Файл: Теория и устройство судна.pdf

89
Так как рулевые машины целесообразно рассматривать вместе с системой контроля, рассмотрим сначала, каким образом контро- лируется положение и движение руля.
Торможение руля в нужном для маневра положении может осуществляться непосредственно рулевым. Так, при перекладке на правый борт на 10° рулевой вращает штурвал вправо и контроли- рует положение руля по указателю. Торможение руля осуществля- ется вращением штурвала назад в исходное положение. При таком способе контроля необходимо большое число операций штурвалом.
Процесс управления судном утомителен и требует большой внима- тельности.
При использовании следящей системы контроля для переклад- ки руля, например на 10°, штурвал поворачивается на вполне опре- деленный угол. Торможение осуществляется автоматически. В этом случае руль как бы следит и следует за движением штурвала, что и определило название этой системы.
Рулевые передачи обеспечиваю связь поста управления с руле- вой машиной, осуществляющей посредством того или иного при- вода перекладку руля. Если рулевая машина и рулевой привод раз- делены, то функцией рулевой передачи является передача усилия, необходимого для перекладки руля. На современных судах рулевые машины обычно совмещают с рулевыми приводами. Это позволяет избежать значительных потерь энергии при передаче усилия к ру- левому приводу.
Основным типом передач, обеспечивающих связь рулевой ма- шины и румпеля в случае, когда они разобщены, является штур- тросная проводка.
Для рулевых машин, совмещенных с рулевым приводом и бал- лером, рулевые передачи являются частью системы управления.
Широкое применение имела валиковая передача, которая исполь- зуется на малых судах и в настоящее время. Основное место в су- довой практике занимают гидравлические и электрические переда- чи. Гидравлическая передача состоит из цилиндра с поршнем, ко- торый приводится в движение штурвалом, и исполнительного те- лемотора, регулирующего работу рулевой машины.
Электрическая передача состоит из системы самосинхронизи- рующихся двигателей, один из которых является передающим, а второй – двигателем-приемником. При вращении штурвала ток, возбуждаемый в роторе передающего двигателя (генератора), вы-

90 зывает вращение ротора приемника, в точности совпадающее с вращением ротора передающего двигателя. Возникающее в прием- нике движение используется для управления рулевой машиной.
4.1.5 Средства активного управления
Средства активного управления судами (САУС) – это специ- альные двигательно-рулевые устройства и их любое сочетание ли- бо между собой, либо с главными движителями, способные созда- вать упор или тягу, направленные как под фиксированным углом к диаметральной плоскости судна, так и под изменяющимся углом, либо на всех ходовых режимах, либо на части режимов, включая малые хода, а также при отсутствии хода.
На промысловых судах в качестве САУС применяют активные рули, подруливающие устройства, выдвижные движительно- рулевые колонки (винтовые колонки) и крыльчатые движители.
Активный руль
Перо активного руля в средней части имеет насадку, внутри которой располагается гребной винт фиксируемого или регулируе- мого шага (Рис. 58). Диаметр гребного винта составляет 20-25% диаметра основного винта. Гребной винт приводится во вращение электродвигателем, который размещается либо в пере руля, либо на торце баллера. В последнем случае вращение от двигателя к греб- ному винту передается с помощью вертикального вала, проходяще- го внутри полого баллера. Действие активного руля основано на том, что при его повороте возникает дополнительная поперечная сила от упора винта, поворачивающая судно совместно с попереч- ной силой, возникающей на пере руля. На больших скоростях дви- жения активный руль мало эффективен, так как гидродинамическая сила руля намного превосходит упор, развиваемый винтом. На ма- лых скоростях, когда гидродинамические силы на пере руля резко падают, активный руль становится весьма полезным. Применение активного руля на промысловых судах обеспечивает им хорошую управляемость при работе с орудиями лова и при выполнении швартовных операций в море и порту.

91
Рис. 58 Активный руль: 1 – перо руля, 2 – вспомогательный гребной винт, 3 – насадка, 4 – грушевидная наделка, 5 – основной гребной винт
Подруливающие устройства
Подруливающие устройства улучшают маневренность судна на малых ходах и при отсутствии хода. Подруливающие устройства не взаимодействуют с гребным винтом судна и являются совер- шенно самостоятельным средством управляемости.
Вопрос о необходимости применения подруливающих устройств на проектируемом судне должен решаться с учетом его назначения, характера эксплуатации и конструктивных особенно- стей. Большие начальные затраты будут оправданы только в тех случаях, когда применение подруливающего устройства позволит сократить время пребывания судна в порту, облегчить часто повто- ряющиеся швартовые операции, отказаться от использования бук- сиров и т.д.
Так, например, не вызывает сомнения целесообразность при- менения подруливающих устройств на паромах и крупных пасса- жирских судах.
В последнее время на промысловых судах начали широко применять подруливающие устройства канального типа. Такое

92 устройство состоит из движителя, размещенного в поперечном ка- нале, который простирается в подводной части судна от борта до борта (Рис. 57). Движитель в перпендикулярном к диаметральной плоскости направлении создает упор, поворачивающий судно. Для создания упора в подруливающих устройствах используют ВФШ и
ВРШ, крыльчатые движители и водометы. Приводными механиз- мами рабочих органов подруливающих устройства могут быть во- допогруженные или размещенные внутри корпуса судна электро- моторы и гидромоторы.
Рис. 59 Схема подруливающего устройства: 1 – поперечный канал, 2 – движитель
Рис. 60 Подруливающее устройство с парными винтами противоположного
вращения: 1 – реверсивный электродвигатель, 2 – эластичная муфта, 3 – ведущий вал, 4
– верхний редуктор, 5 – вертикальный вал, 6 – опорная плита, 7 – гребной винт, 8 – гребной вал, 9 – нижний редуктор, 10 – поперечный туннель

93
Для уменьшения диаметра канала применяют подруливающие устройства с парными гребными винтами (Рис. 60). На Рис. 61, а показано подруливающее устройство с крыльчатым движителем, на Рис. 61, б – подруливающее устройство с ВФШ и Z-образным каналом. Целесообразнее всего на судне устанавливать два подру- ливающих устройства – в носу и корме. При одинаковой работе носового и кормового движителей судно будет перемещаться ла- гом, а при работе «враздрай» – осуществлять разворот на месте.
Рис. 61 Подруливающее устройство: а – с крыльчатым движителем; б – с вин- том фиксированного шага; 1 – створка для закрытия канала; 2 – канал; 3 – крыльчатый движитель; 4 – ВФШ; 5 – клапан для перекрытия выходного отверстия.
Чтобы иметь представление о подруливающих устройствах, приведем основные характеристики отечественных подруливаю- щих устройств с ВФШ и ВРШ. Эти устройства имеют мощность двигателей от 24 до 500 кВт, диаметр винтов от 0,6 до 2,0 м и раз- вивают тягу на неподвижном судне от 4,9 до 78,5 кН. При движе- нии судна эффективность подруливающих устройств снижается, что объясняется взаимодействием струи отбрасываемой винтом из

94 канала, с корпусом судна. Снижение эффективности будет тем больше, чем выше скорость судна.
Винтовые колонки
Винтовые колонки оборудуются гребным винтом или ком- плексом винт-насадка (Рис. 60). Колонка, благодаря своей кон- струкции, может вращаться вокруг вертикальной оси на 360°, что позволяет получать тягу любого направления, не прибегая к ревер- су двигателя. Чтобы не создавать дополнительного сопротивления воды движителю судна, на ходу под главными двигателями колон- ка поднимается в специальную шахту. Винтовые колонки имеют небольшие габариты и могут быть размещены в любой части судна.
Установка двух колонок в корме позволяет судну разворачиваться и перемещаться лагом.
Рис. 62

95
Крыльчатый движитель
Крыльчатый движитель применяется в качестве подруливаю- щих устройств, как правило, на больших судах, что связано с усло- виями их размещения, исключающими существенное изменение формы корпуса судна. Из-за выступающих за днище лопастей под- руливающее устройство с крыльчатым движителем имеет низкую надежность. На промысловых судах такие подруливающие устрой- ства применения не нашли.
4.1.6 Основные термины и определения
Рулевое устройство – предназначено для удержания судна на корпусе или изменения направления его движения.
Перо руля – набор горизонтальных и вертикальных рёбер, сварных друг с другом и образующих каркас, покрытый стальными листами.
Балансирный руль – ось вращения смещена в сторону кормы от носовой кромки пера руля.
Небалансирный руль – ось вращения проходит по передней кромке пера руля.
Рудерпис – утолщенная передняя кромка пера руля, имеющая петли со штырями, которые навешиваются на петли ахтерштевня.
Рудерпост – часть ахтерштевня с петлями для крепления пера небалансирного руля.
Баллер – вал, предназначенный для передачи вращающего мо- мента от рулевого привода к перу руля.
Профильный руль – элемент рулевого устройства, обеспечива- ющий создание поперечной силы и момента для управления суд- ном. Бывает плоской и обтекаемой формы.
Гельпортовая труба – труба в кормовом подзоре, через кото- рую проходит баллер. Обеспечивает водонепроницаемость корпуса и опору баллера.
Румпель – рычаг, жёстко закреплённый на верхнем конце бал- лера. Служит для передачи вращающего момента.
Рулевая машина – создаёт усилие для перекладки руля. Распо- лагается в румпельном отделении. Привод рулевой машины – пе- редаёт усилие от рулевой машины к румпелю.

96
Активный руль – профильный руль, в средней части которого в цилиндрической насадке установлен вспомогательный гребной винт.
Направляющие насадки – кольцевое крыло, охватывающее с минимальным зазором концы лопастей гребного винта. Служат для повышения пропульсивных качеств судна.
Подруливающее устройство – представляет собой движитель, размещенный в поперечном канале корпуса судна и создающий упор в перпендикулярном к ДП направлении.

97
4.2 Якорное устройство
4.2.1 Общие сведения
Якорное устройство представляет собой совокупность приспо- соблений и механизмов, служащих для постановки судна на якорь.
Элементы якорного устройства могут быть использованы и для других целей, например для буксировки, гашения инерции, стаски- вания судна с мели и т.д. По месту расположения различают носо- вые и кормовые якорные устройства. На промысловых судах якор- ное устройство обычно размещают в носовой части судна.
Рис. 63 Расположение якорного устройства: 1 – брашпиль, 2 – якорная цепь, 3 – винтовой стопор, 4 – клюз якорный, 5 – якорь, 6 – цепная труба, 7 – цепной ящик, 8 – устройство для крепления якорной цепи, 9 – привод экстренной отдачи якорной цепи, 10
– контроллер управления брашпилем, 11 – цепной стопор

98
Основные элементы якорного устройства морского судна по- казаны на Рис. 63. Якорный канат служит прочной связью судна с отданным и лежащим на грунте якорем. Специальные механизмы обеспечивают отдачу и выбирание якоря, торможение и стопорение якорного каната. В якорное устройство входят также клюзы, позво- ляющие якорному канату пройти сквозь элементы корпусных кон- струкций, и цепные ящики для хранения якорных канатов. Состав якорного устройства и конструктивное оформление его элементов существенно изменяется в зависимости от назначения и условий эксплуатации плавучих сооружений, которые в этом отношении можно разделить на три основные группы:
1) морские и речные;
2) дноуглубительные снаряды;
3) доки, плавучие маяки и рейдовое оборудование.
При проектировании якорного устройства и его конструктив- ных элементов необходимо учитывать особенности внешних воз- действий, испытываемых стоящим на якоре судном; свойства грун- тов, а также динамику, связанную с ветро-волновыми воздействия- ми.
4.2.2 Основные типы якорей
Надежность якорной стоянки определяется держащей способ- ностью якоря. Якоря в зависимости от их назначения разделяют на становые, предназначенные для удержания судна в заданном месте, и вспомогательные – для удержания судна в заданном положении во время стоянки на основном якоре. К вспомогательным относит- ся кормовой якорь – стоп-анкер, масса которого составляет 1/3 мас- сы станового. Становые якоря можно разделить на две группы: якоря с неподвижными лапами и штоком и бесштоковые якоря с поворотными лапами. К штоковым якорям относится адмиралтей- ский якорь. К бесштоковым – якоря Холла, Грузона.
Адмиралтейский якорь (Рис. 64, а) состоит из веретена 1, трен- да 2, рогов 3 и лап 4. В верхней части веретена сделаны две проу- шины. В одну из них вставляется шток 5, в другую – штырь якор- ной скобы 6, с помощью которой якорь крепится к якорной цепи. В походном положении шток укрепляется вдоль, а в рабочем – попе- рек веретена. Плоскость, образованная штоком и веретеном, пер-