Водномоторные поиски и находки

ДВИЖИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ «ВИХРЯ-ЕВРО»

Создание двигателя европейского типа требует установки узлов, применяемых во всем мире в течение пятидесяти лет! Эффективность таких конструкций не требует доказательств их преимуществ. Речь пойдет об одном из самых нагруженных узлов ПМ- редукторе.

Условия, в которых работает редуктор, очень тяжелые, что требует от этого узла высокого качества изготовления и надежной конструкции. Высокие обороты, большие нагрузки, работа на износ, давление воды, засасывание в каналы песка, резкие многократно увеличивающиеся нагрузки от наездов на подводные препятствия и - чего греха таить, - неграмотная эксплуатация владельцами приводят к сокращению срока службы этого ответственного узла ПМ. Многолетний опыт эксплуатации редукторов «Вихрей» показал их слабые места. Неугомонная творческая мысль водномоторников всего Союза, не дождавшись милости от главного конструктора «Вихрей», активно включилась в процесс устранения недоконструированных недоделок мотора - от ручного стартера до шпоры редуктора. Сколько предложений, конструкций, различных вариантов устранения недостатков публиковались в «Катерах и яхтах»! Каким «обменным пунктом» идей был журнал!

Постепенно выкристаллизовалась конструкция, лишенная основных недостатков редуктора. Но в основе он оставался морально устаревшим. Если во всем мире применялся выхлоп через ступицу гребного винта и обтекаемые корпуса редукторов, то «Вихри» имели обычные ГВ с выхлопом отработанных газов через отдельный патрубок, высокое сопротивление набегающему потоку воды из-за приливов на корпусе под радиально-упорный подшипник вала-шестерни. «Вихрь» имеет самое высокое сопротивление редуктора среди всех ПМ отечественного производства.

При сравнительных заездах «Вихря-30» и «Вихре-Нептуна» (двигатель «Вихря-30», а дейдвуд с редуктором от «Нептуна-23») с использованием гребных винтов «Нептуна-23» (более высокого качества) «Вихрь-30» всегда отставал. Мы использовали два однотипных «Прогресса-2» с одинаковой весовой загрузкой. Для чистоты эксперимента мы меняли двигатели местами, используя корпус № 1 сначала с «Вихрем-30», а корпус № 2 с «Вихре-Нептуном», а затем меняли ПМ местами - на корпус № 1 навешивали «Вихре-Нептун» а на корпус № 2 «Вихрь-30». Но эффект был всегда один - «Вихрь-30» всегда отставал. Высокое сопротивление его редуктора требует увеличенных затрат мощности двигателя на его преодоление. Это приводит к дополнительному расходу топлива. На сегодня это непозволительная роскошь.

К примеру: установка лепестковых клапанов на «Вихрь-евро» предотвращает выброс топливной смеси через диффузор карбюраторов. Удаление золотников устраняет потери мощности на преодоление сил трения золотников о поверхность картера, за счет чего резко понижаются холостые обороты. Это, в свою очередь, позволяет производить более мягкое включение реверса, что способствует увеличению срока службы выступов зацепления муфты переключение передач и шестерен. Эти меры позволили сократить расход топлива «Вихря-евро» на 1340 грамм по сравнению с «Вихрем-30». Расход «Вихря-30» - 11 кг/час. 11000-1340 = 9660 кг/час - удельный расход «Вихря-евро». Если с редуктора удалить приливы, придать ему современную обтекаемую форму, отрегулировать регулируемые жиклеры карбюраторов на эффективное потребление топлива, то можно уменьшить расход топлива на 100-150 грамм в час. Итог: удельный расход топлива у «Вихря-евро» может составить: 9660-150 = 9510 кг/час!

Такова цена установки эффективных узлов и деталей на неэкономичный двигатель!

Для дальнейшего повышения эффективности «Вихря-евро» я решил отказаться от редуктора старой конструкции и установить редуктор современного типа - от ранее разработанного «Вихря-30МВ», так и оставшегося в экспериментальном варианте.

И вдруг оказалось, что новый редуктор - это хорошо забытый старый со всеми теми недостатками, которые досаждали нам десятилетиями, только оснащенный ГВ с выхлопом через ступицу. Досада не имела границ!

Ушел на свой экспериментальный сборочный участок на кухне, где у супруги арендую в зимние периоды кухонный стол. Бурчит, сердится, не принцип «лучше железяки, чем водка» она усвоила твердо. Терпит.

Принял кружку успокаивающего - компот из сухофруктов. Подумал: «наши цели и задачи ясны, за работу товарищи!». Ну, что же, надо начинать все как обычно, с чертежей. И начался разбор конструкции(рис. 1).

1.Опорный узел вала-шестерни под водяной помпой.

Недоработки: (рис. 1, поз. 1).

а) Один опорный шарикоподшипник № 202, который воспринимает радиальную нагрузку, возникающую при изгибе лопастей крыльчатки под действием эксцентриситета корпуса насоса. Плохая смазка из-за неудачной системы замены смазки. Неравномерная выработка.

б) Оседание песка, попадающего в систему водяного охлаждения в месте контакта вала-шестерни с верхней манжетой. В результате абразивного действия песка на вале-шестерне образуются выработки, препятствующие герметичному контакту с манжетой. Установка новой манжеты ничего не дает- нет гладкой поверхности вала-шестерни под манжетой, абразивная выработка быстро спиливает уплотняющий буртик манжеты. Приходится заменять работоспособную вал-шестерню на новую. Из-за более толстой крыльчатки (не выдержан размер по высоте) возможен прогиб нижней пластины водяного насоса, что приводит к отказу водяного насоса -отсутствию давления для подачи воды.




Модернизация узла (рис. 3, поз. 1; поз. 2; поз. 3).

а) Я подготавливаю два шарикоподшипника закрытого типа № 80202. Вскрываю осторожно герметизирующие пластины, вымываю заводскую смазку и набиваю подшипниковой смазкой на основе дисульфида молибдена. Ставлю герметизирующие пластины на место, оба подшипника запрессовываю в посадочное место редуктора (места там хватает), затем запрессовываю вал-шестерню.

Хвостовик вала-шестерни, выглядывающий из подшипника, смазываю той же подшипниковой смазкой, ею набиваю обе новые манжеты и, поочередно одевая их на хвостовик, прессую в посадочное место.

Колумбиком замеряю высоту водяной полости под нижней пластиной водяного насоса от верхней манжеты до плоскости, на которую укладывается нижняя пластина (размер А на рис. 1). На наждаке притираю третью манжету (можно б/у) с небольшим напуском по размеру на 0,2-0,3 мм так, чтобы при установке третья верхняя манжета плотно прижималась нижней пластиной водяного насоса, предотвращая вращение манжеты на вале-шестерне. На манжете под водяным каналом пластины снимается фаска для лучшего поступления воды к крыльчатке. Возможен вариант применения тонких манжет. Тогда необходимо подобрать уплотняющую по толщине шайбу.




Детали редуктора:

Внизу - изъятые из нового двигателя после одного сезона эксплуатации. Видны абразивные выработки на валу-шестерне и гребном валу - результат действия песка. Установка новой манжеты эффекта не даст - уплотняющая шейка будет спилена и повреждена песком и коррозией металлических валов. Последние подлежат замене для сохранения уплотняющих свойств во избежание попадания воды внутрь корпуса редуктора - несмотря на рабочее состояние шлицов ГВ и зубьев вала-шестерни.

Вверху - валы покрыты хромом. При модернизации редуктора (рис.1, поз.1, поз.5, поз.6, поз.8) десять лет эксплуатации гарантировано!


Результат модернизации:

Отпадает необходимость набивать смазку в полость шарикоподшипника 202, поскольку набивки подшипниковой смазки на основе дисульфида молибдена вполне хватает на весь ресурс работы шарикоподшипников. Обладая противозадирными свойствами и способностью уменьшать силы трения, эта смазка увеличивает общий моторесурс шарикоподшипников. Смазка с дисульфидом молибдена повышает также и моторесурс манжет. Более, чем за тридцать лет эксплуатации у меня собралась масса валов-шестерен и валов гребного винта, пропиленных песочным абразивом и непригодных к эксплуатации. Я их прошлифовал, затем покрыл хромом и снова прошлифовал в размер. Теперь восстановленные валы я монтирую на двигатели. Эффект поразительный: в паре с дисульфидом хром работает очень долго (рис.2 вверху: покрытые хромом вал-шестенрня и вал гребного винта).




1. Песок, отсеченный третьей манжетой от контакта с вал- шестерней.
2. Фаска на третьей манжете для улучшения доступа воды к насосу.
З. Два закрытых шарикоподшипника 80202.
4. Втулка тяги реверса с тремя уплотняющими колечками и внутренней смазкой в полости.
5. Шарикоподшипник 7000103 заменяющий втулку.
6. Игольчатый подшипник 4024103 заменяющий втулку.
7. Компенсатор реактивного момента - водозаборник.
8. Трубка аварийной подачи воды. 9.Удлиненный стакан.
10. Новая конструкция узла.


Подогнанная по высоте третья манжета, набитая подшипниковой смазкой с дисульфидом молибдена, одевается на вал-шестерню. Сверху крепится водяной насос, плотно прижимая третью манжету ко второй.

Теперь эксцентрическая нагрузка от крыльчатки распределяется на два шарикоподшипника. Каждый из подшипников несет лишь 50% нагрузки с высококачественной смазкой. Третья верхняя манжета выполняет основную функцию защиты вала-шестерни от абразивного износа, отсекая песок от доступа к поверхности трения с манжетой. Она также препятствует прогибанию пластины водяного насоса, предотвращая дефект в виде отказа подачи воды к двигателю (рис. 3, поз 2; рис.2).


2. Втулка тяги реверса (рис. 1, поз. 2).

Недостатки:

а) слабые уплотняющие способности колечка, работающего в зоне высокой температуры;
б) работа в сухом режиме без смазки;
в) попадание нагара с тяги реверса к уплотняющему колечку, работающему как абразив;
г) износ тяги по диаметру от трения с втулкой, а также самой втулки, что ухудшает уплотняющие свойства узла.

Модернизация узла (рис.4; рис.5).

Разработана новая конструкция втулки разборного типа со штатным заводским элементом. В основном теле новой втулки, состоящей из двух частей и собирающейся на резьбе, сделаны две дополнительные проточки под установку двух дополнительных уплотняющих колечек. Особенность конструкции - наличие третьей полости между двумя проточками под уплотняющие колечки. В нее перед сборкой набивается смазка с дисульфидом молибдена. Установка новой уплотняющей втулки производится так же, как штатной.



1. Резиновые уплотняющие кольца.
2. Полость для набивки смазкой на основе дисульфида молибдена.
3. Размер 17,5 мм участка втулки заводской конструкции.
4. Резьба для разборки частей втулки и монтажа-демонтажа уплотняющих колец 2.205-003.

При сборке резьбы смазываются контрящим герметиком. Сверху резьбовые части стягиваются обычным хомутиком шириной не менее 10 мм для предотвращения раскручивания втулки.



Фаска, снятая для доступа воды, находится за валом-шестерней.
Втулка тяги реверса разборной конструкции со смазывающей полостью показана в процессе смены уплотняющих резиновых колечек.

Аннотация к рис.5

А) Третья верхняя манжета устанавливается на вал-шестерню под пластиной водяного насоса (поз.1 на рис.1). Песок, засасываемый вместе с водой, скапливается вокруг манжеты, которая препятствует его доступу к точке контакта вал-шестерни со второй манжетой расположенной ниже. При таком варианте сборки узла вал-шестерня предохранена от абразивного повреждения, что способствует увеличению ее работоспособности многократно. На практике после десяти сезонов эксплуатации никаких повреждений на поверхности трения вал-шестерни в месте контакта с манжетой не обнаружено.Отказов в работе водяного насоса из-за прогибов пластины водяного насоса не было.

Б) Втулка тяги реверса показана в разобранном состоянии перед сборкой, с новыми уплотняющими кольцами в нижней части. После установки тяги на место хвостовик ее по-крываентся смазкой на основе дисульфида молибдена, и на тягу надевается уплотняющее кольцо, полость втулки набивается этой же смазкой и вместе с уплотняющим кольцом она завинчивается в корпус тяги, запрессованной в редуктор. Резьба втулки смазывается бензостойким клеем-герметиком для фиксации от отвинчивания при действии вибрации. В верхнюю часть втулки с полостью, набитой смазкой по вышеописанной технологии, монтируется третье уплотняющее кольцо, крышка тяги реверса завинчивается и контрится клеем-герметиком. Для надежности на стыки частей втулки надевается обычный хомут соответствующего размера и плотно затягивается (смотри чертеж втулки тяги реверса и чертеж редуктора - рис. 4 и рис.3, поз.4,).


Результат модернизации:

Вместо сухого трения тяга работает в масляной ванне. При нагреве от выхлопных газов смазка в полости расширяется и обволакивает тягу. При включении переднего хода тяга движется вниз, доставляя смазку к нижнему уплотнению и смазывает его. При включении нейтрали или заднего хода тяга движется вверх через полость набитую смазкой с дисульфидом молибдена, доставляя ее к верхнему уплотняющему колечку.

Во время испытаний на замораживание в лед на срок до четырех месяцев такая конструкция не пропускала воду через свою полость (рис.4).


3. Передний водозабор для охлаждения двигателя (рис. 1 поз. 3).

Недостатки:

При современном состоянии дел с культурой поведения отдыхающих у воды невозможно быть уверенным в том, что охлаждение двигателя будет работать нормально. Особенно, если он не оборудован приборами указания температуры и системой сигнализации о перегреве.

Главная причина - наличие массы плавающего в воде мусора. Кульки, размокшая оберточная бумага, целлофановые пакеты и прочие отходы цивилизации плюс большие акватории со стоячей водой, заросшие водорослями, от которых ветром и волнами отрывает целые метры растительных мочалок. Весь этот «ассортимент» имеет свойство встречаться на пути движения лодки и плотно прилегать к редуктору под действием набегающего потока воды именно в том месте, где расположены водозаборные отверстия, тем самым перекрывая доступ воды к системе охлаждения двигателя. Имея многолетний опыт эксплуатации двигателей как с передним расположением водозаборных отверстий, так и с расположением их на выхлопном патрубке за гребным винтом в старых редукторах, я лично отдаю предпочтение последней конструкции по следующим причинам:

а) В старой конструкции меньше шансов для мусора зацепится за выхлопной патрубок и перекрыть водозаборные отверстия из-за малых размеров выхлопного патрубка и расположения его под углом к вертикали, что способствует сползанию с него мусора.

б) Напор потока воды от гребного винта еще больше способствует этому процессу.

в) Даже при прилипании и облегании корпуса редуктора посторонними предметами водозаборные отверстия на выхлопном патрубке остаются открытыми для поступления воды в систему охлаждения. Дополнительно этому способствует и напор струи от гребного винта (рис. 6. Редуктор старого типа).

Так что я за старую конструкцию. А как же бороться с недостатками новой? Модернизация узла (рис. 3, поз. 8):

Подобную систему аварийного водозабора я спроектировал и изготовил для самого мощного отечественного мотора «Бийск-45м». Заключается она в проводке дополнительного водяного канала из зоны повышенного давления за винтом к штатному водяному каналу под корпусом водяного насоса. Водозаборные отверстия расположены в компенсаторе реактивного момента, создаваемого гребным винтом (рис. 3, поз. 7). Результаты модернизации:

При перекрытии водозаборных отверстий, расположенных в передней части нового редуктора и прекращении доступа воды в каналы системы охлаждения, вода начинает поступать из зоны высокого давления через отверстия компенсатора реактивного момента


4. Высокое сопротивление набегающему потоку воды и неравномерность обтекания редуктора.

Обусловлено наличием двух приливов по обеим сторонам корпуса редуктора из-за применения радиально-упорного подшипника, воспринимающего упор вала-шестерни. Это снижает КПД гребного винта. Такая конструкция уже лет пятьдесят как не используется в мировом моторостроении (рис. 1, поз. 4). Ее необходимо заменить конструкцией, идентичной примененной в ПМ «Нептун-23», где радиальный упор воспринимает игольчатый подшипник малого диаметра, а осевое усилие - малогабаритный шариковый упорный подшипник. Такой вариант конструкции позволяет убрать приливы с корпуса путем их опиливания и запрессовать в полость, где находился радиалыно-упорный подшипник, компенсирующего кольца, с дальнейшей механической обработкой внутренних посадочных мест под новые подшипники.

Результаты модернизации (рис. 3, поз. 10):

Уменьшение лобового сопротивления редуктора, образование плавных потоков воды, обтекающих редуктор с обеих сторон без завихрений, что повышает КПД гребного винта, снижает расход топлива на преодоление излишнего сопротивления.


5. Наличие бронзо-графитовых втулок, в которых вращается гребной вал, - не лучшее техническое решение.

Из-за высокого уровня сил трения быстро происходит механический износ вала гребного винта. Вследствие этого возникает люфт вала, что приводит и к люфтам на шестернях, находящихся на валу. Результат биения шестерен - повышенный износ зубьев, уменьшение регулировочного зазора в шестернях, что также приводит к негативным явлениям в работе редуктора (рис. 1, поз. 5; поз. 6).

Модернизация узла (рис. 3, поз. 5; поз. 6, рис.2).

Самая простая, но в то же время и самая сложная, методика устранения дефекта такой конструкции - проектирование и изготовление нового стакана редуктора. Результатом разработки нового стакана стала конструкция с применением двух подшипников, воспринимающих радиальные нагрузки вала винта - шарикоподшипника 7000103 и игольчатого 4024103 с предельным числом оборотов 5000. Последний имеет в обойме отверстие для подвода смазки, что улучшает подачу масла в зону беговых дорожек иголок и увеличивает ресурс подшипника при применении дисульфида молибдена.

Еще одна особенность конструкции - выведение стакана из габаритных размеров корпуса редуктора наружу, в сторону гребного винта. Такая конструкция стакана сделана, чтобы отодвинуть гребной винт от корпуса редуктора из зоны возмущенного потока и тем самым повысить его КПД (рис. 3, поз. 9).

Описанная модернизированная конструкция редуктора работала на «Вихре-30» в течении 20 лет, на «Бийске-45» - в течении 12 лет. Такой период испытательного времени не принес ничего... отрицательного в работе редуктора. Летом 2009 года производил очередной ремонт редуктора своего нынешнего «Вихря-евро» после ... 9,5 сезонов работы. Заменил подшипники 80202, манжеты, резиновую крыльчатку и залил свежий нигрол с добавлением дисульфида молибдена. И будущий «Вихрь-евро» готов к походам!

Но ходить в походы на двухтактном двигателе по нынешним временам удовольствие не из дешевых, когда до 30 процентов топлива просто перегоняется через двигатель вхолостую и выбрасывается при продувке в атмосферу, загрязняя среду нашего обитания.

Принятые меры по преобразованию устаревшей конструкции «Вихря» в современный двухтактный двигатель (европейского уровня 60-70 годов еще прошлого века) показали возможность сокращения расхода топлива с паспортного показателя в 11,0 кг/час до 9,5 кг/час.

Применение общепринятой конструкции дейдвуда и редуктора, оснащенного гребным винтом с выхлопом отработанных газов через его ступицу, может еще больше понизить удельный расход «Вихря-евро» за счет улучшения процессов продувки и снижения затрат мощности на эти процессы в старой конструкции (рис. 3).

Применение резонансных настроенных систем выхлопа также дает положительный результат в понижении удельного расхода топлива. Опыт применения подобных систем в течение нескольких десятилетий на двигателях иностранного производства доказал их эффективность.

Лет двадцать тому назад «КиЯ» опубликовал статью одного из ленинградских водномо-торников о применении подобной системы на «Вихре-25», что дало прекрасные результаты по экономии удельного расхода топлива. Она была правильно рассчитана и изготовлена. Просьба не путать эту систему с той коряво отлитой трубой в дейдвуде «Вихря-30», которая никакой эффективности не дает, кроме увеличения веса мотора. Проверка эффективности «трубы» заменой на дейдвуд от «Вихря-25» не продемонстрировала никаких ухудшений по потреблению топлива. У меня сложилось впечатление даже некоторого улучшения запуска при использовании дейдвуда «Вихря-25». И поскольку мне было жаль тратить время на обратную установку штатного дейдвуда «Вихря-30», я многие годы эксплуатировал свой двигатель с дейдвудом «Вихря-25».




Разработан киевскими водномоторниками для повышения КПД движительного комплекса подвесных моторов типа «Вихрь» разных модификаций.

Установка настроенных систем выхлопа особенно эффективна на трехцилиндровых ПМ, у которых уже существует в глушителе эффект повышенного давления, уменьшающий количество выбрасываемого при продувке топлива. Учитывая это явление, большинство зарубежных экономичных двигателей, конструировались трехцилиндровыми. Отразился эффект экономичности и на конструкции спортивных ПМ. Ведь в цилиндрах оставалось больше топлива, а значит росла и мощность, так необходимая для установления рекордов.

Просматривая «КиЯ» периода 60-70 годов, я наблюдал эту тенденцию в публикациях и репортажах журнала, в опубликованных фотографиях. Если система настроенного выхлопа дает минимальную экономию топлива хотя бы порядка 5-6 процентов, то удельный расход «Вихря-евро» может составить уже порядка 9,0 кг/час!

И это еще не все. Творческая мысль водномоторников способна творить чудеса! Киевские таланты решили применить на «Вихре» систему соосного вращения гребных винтов (дуо-проп) и разработали редуктор такой конструкции. Учитывая сложность подобного технического решения, ни одна из ведущих фирм не бралась в те годы за разработку серийных образцов такой схемы. При всей насыщенности такой конструкции добавочными деталями конструкторам удалось разработать и систему реверса (переключения) «передний ход-задний ход» (рис. 6).

По публикациям в «КиЯ» статей о применении таких конструкций фирмой «Вольво-пента» их эффективность достигает порядка 12 процентов от общей мощности двигателя. Поэтому можно думать, что применение такой схемы движителя на «Вихре-евро» при эффективности даже 10 процентов позволит развивать «Вихрю-30» не 27 л.с. (в паспорте указано: «30 л.с. - 3 л.с»), а полноценные 30 л.с. Тогда можно будет смело писать: «30 л.с.» (без ±.....л.с).

Прирост мощности без повышения удельного расхода топлива приведет к общему повышению КПД комплекса двигатель-движитель.

На рис. 7 показаны образцы различных движителей, которыми может быть оснащен «Вихрь-евро».




А. Выхлоп через ступицу гребного винта
В. Выхлоп через патрубок за гребным винтом
С. Редуктор с соосно вращающимися в разные стороны гребными винтами (система Дуо-Проп)

Итак, на сегодня существуют все предпосылки для создания двухтактного двигателя с удельным расходом топлива порядка 8,5-8,7 кг/час и мощностью 30 л.с.

Это первый шаг в претворении в жизнь лозунга «Да здравствует «Вихрь-евро»! И он доказал, что такой двигатель мог появиться в нашей стране еще в 70-е годы прошлого века. Но...

Приходится наверстывать упущенное за 40 лет!

Для меня образцом для подражания является «Эвинруд-50Е-ТЕС». При мощности 50 л.с. его удельный расход топлива составляет 11,0 кг/час. Если на «Вихре-евро» применить системы «Эвинруда-50Е-ТЕС», то его удельный расход топлива составит .... 6,6 кг/час!

Стремление к такому удельному расходу -на следующем этапе работ.