Судовые валопроводы. Конструирование, расчеты прочности, износостойкости, долговечности

В. К. РУМБ 
 
 
 
 
 
СУДОВЫЕ ВАЛОПРОВОДЫ 
 
КОНСТРУИРОВАНИЕ, 
РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ, ИЗНОСОСТОЙКОСТИ, 
ДОЛГОВЕЧНОСТИ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2025 

УДК 621.431.74 
 ББК 39.455.5 
         Р86 
 
 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры 
 «Поршневые двигатели» МГТУ им. Н. Э. Баумана Н. Д. Чайнов; 
кандидат технических наук, доцент, заведующий лабораторией  
ЗАО «Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский 
институт морского флота» В. А. Сорокин 
 
 
 
Румб, В. К.  
Р86   
Судовые валопроводы. Конструирование, расчеты 
прочности, износостойкости, долговечности : учебное пособие / В. К. Румб. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 
2025. – 404 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-2282-6 
 
Рассмотрены особенности конструкций деталей и узлов судовых 
валопроводов, даны практические рекомендации по их конструированию 
и расчетам на выносливость, износостойкость и долговечность. Приведены технические требования к изготовлению, монтажу и эксплуатации валопроводов. Изложены алгоритмы прогнозирования ледовых нагрузок. 
Большое внимание уделено расчетам изгибных, крутильных, осевых, 
крутильно-осевых и ударных колебаний и способам борьбы с ними. 
Наличие большого количества примеров расчетов, иллюстративного материала и таблиц делает учебное пособие удобным для самостоятельного 
изучения. 
Для студентов и курсантов средних и высших учебных заведений, 
изучающих дисциплины по судовым энергетическим установкам, а также 
может быть рекомендовано специалистам, занимающимся разработкой, 
модернизацией и эксплуатацией судовых валопроводов. 
 
УДК 621.431.74 
ББК 39.455.5 
 
 
ISBN 978-5-9729-2282-6 ” Румб В. К., 2025 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2025 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2025 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Подготовка инженера, способного решать проектные задачи, 
требует наличия специальной учебной литературы. Как правило, 
соответствующая литература знакомит студента с общими 
принципами проектирования, с местом и ролью в нем конструирования и расчетов. В классическом понимании технического 
проектирования первичным без всякого сомнения является конструирование. Но при проектировании сложных объектов к числу 
первоочередных задач следует уже отнести общую компоновку – 
важную и творческую часть инженерной работы, от нее зависит 
качество и совершенство окончательного проекта. Именно во 
время компоновки формируется полное представление о проектируемом объекте и по существу закладываются его рабочие 
характеристики и показатели. Только при компоновке удается 
увязать между собой отдельные детали и узлы, проверить выполнение требований изготовления, сборки, эксплуатации и ответить на вопрос – можно ли предлагаемое осуществить. Ответ 
на поставленный вопрос вытекает на основании результатов 
конструирования при комплексном учете, прежде всего, технологических, прочностных и экономических факторов. Таким образом, компоновка, конструирование и расчеты тесно связаны 
между собой и не имеют четких границ. 
Искусство создания правильных компоновок заключается в 
полном синтезе проектируемого объекта. Для такого синтеза 
необходимо знать назначение, устройство, принцип действия, 
технические требования всех без исключения узлов и деталей, 
входящих в объект. Иначе говоря, к первой стадии проектирования относится тщательный анализ объекта по всем его составным частям. Выполнение анализа требует основополагающих 
знаний об объекте, условиях его эксплуатации, действующих 
нагрузках. На стадии обучения эти знания студенты получают 
при изучении соответствующих дисциплин по судовым энергетическим установкам. Содержательная основа этих дисциплин 
дополняется большим объемом информации, относящейся к 
области специализации студентов. Именно с позиции дисциплины специализации следует рассматривать настоящее учебное 
пособие, которое ориентировано на изучение судового валопровода, основных общих правил и принципов его проектирования и 
расчета, использование которых позволяет избежать ошибочных конструктивных решений и быстрее найти приемлемый эскизный вариант. 

Валопровод является элементом судового движительнодвигательного комплекса, посредством которого обеспечивается 
движение судна. В движительно-двигательном комплексе валопровод выполняет роль промежуточного звена, он соединяет в 
единое целое главный двигатель с движителем. В двигателе 
происходит преобразования тепловой или электрической энергии либо энергии иного вида в механическую работу – вращение 
выходного вала. На судах в качестве главных двигателей устанавливают преимущественно двигатели внутреннего сгорания 
(ДВС). У них преобразование энергии топлива в тепловую и тепловой в механическую осуществляется внутри цилиндров, а 
развиваемый двигателем крутящий момент отбирается от 
фланца коленчатого вала. Движитель является потребителем 
механической энергии. По принципу действия все судовые движители реактивные, т. е. они создают осевую силу в результате 
реакции отбрасываемых масс воды. Именно эта осевая сила, 
называемая упором, вынуждает судно передвигаться. Среди 
множества судовых движителей исключительно доминирующее 
распространение получили гребные винты. В гребном винте закрученные лопасти (от четырех до семи) радиально закреплены 
на ступице, которая, помимо прочего, имеет конструктивное 
устройство для закрепления на вале. Гребной винт создает упор 
и одновременно вызывает момент сопротивления, который препятствует его вращению. Для преодоления этого момента затрачивается крутящий момент, развиваемый двигателем. 
Несмотря на то, что судовой валопровод является промежуточным звеном между двигателем и движителем, его функции 
не ограничиваются только передачей крутящего момента. Через 
валопровод также передается упор от гребного винта упорному 
подшипнику, а от него – на корпус судна. По существу, указанные функции определяют предназначение валопровода, его 
главные целевые задачи. Вместе с тем судовой валопровод играет решающую роль в работоспособности всего движительного 
комплекса. Нарушение работоспособности валопровода резко 
ухудшает эксплуатационные показатели судна и в худшем случае даже вызывает аварийные ситуации с потенциальной угрозой для жизни экипажа и судна в целом. Подтверждением этому 
служат статистические данные об аварийности на судах и поломках судовых валопроводов. 
Так, по данным ФАУ «Российский речной регистр» в период  
с 2010 по 2019 г. зафиксировано 838 случаях повреждений судов 

и их элементов, из которых 114 повреждений приходится на судовые валопроводы [14]. Отказы судовых валопроводов, включая их 
поломки, ежегодно составляют в среднем 13 % от общего числа 
повреждений судов. При этом имеется тенденция их роста, что 
ожидаемо, поскольку для современных судов характерны повышенное водоизмещение и увеличенные мощности их главных 
двигателей. Это, в свою очередь, приводит к дальнейшему росту 
нагрузок на валопроводы. Анализ аварийности на судах класса 
Российского морского регистра судоходства свидетельствует: отказы валопроводов составляют 18 % от общего числа аварий 
пропульсивного комплекса судна, а количество аварий пропульсивного комплекса судна достигает 10 % от общего числа аварийных случаев на судах [25]. Подобная статистика от «Council of 
Canadian Academies» говорит о 27,8 % отказов главных механизмов судна, а по данным агентства «European Maritime Safety 
Agency», процент отказов этих механизмов составляет 29 %. 
Среди отказов судовых валопроводов доминируют чрезмерные износы дейдвудных подшипников и недопустимые усталостные трещины и разрушения валов. Ежегодно мировыми 
классификационными обществами фиксируется около 200 сообщений о поломках и трещинах в гребных валах при эксплуатации крупнотоннажных судов. При этом отмечается, что более 
90 % повреждений гребных валов приходится на их консоли,  
т. е. участки, непосредственно примыкающие к гребному винту, 
и основными причинами повреждений являются коррозия, фреттинг-коррозия и усталостные трещины. Наиболее опасными повреждениями в валах являются усталостные трещины. Есть 
примеры, когда развитие трещин сопровождалось наличием 
коррозионных язв глубиной до 7 мм. В литературе имеются также сведения о результатах выбраковки гребных валов в эксплуатации: 66 % гребных валов имели трещины в районе носового 
конца кормовой облицовки, 13 % – у кормового конца носовой 
облицовки. Все это свидетельствует о значимости и ответственности судового валопровода и о том, что его конструкция и расчеты прочности должны гарантировать заданную долговечность. 
Таким образом, от качества конструирования и от корректности 
расчетов зависит надежность судового движительного комплекса и безопасность эксплуатации судна. 
Сложность проблемы долговечности судовых валопроводов 
заключается в многообразии факторов, влияющих на напряженнодеформированное состояние его валов. В настоящее время, 

наконец, сложилось единое мнение о том, что аварии валопровода наступают вследствие разрушения материала валов под действием переменных напряжений. Под влиянием этих напряжений 
идет процесс постепенного накопления усталостных повреждений, приводящих к образованию трещин и разрушению. На этом 
основании основным проверочным расчетом валопровода на 
прочность следует считать расчет на выносливость. В свою очередь, переменные напряжения в валопроводе обусловлены эксплуатационными нагрузками как со стороны двигателя, так и от 
гребного винта. Это обстоятельство вынуждает рассматривать 
валопровод, двигатель и движитель как единую систему, характеризующуюся достаточно сложными связями ее отдельных частей. 
Поэтому весьма важно правильно учитывать эти связи и влияние 
двигателя и движителя на прочность соединяющих их валов. 
Кроме обычных напряжений от крутящего момента, упора и 
изгиба судовой валопровод испытывает переменные напряжения от крутильных, осевых и изгибных колебаний. Зачастую эти 
побочные напряжения настолько большие, что они становятся 
основной причиной появления усталостных трещин. Следовательно, при проектировании валопровода расчетом этих колебательных явлений также нельзя пренебрегать, хотя задача по 
расчету колебаний не относится к числу тривиальных. 
Расчетом износостойкости пытаются прогнозировать долговечность подшипников, от их состояния во многом зависит работоспособность судового валопровода. Особенно это касается 
кормового дейдвудного подшипника. Для него обычные методы 
гидродинамического расчета мало пригодны из-за специфики 
смазки и распределения давления по поверхности трения. Смазываются эти подшипники проточным маслом или водой без 
давления, что уже само по себе затрудняет создание гидродинамического давления. К тому же для кормового дейдвудного 
подшипника наблюдается ярко выраженное неравномерное 
распределение давления по длине вследствие изгибной деформации гребного вала. 
Еще одной нерешенной проблемой остается прочность валопроводов судов ледового активного плавания. Характерной 
особенностью эксплуатации этих судов является эпизодическое 
соударение лопастей гребного винта со льдом. При ударе лопасти о лед возникают очень большие динамические силы и моменты, которые стремятся не только изогнуть или сломать лопасть, но и вызвать в валопроводе ударно-колебательный про

цесс. По физике явления воздействие ледовых нагрузок на  
движительно-двигательный комплекс носит случайных характер, 
требующих вероятностных методов расчета.  
По большому счету поставленные выше задачи нашли практическое отражение в настоящем учебном пособие. По существу, его можно считать вторым изданием учебника [21], но, по 
сравнению с ним, здесь существенно переработано большинство глав, а часть глав дополнена новыми сведениями, также 
учтены замечания и пожелания. Среди нового подробно рассмотрены методические положения расчета прочности на выносливость и долговечность по той причине, что результаты 
этих расчетов служат основополагающими при оценке безотказной работы валопровода. К новизне следует отнести и методику 
определения минимально допустимого коэффициента запаса 
прочности с привлечением теории вероятности и теоретические 
положения прогнозирования долговечности валов по критерию 
усталости и изнашивания материала. Для большего понимания 
описан механизм разрушения валов с трещинами. Приведены 
расчетные зависимости, позволяющие с заданной вероятностью 
оценивать живучесть валопровода. 
Несмотря на сделанные корректировки и дополнения, настоящее издание все равно не претендует на абсолютную полноту. 
Есть мнение, что создать такой учебник вообще невозможно по 
следующей причине: методы расчета прочности, изнашивания и 
долговечности постоянно совершенствуются по мере накопления 
новых знаний и достижений в области физики разрушения конструкционных материалов. В этих условиях данную книгу следует 
рассматривать как учебное пособие, содержащее сведения, необходимые для конструирования, расчета прочности и долговечности судового валопровода с точки зрения общих принципов эскизного проектирования сложных объектов. 
Автор признателен всем, чья помощь и поддержка способствовали появлению данной книги. Особая благодарность редактору, издательству и рецензентам за труд по прочтению рукописи, высказанные замечания и предложения, которые оказались весьма полезными. Наконец, автор благодарен за многочисленные полезные советы своим коллегам по работе. Во многом, благодаря этим советам удалось сделать издание более 
корректным в рамках психолого-педагогических требований, 
предъявляемых к учебным изданиям.  

1. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ СУДОВОГО 
ВАЛОПРОВОДА 
 
1.1. Назначение и общая схема расположения  
валопровода 
 
Судовой валопровод представляет собой систему валов, соединенных в единую линию с целью передачи гребному винту 
крутящего момента, развиваемого двигателем, а также восприятия осевой силы, создаваемой гребным винтом при вращении и 
передачи ее через главный упорный подшипник корпусу судна. 
Осевая сила, сообщающая судну поступательное движение, 
называется упором гребного винта. 
Таким образом, валопровод состоит из отдельных валов, 
соединенных между собой фланцами. По назначению и месту 
расположения валы бывают: гребные, дейдвудные, промежуточные, упорные и проставочные. Дополнительно в систему валопровода входят дейдвудное устройство со своими подшипниками и уплотнениями, упорный и опорный подшипники, муфты, 
механизм изменения шага, тормоз, токосъемное устройство, 
валоповоротный механизм и ряд других деталей. 
Конструктивная простота валопровода кажущаяся. Длительный опыт эксплуатации судов свидетельствует о том, что до сих 
пор наблюдаются поломки гребных валов и часты случаи аварийного износа дейдвудных подшипников. При этом количество 
повреждений и аварий гребных валов возрастает с увеличением 
их диаметров. Нарушение работоспособности валопровода приводит к снижению скорости судна или полной потере хода и может создать условия, приводящие к гибели людей. Ремонты валопровода связаны с большими экономическими потерями, которые определяются необходимостью вывода судна из эксплуатации и постановки его в док. На данном основании судовой валопровод следует отнести к числу наиболее ответственных и 
напряженных деталей энергетической установки. Поэтому проблема долговечности валопровода охватывает задачи конструирования, расчета прочности и долговечности, технологии изготовления и монтажа. 
Положение линии валопровода определяется прямой, проходящей через центры вращения гребного винта и фланца отбора мощности главного двигателя или редуктора. Длина валопровода зависит от места установки гребного винта и двигателя 

(редуктора). Гребной винт располагают по возможности ближе к 
корпусу судна. Однако чрезмерно малые зазоры между лопастями и корпусом могут быть причиной повышенной вибрации 
всей кормовой оконечности судна из-за гидродинамических 
пульсаций. Минимальные значения указанных зазоров регламентированы Правилами морского регистра судоходства России. Место расположения главного двигателя определяется архитектурой судна, а она, в свою очередь, зависит от назначения 
судна. Естественно, при кормовом расположении двигателя валопровод будет более коротким по сравнению с мидельным 
размещением машинного отделения. 
По количеству валопроводов судовые пропульсивные установки бывают одновальные, двухвальные и трехвальные. 
Морские транспортные суда чаще всего имеют одновальные 
пропульсивные установки. В этом случае линия валопровода 
располагается в диаметральной плоскости судна. Преимуществами таких установок являются простота конструкции, большая надежность и высокие значения КПД гребного винта, достигающего для транспортных судов значений 
В
K = 0,55÷0,75. Угол 
наклона линии валопровода к основной плоскости корпуса судна 
составляет 
 
D
(0y5)q, с увеличением этого угла упор гребного 
винта заметно уменьшается и снижается, безусловно, КПД винта. Данный вывод непосредственно вытекает из формулы для 
упора гребного винта (кН) 
                        
 
E
D
X
K
cos
cos
514
,0
s
B
B
N
Т  
,  
 (1.1) 
 
где 
B
N  – мощность на гребном винте, кВт;  
s
X  – скорость судна, уз. 
Валопровод одновальной установки включает в себя следующие валы (рис. 1.1): гребной 3, промежуточный 4 и проставочный 6. Количество промежуточных валов зависит от длины 
валопровода и производственных возможностей. Наиболее 
нагруженным является гребной вал, на нем крепится гребной 
винт 1. Способ крепления определяется конструкцией винта. 
Винт фиксированного шага (ВФШ) соединяется с валом посредством конической посадки, как со шпонкой, так и без нее. 
Крепление винта регулируемого шага (ВРШ) осуществляется 
при помощи фланцевого соединения. В этом случае на кормо

вом торце гребного вала предусматривается цилиндрический 
фланец. Для выхода гребного вала наружу, для его опоры и 
уплотнения служит дейдвудное устройство 2. Опорами промежуточных валов являются подшипники 5. Проставочный вал 
(вал-проставка) упрощает монтаж валопровода на судне, так 
как он выполняет роль компенсационного звена всего валопровода. Благодаря ему удается унифицировать технологию изготовления промежуточных валов. Совершенствование проектных работ позволяет в отдельных случаях отказаться от проставочного вала. 
 
 
 
Рис. 1.1. Валопровод одновальной установки 
 
Для затормаживания валопровода при буксировке судна 
или при выполнении ремонтных работ на плаву в линии валопровода предусматривается тормозное устройство. Оно имеет простейшую ленточную конструкцию. Функции тормоза может выполнять стопорное или валоповоротное устройство  
дизеля. 
Осевое усилие от гребного винта передается корпусу судна 
через упорный подшипник. В судовых дизельных установках 
этот подшипник чаще всего изготавливается за одно целое с 
главным двигателем или редуктором.  
Применение токосъемных устройств связано с электрохимической защитой валопровода от блуждающих токов. Эти токи 
возникают между деталями с различным электрическим потенциалом, например, между стальными и бронзовыми или латунными деталями. Вследствие блуждающих токов идет процесс 
электрохимической коррозии, соответственно, имеет место раз