспомогательного двигателя и основных параметров гребного винта яхты. Этот мeтод дает достаточно точные результаты. Оптимальная скорость яхты зависит прежде вceгo от ее длины по действующей ватерлинии в метрах  L_WL и численно выражается формулой

Все попытки заставить яхту идти быстрее даже при установке мощнейших двигателей бесполезны. Подобные попытки приводят лишь к тому, что яхта просаживается глубже кормой и становится неустойчивой на курсе. Из этого общего правила составляют исключение глиссирующие парусные яхты, имеющие плоскую корму с широким транцем, что при достаточной длине корпуса, как, например, у «Финна» и «Летучего голландца», обеспечивает выход на глиссирование. Для таких судов существуют специальные методы расчета, но двигатели на них, как правило, не устанавливают. Вторая определяющая характеристика яхты — ее водоизмещение, или ее вес. Всякому ясно, что яхта в 20 Т. нуждается в более мощном моторе чем яхта в 2 Т. Удобно эту характеристику представить в виде относительной величины, не зависящей от размеров судна: делим вес яхты в тоннах на куб одной десятой ее длины по ватерлинии

гдe /\ —  эксплуатационное водоизмещение. Если вы по этой формуле получили  значение б < 5, то вы имеете явно легкое судно, а если б > 7,5, то уже тяжелое. Максимально допустимая величина б не превышает 18. Наиболее экономично ограничить скорость значением 1,8 V^— L_WL  так как при больших значениях кривая сопротивления начинает круто подниматься вверх.