Рулевое устройство современных судов является достаточно точным, технически надежным и чувствительным. Рулевое устройство рассматривается как одно из наиболее важных устройств и систем управления судном, оказывающее непосредственное влияние на обеспечение безопасности плавания судна. Поэтому современное рулевое устройство строится по принципу «структурной избыточности» (дублирования) систем: если один из элементов рулевого устройства выходит из строя, то обычно хватает нескольких секунд (или десятков секунд) для того, чтобы перейти на альтернативное устройство управления рулем (при условии, что экипаж достаточно натренирован).
Поскольку рулевое устройство играет такую важную роль в обеспечении безопасности плавания судна, поскольку от него так много зависит, а судовые экипажи полагаются на него в такой большой степени, — огромное внимание уделяется вопросам создания эффективных и надежных конструкций рулевого устройства, правильности его монтажа и установки, грамотной технической эксплуатации и эффективному обслуживанию рулевого устройства, своевременному выполнению необходимых проверок, обеспечению должной натренированности экипажей (в первую очередь — судоводителей, электромехаников, матросов) в переходе с одного режима управления рулем на другой.
Основные требования к конструкции, установке и эксплуатации рулевого устройства на судне определены в следующих документах:
- «СОЛАС-74» — правила, касающиеся технических требований к рулевому устройству;
- «СОЛАС-74», Правило V/24, — «Использование системы управления курсом и/или системы управления судном по заданной траектории»;
- «СОЛАС-74», Правило V/25, — «Работа главного источника электрической энергии и/или рулевого привода»;
- «СОЛАС-74», Правило V/26, — «Рулевой привод: испытания и учения»;
- Правила Классификационных обществ, касающиеся рулевых устройств;
- Рекомендации по эксплуатационным требованиям к системам управления курсом (Резолюция MSC.64(67), Приложение 3, и Резолюция MSC.74(69), Приложение 2);
- «Bridge Procedures Guide», пп. 4.2, 4.3.1-4.3.3, Annex A7;
- Устав службы на судах Министерства морского флота Союза ССР;
- «РШС-89»;
- Документы и «Руководства» по «СУБ» конкретной судоходной компании;
- Дополнительные требования «Прибрежных Государств».
В соответствии с Правилом V/26(3.1), на ходовом мостике и в румпельном отделении судна должны быть постоянно вывешены простые инструкции по эксплуатации рулевого привода с блок-схемой, показывающей порядок переключения систем дистанционного управления рулевым приводом и силовых агрегатов рулевого привода.
Рулевое устройство: а - обыкновенный руль; b - балансирный руль; с - полубалансирный руль (полуподвесной); d - балансирный руль (подвесной); е - полубалансирный руль (полуподвесной) «Международная палата судоходства» (ICS) разработала «Руководство по рутинным проверкам рулевого устройства», которое позднее в полном объеме вошло в Правило V/26 «СОЛАС-74»:
- Дистанционное ручное управление рулем — должно быть опробовано всякий раз после продолжительного управления авторулевым и перед входом в районы, где судовождение требует особой осторожности;
- Дублирующие силовые устройства управления рулем: в районах, где судовождение требует особой осторожности, следует использовать более одного силового устройства управления рулем, если возможна одновременная работа нескольких таких устройств;
- Перед отходом из порта — в пределах 12 часов до отхода — выполнить проверки и опробовать рулевое устройство, включая, насколько это применимо, проверку работы следующих узлов и систем:
- главное рулевое устройство;
- вспомогательное рулевое устройство;
- все системы контроля дистанционного управления рулем;
- пост управления рулем на мостике;
- аварийный источник питания;
- соответствие показаний аксиометра действительным положениям пера руля;
- предупредительная сигнализация об отсутствии питания в системе дистанционного управления рулем;
- предупредительная сигнализация об отказе силового блока рулевого устройства;
- другие средства автоматики.
- Контроль и проверки — должны включать:
- полную перекладку руля с борта на борт и ее соответствие требуемым характеристикам рулевого устройства;
- визуальный осмотр рулевого устройства и его соединительных связей;
- проверку связи между ходовым мостиком и румпельным отделением.
- Процедуры перехода с одного режима управления рулем на другой: все члены судового комсостава, имеющие отношение к использованию и/или технической эксплуатации рулевого устройства, должны изучить эти процедуры;
- Тренировки по аварийному управлению рулем — должны проводиться, по крайней мере, каждые три месяца и должны включать непосредственное управление рулем из румпельного отделения, процедуры связи из этого помещения с ходовым мостиком и, где это возможно, использование альтернативных источников питания;
- Регистрация: в судовом журнале должны делаться записи о выполнении контроля и указанных проверок рулевого устройства, а также о проведении тренировок по аварийному управлению рулем.
ВПКМ должен в полном объеме выполнять требования по эксплуатации рулевого устройства и авторулевого, содержащиеся в нормативных и организационно-распорядительных документах.
ВПКМ контролирует правильность удержания судна на курсе авторулевым. Установка отсчет курса на авторулевом и поправки к нему выполняется в соответствии с инструкцией по эксплуатации авторулевого с обязательным участием ВПКМ, т. к. рулевой, самостоятельно устанавливая отсчет, следит за тем, чтобы рыскание судна было симметричным, и невольно вводит собственную поправку в заданный курс.
Сигнализация об отклонении судна от заданного курса, где она имеется, должна быть всегда включена, когда судно управляется авторулевым, и должна быть отрегулирована в соответствии с преобладающими погодными условиями.
Если сигнализация перестает использоваться, капитан должен быть немедленно поставлен в известность.
Использование сигнализации никоим образом не освобождает ВПКМ от обязанности часто контролировать точность удержания авторулевым заданного курса.
Несмотря на сказанное выше, вахтенный ПКМ всегда должен иметь в виду необходимость поставить человека на руль и заблаговременно перейти с автоматического управления рулем на ручное с тем, чтобы безопасным образом разрешить любую потенциально опасную ситуацию.
Если судно управляется авторулевым, то в высшей степени опасно позволить ситуации дойти до такой стадии, когда ВПКМ будет вынужден прервать непрерывное наблюдение, чтобы предпринять необходимые чрезвычайные действия без помощи рулевого.
Вахтенный ПКМ обязан:
- Четко знать порядок перехода с автоматического управления рулем на ручное, а также на запасное и аварийное рулевое управление (все варианты перехода с одного способа управления рулем на другой должны быть ясно изображены на мостике);
- Не менее одного раза за вахту осуществлять переход с автоматического управления рулем на ручное и обратно (переход всегда должен осуществляться либо самим вахтенным ПКМ, либо под его непосредственным контролем);
- Во всех случаях опасного сближения с судами заблаговременно переходить на ручное управление рулем;
- Плавание в стесненных водах, СРД, при ограниченной видимости, в штормовых условиях, во льдах и других сложных условиях осуществлять, как правило, при ручном управлении рулем (в необходимых случаях включать в работу второй насос гидравлического привода рулевой машины).
В соответствии с Правилом V/24 «СОЛАС-74», в районах высокой интенсивности, в условиях ограниченной видимости и во всех других опасных для плавания ситуациях, если используются системы управления курсом и/или по заданному пути, должна быть предусмотрена возможность немедленного перехода на ручное управление рулем.
Судовой мостик В вышеупомянутых обстоятельствах вахтенный помощник капитана должен иметь возможность без промедления использовать для управления судном квалифицированного рулевого, который в любой момент должен быть готов приступить к управлению рулем.
Переход с автоматического управления рулем на ручное, и наоборот, должен производиться ответственным лицом командного состава или под его наблюдением.
Ручное управление рулем должно испытываться после каждого продолжительного использования систем управления курсом и/или по заданному пути, и перед входом в районы, где судовождение требует особой осторожности.
В районах, где судовождение требует особой осторожности, на судах должно работать более одного силового агрегата рулевого привода, если такие агрегаты могут работать одновременно.
Вахтенный помощник капитана должен отдавать отчет в том, что внезапный выход авторулевого из строя может повлечь риск столкновения с другим судно, посадки судна на мель (при плавании вблизи навигационных опасностей) либо другие неблагоприятные последствия. По этой же причине обеспечение технической надежности и грамотной эксплуатации авторулевых становится объектом все более пристального внимания.
Ситуация: Внезапный разворот лайнера «Norwegian Sky» у входа в пролив Хуан-де-Фука
19 мая 2001 года пассажирский лайнер «Norwegian Sky» (длина 258 м, водоизмещение 6000 тонн) следовал в канадский порт Ванкувер, имея на борту 2000 пассажиров. При входе в пролив Juan de Fuka судно на высокой скорости внезапно пошло на циркуляцию. Неожиданные динамические нагрузки в сочетании с креном судна до 8° привели к ранениям и травмам 78 пассажиров.
По сообщению Береговой Охраны США, которая производила расследование инцидента, внезапное изменение курса судна произошло в тот момент, когда старший помощник капитана (first officer) заподозрил ненадежную работу авторулевого. По информации, СПКМ отключил авторулевой, перешел на ручное управление рулем и вручную вернул судно на заданный курс. Расследование Береговой Охраны должно ответить на ключевой вопрос: когда же именно произошло внезапное изменение курса судна — пока судно управлялось авторулевым либо в процессе некорректного перехода на ручное управление рулем?
Предлагается к прочтению:
Рулевое устройство является основным средством управления судном, обеспечивающим его поворотливость и удерживающем его на заданном курсе. Основными его частями являются:
пост управления (штурвал или рулевой электрический манипулятор);
рулевая передача от поста управления к рулевому двигателю;
рулевой двигатель;
рулевой привод от рулевого двигателя к баллеру руля;
руль или поворотная насадка, непосредственно обеспечивающие управляемость судна.
Основной пост управления рулём находится в рулевой рубке у путевого компаса и репитера гирокомпаса. Штурвал или пульт управления рулем монтируют обычно на одной колонке с авторулевым генератором. Рулевой указатель помещается на колонке управления и на левой переборке рубки так, что капитан и вахтенный помощник имели возможность постоянно контролировать положение пера руля.
Штурвал или манипулятор. Штурвал представляет собой колесо с рукоятками, при помощи которых оно вращается на валу, помещающемся в специальной штурвальной тумбе.
Поворотом штурвала рулевой приводит в движение всю рулевую систему. Для простоты управления штурвал устроен таким образом, что вращение его вправо соответствует повороту носа корабля вправо и наоборот.
Электрический рулевой манипулятор представляет собой рукоятку, установленную на специальной тумбе. Движение рукоятки вправо или влево через электрическую передачу приводит в движение рулевой электродвигатель, с помощью которого руль поворачивается в соответствующую сторону. Штурвалы (манипуляторы) устанавливаются в постах управления кораблем (в рулевой походной рубке, в боевых рубках, в центральном посту и в румпельном отделении).
Для обеспечения контроля за положением руля на тумбе штурвала или манипулятора или рядом с ними устанавливаются рулевые указатели, показывающие угол отклонения руля.
Рулевая передача. Поворот штурвала приводит в движение рулевую передачу, которая служит для управления рулевым двигателем, находящимся обычно в кормовой части корабля. Существует несколько систем рулевых передач.
Валиковая передача состоит из систем стальных или бронзовых валиков, соединенных друг с другом с помощью конических шестеренок или шарниров.
Валиковая передача имеет существенные недостатки: шестеренки довольню быстро срабатываются, деформация палуб и прогиб валиков могут вывести из действия все рулевое устройство.
Гидравлическая передача представляет собой систему, состоящую из двух цилиндров, соединенных между собою тонкими медными трубками. Один из цилиндров расположен в нижней части штурвальной тумбы, и поршень его связан со штурвалом. Поршень другого цилиндра, находящийся у рулевой машинки, связан с ее золотником. Вся система заполнена жидкостью (смесью глицерина с водой или минеральным маслом).
Схема валиковой передачи.
1 - штурвал, 2 -конические шестеренки, 3- валики, 4 - рулевой двигатель, 5 - руль.
Схема гидравлической передачи.
1 - штурвал, 2 - манипуляторная часть, 5 - трубопроводы, 4 - поршень исполнительной части.
Штуртросовая передача.
При повороте штурвала поршень цилиндра, находящегося в штурвальной тумбе, давит на жидкость и заставляет ее переливаться по трубкам, а так как жидкость в практических условиях не сжимается, то перемещается поршень второго цилиндра.
Гидравлическая передача мало живуча, так как, если трубка будет перебита, передача выходит из строя и для ее восстановления требуется много времени.
Электрическая передача в настоящее время должна быть признана наиболее совершенной системой. Она осуществляется при помощи электрических проводов. Основным элементом этих передач являются контроллеры, расположенные в штурвальной тумбе и связанные специальным электропроводом, проложенным в наиболее защищенных частях судна, с электрической рулевой машиной, находящейся в румпельном отделении. Контроллеры поворачиваются штурвалом, ручным качающимся коромыслом или специальными ручками и приводят в движение электрическую рулевую машину
Штуртросовая передача применяется на малых судах. Она состоит из стальных тросов или цепей, связанных с одной стороны со штурвалом, а с другой - непосредственно с рулевым приводом. Главный недостаток штуртросовой передачи - это значительное трение в роликах или шкивах, по которым проходит штуртрос, а также ее быстрое растяжение, приводящее к образованию мертвых ходов.
Аксиометр - прибор для указания положения руля относительно диаметральной плоскости судна. Он установлен на штурвальной тумбе или рядом с нею. Стрелка показывает, на сколько градусов переложен руль вправо или влево, при этом загорается соответственно зеленая или красная сигнальная лампочка; при прямом положении руля горит белая лампочка.
Рулевой двигатель приводит в движение рулевые приводы. Существует очень много конструкций рулевых двигателей, но чаще всегона судах имеются электрические и электрогидравлические машины.
На случай порчи рулевого двигателя он снабжается удобным средством для выключения его из рулевой системы и перехода к ручному управлению.
Рулевые приводы. Для передачи рулю усилий, развиваемых рулевыми двигателями, применяются рулевые приводы. В качестве рулевых двигателей на судах имеются электрические и электрогидравлические машины.
Рулевые приводы обеспечивают передачу усилий рулевого двигателя к баллеру.
Секторно-румпельный привод применяется па некоторых современных судах небольшого тоннажа. В таком приводе румпель жестко скреплен с баллером руля. Сектор, свободно насаженный на баллер, связан с румпелем при помощи пружинного амортизатора, а с рулевым двигателем - зубчатой передачей. Перекладка руля осуществляется рулевым двигателем через сектор и румпель, а динамические нагрузки от ударов волн гасятся амортизаторами.
На современных судах рулевые машины совмещаются с рулевыми приводами, что позволяет добиться высокого коэффициента полезного действия всего устройства.
Наибольшее распространение из таких комбинированных устройств получили электрогидравлические машины.
В отечественном судостроении применяют плунжерные электро-гидравлические машины. В них давление рабочей жидкости преобразуется в поступательное движение плунжера, которое затем через механическую передачу преобразуется во вращательное движение румпеля. В качестве рабочей жидкости в таких машинах применяется минеральное масло. Машины выпускаются в двух и четырехцилиндровом исполнении.
В такой машине с баллером руля 1 жестко связан румпель 2 и на нем установлен ползун, соединенный с плунжерами 3 двух цилиндров 4. Цилиндры соединены трубопроводами с насосом 6, приводимым в действие электродвигателем 5. Масло, перекачиваемое посредством насоса из одного цилиндра в другой, вызывает поступательное перемещение поршней, поворачивающих баллер через румпель. Амортизатором является перепускной клапан 7, который посредством дополнительного трубопровода соединен с обоими цилиндрами. При ударах воли в перо руля в одном из цилиндров создается излишнее давление. Тогда клапан приоткрывается, и масло перемещается из одного цилиндра в другой. На крупнотоннажных теплоходах, обычно устанавливают четырехцилиндровые электрогидравлические машины, создающие большие вращающие моменты.
На баллере 1 жестко насажен румпель 2, который через ползуны 3 соединен с плунжерами 4 гидроцилиндров 5. Электродвигателями 6 приводятся в действие радиально-поршневые насосы переменной подачи 7. Рычагом управления 8, приводимым в действие телемоторами 9 с поста управлении через тягу 10 с амортизаторами 11, ведется регулировка работы насосов. При повороте вправо насосы подают рабочую жидкость (масло) в правый носовой, и левый кормовой цилиндры. Давлением масла через плунжеры, ползуны и румпель, вращающий момент, как указано сплошными стрелками, будет передан на баллер, и руль повернется вправо. Штриховые стрелки показывают направление тока масла при повороте руля влево.
Переключением клапанов в клапанной коробке можно вводить в действие четыре или два цилиндра (носовую или кормовую пары). Могут быть включены два насоса или один из них. Переключение производится в румпельном отделении. На некоторых судах переключение может производиться с мостика. Как правило, в стесненных водах, в узкостях, на подходах к портам включают оба насоса. В открытом море в действии обычно находится один.
Штурвалом запасного управления перекладка руля осуществляется из румпельного отделения, где установлен репитер гирокомпаса. Такая система имеет аварийный ручной насос, установленный вне румпельного отделения и имеющий отдельный трубопровод, который на рисунке не показан. При работе ручного насоса действует только одна пара цилиндров.
Преимуществами электрогидравлических машин являются: получение больших усилий и крутящих моментов при малых массах и размерах на единицу мощности, плавное бесшумное изменение скорости в широких пределах, высокий коэффициент полезного действия, надежное смазывание трущихся частей маслом, применяемым в качестве рабочей жидкости, возможность надежной зашиты от перегрузок и долговечность при дублировании основных узлов.
При эксплуатации электрогидравлических машин необходимо учитывать, что их работа зависит от качества работы гидронасосов. Все замеченные неполадки в работе таких машин обычно относятся к насосам и элементам системы управления. Так, не отфильтрованное масло в системе, окалина, оставшаяся в трубах, металлическая стружка во внутренних полостях деталей могут служить причиной выхода из строя насосов и системы управления машиной. Сам же плунжерный агрегат надежен и долговечен.
В соответствии с требованиями Регистра РФ рулевое устройство морских судов должно иметь три привода: основной, запасный и аварийный.
Основной привод должен обеспечивать непрерывную перекладку руля с борта на борт при максимальной скорости переднего хода, при этом время перекладки руля с крайнего положения 35° одного борта до 30° другого не должно превышать 28 с.
Запасный рулевой привод должен обеспечивать непрерывную перекладку руля с борта на борт при скорости переднего хода, равной половине максимальной, но не менее 7 уз. Запасный рулевой привод должен действовать независимо от основного, и его необходимо устанавливать на всех судах, кроме судов с основными ручными приводами при наличии аварийного румпеля, судов с несколькими раздельно управляемыми рулями и судов с одной электрогидравлической рулевой машиной при наличии двух независимых гидронасосов. Переход с основного на запасное рулевое управление должен быть выполнен за время, не превышающее 2 мин.
Аварийный рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля с борта на борт при скорости переднего хода не менее 4 уз. Аварийный привод не должен располагаться ниже палубы переборок. Установка его не требуется, если основной и аварийный приводы расположены в помещении, целиком находящемся выше самой высокой грузовой ватерлинии.
Допускается, чтобы основной, запасный и аварийный рулевые приводы или два агрегата основного привода имели некоторые общие части, например румпель, сектор, редуктор или цилиндровый блок, но при условии, что конструктивные размеры этих частей будут увеличены в соответствии с требованиями Регистра СССР.
Румпель-тали могут рассматриваться как запасный или аварийный рулевой привод только для судов валовой вместимостью до 500 per. т; если они могут присоединиться к электрическому шпилю или лебедке, то они будут рассматриваться как запасный привод, действующий от источника энергии.
Рулевое устройство должно иметь систему ограничителей поворота руля, допускающую его перекладку на угол не более 36,5°. Система управления рулевым приводом должна быть такой, чтобы перекладка руля прекращалась раньше, чем руль дойдет до ограничителя, и во всяком случае не позднее момента, соответствующего перекладке его на угол 35°.
Около каждого поста управления рулевым приводом должен быть указатель положения пера руля. Такие указатели должны быть и в румпельном отделении. Точность показаний относительно истинного положения пера руля должна быть не менее: Г - при положении руля в диаметральной плоскости; 1,5° - при углах перекладки от 0 до 5°; 2,5° - при углах перекладки от 5 до 35°.
Рули. Рулем называется та часть рулевой системы, которая под действием обтекающей корабль воды заставляет его делать повороты.
Рули бывают обыкновенные, балансирные и полубалансирные.
Обыкновенные и полубалансирные рули , состоят из пера 1 , рудерпнеа 4 и баллера 2 . Для облегчения перо выполняется в виде листовой рамы, прикрываемой стальными листами.
Рудерпис имеет ряд петель 5 , в которые вставляются штыри 6 . На рудерпосте имеются петли с отверстиями для навешивания руля. Баллер руля проходит через отверстие в корпусе корабля, называемое гельмпортом. Чтобы не допустить воды внутрь корабля, гельмпорт укупоривается сальником 9 . Самая верхняя часть баллера называется головой руля.
Обыкновенный руль.
1 - перо руля, 2 - баллер, 3- голова руля, 4 - рудерпис, 5 - петли, 6-щтыри, 7- пятка, 8 - рудерпост, 9- сальник.
Балансирный руль не имеет рудерписа. Он упирается специальными выступами на петли, помещающиеся внутри корабля.
Действие руля. Когда судно стоит неподвижно, то перекладка руля в ту или другую сторону никакого действия на корабль не окажет. На ходу, если руль стоит прямо, т. е. в средней продольной (диаметральной) плоскости, судно будет идти прямо. Происходит это от того, что струя встречной воды равномерно с обоих бортов обтекает корпус
Положение руля на переднем ходу. а - вправо, б - влево.
судна и перо руля. Но как только руль будет положен на переднем ходу в сторону, например, вправо, то струи воды, идущие вдоль правого борта, встретят на своем пути перо руля и начнут на него давить. С левого же борта вода никакого препятствия встречать не будет. Под давлением водяных струй справа руль, а вместе с ним и корма начнут подаваться влево, нос пойдет в противоположную сторону, и судно покатится вправо.
При положении руля влево будем наблюдать отклонение кормы вправо, а носа - влево
На заднем ходу произойдет обратное явление: при перекладке руля вправо встречные струи воды будут давить на левую сторону пера руля и толкать корму вправо, а нос - влево, при перекладке руля, влево корма пойдет влево, а нос вправо.
Положение руля на заднем ходу. а- вправо, б - влево.
Отсюда следует, что на переднем ходу корабль катится в ту же сторону, в которую положен руль, а на заднем - в сторону, обратную положению руля.
Причины, влияющие на поворотливость. При управлений кораблем необходимо считаться с влиянием на поворотливость работы винтов, инерции, крена, ветра, волны.
При разборе влияния на поворотливость корабля работы винтов нужно знать наименование шага последних. Винт, вращающийся по часовой стрелке, если смотреть на него, с кормы в нос, называется винтом правого шага (рис. 147); винт, вращающийся против часовой стрелки, - винтом левого шага (рис. 148).
На одновинтовых кораблях ставят винты правого шага, я на двухвинтовых так, чтобы они работали наружу, т, е. справа - винт правого шага, а слева - левого (рис. 149).
Под действием винта правого шага одновинтовой корабль стремится уклониться носом вправо: на переднем ходе немного, а на заднем - сильно. Поэтому при разворачивании в узкости всего лучше делать поворот вправо, если это возможно.
На двух винтовом судне действие винтов взаимно уравновешивается, если они работают с одинаковой силой.
Насадка на винт, установленная вместо руля, значительно улучшает поворотливость судна. Применение ее обеспечивает также увеличение скорости хода судна на 4-5% при постоянной мощности главного двигателя. Насадка представляет
собой надетое на винт и укрепленное на баллере кольцо, которое разворачиваться в горизонтальной плоскости. Отбрасываемая гребным винтом струя создает реактивную силу, обеспечиваю поворот судна. В хвостовой части насадки в плоскости оси баллера имеется стабилизатор, усиливающий рулевое действие насадки
Дополнительно к основным средствам управления могут быть установлены также средства активного управления (САУ) , причем некоторые из них нe только улучшают поворотливость, но и обеспечивают перемещение судна лагом.
Средства активизации управления (САУ) нашли широкое применение на флоте, так как они, во-первых, обеспечивают маневрирование судна на малых ходах, и, во-вторых, улучшают маневренность судна при швартовке.
К наиболее часто встречающимся САУ на судах относятся: активные рули (АР), подруливающие устройства (ПУ), вспомогательные движительно-рулевые колонки (ВДРК).
Активный руль имеет вспомогательный винт в насадке на задней кромке кормового руля. Электрический двигатель вспомогательного винта заключен в каплевидный кожух, питание к нему подается по пустотелому баллеру, а управление выведено в ходовую рубку. На некоторых судах этот двигатель, смонтированный в торце баллера, находится в румпельном отделении и соединен с винтом с помощью вала, находящегося внутри баллера. При работе вспомогательного винта создается сила упора.
Поворот активного руля на некоторый угол к диаметральной плоскости создает момент, разворачивающий корму в сторону, противоположную перекладке руля. При этом намного уменьшается диаметр циркуляции, а поворотливость судна не зависит от скорости хода -
гребной винт от главного двигателя может вообще не вращаться.
При прямом положении руля вспомогательный винт активного руля обеспечивает судну ход до 3 узлов.
Подруливающее устройство (ПУ) представляет собой движитель, заключенный в поперечный туннель ниже ватерлинии и создающий упор в перпендикулярном диаметральной плоскости направлении. Туннель обычно расположен в носовой части судна, но на некоторых судах подруливающее устройство и туннель устроены и в носу, и в корме; в этом случае судно может перемещаться лагом. Рабочим органом ПУ могут быть винты (одиночные и парные), крылатые движители или насосы. Входные отверстия туннеля закрыты жалюзи, а в туннельной трубе помещены редуктор и два винта, вращающиеся в разные стороны. Реверсивный электродвигатель через редуктор передает вращение на гребные валы ПУ.
Выдвижная движительно-рулевая поворотная колонка, которую вместе с винтом и насадкой можно вращать по всему горизонту, что дает возможность создать упор в любом направлении. На ходу судна устройство убирается в специальную шахту в корпусе и не оказывает дополнительного сопротивления движению судна.
Рулевое устройство предназначено для сохранения заданного курса или изменения его в нужном направлении. В состав рулевого устройства входят руль, рулевой привод, рулевая машина и системы дистанционного управления рулевой машиной с ходового мостика.
Руль. Основными органами управления большинства современных морских судов являются рули: обыкновенные, балансирные и полубалансирные. На некоторых судах улучшение ходкости и управляемости достигается установкой винтов с насадками, активных рулей, подруливающих устройств, крыльчатых движителей и др. Перекладка обычных и активных рулей, а также поворотных насадок с нужной скоростью на требуемый угол (от диаметральной плоскости - ДП) или удержание их в заданном положении производится рулевой машиной.
Рулевой привод . Рулевые приводы делятся на две группы: с гибкой связью (штуртросовые, цепные) и с жесткой связью (зубчатые, винтовые, гидравлические).
Выбор типа рулевого привода обусловливается расположением рулевой машины на судне. На большинстве судов, особенно маломерных, рулевая машина располагается в рулевой рубке или под ней на уровне верхней палубы. При таком расположении рулевой машины ее связь с баллером руля осуществляется обычно через гибкую цепную или тросовую передачу. Охватывающую тяговый барабан рулевой машины цепь направляют через ролики вдоль бортов и присоединяют концами к сектору или румпелю, закрепленному на баллере руля. На. прямолинейных участках цепь часто заменяют стальными штангами. В бортовую проводку включают талрепные стяжки для выборки слабины и амортизирующие буферные пружины, работающие на сжатие.
На рис. 4.1 схематически изображен штуртросовый привод с рычажным румпелем.
Рис. 4.1. Схема штуртросового привода с рычажным румпелем
Румпель 5 представляет собой рычаг, один конец которого жестко насажен на головку баллера руля О. Ко второму концу румпеля присоединен штуртрос 4, выполненный из цепи или стального троса. Штуртрос проходит по направляющим блокам 2 и навивается на барабан 1. При вращении барабана один конец штуртроса навивается и тянет за собой румпель, который поворачивает руль, а второй конец в это время сматывается с барабана. Для смягчения толчков от ударов волн о перо руля в системе штуртроса предусмотрены пружинные амортизаторы 3.
Недостатком описанного рулевого привода является появление неизбежной слабины в штуртросах. Это приводит к неточности перекладки руля, так как при перемене направления вращения штуртросового барабана сначала будет выбираться слабина, т. е. будет мертвый ход.
Провисание штуртроса устранено в штуртросовых приводах с секторным румпелем (рис. 4.2). Замена румпеля сектором позволяет уравнять длины сбегающего и набегающего тросов при перекладке пера руля.
Рис. 4.2. Схема секторного штуртросового привода
Рис. 4.3, Схема секторного зубчатого привода
На внешней стороне сектора 3 имеются две канавки, в которых размещены два противоположных конца штуртроса, закрепленные на ступице в точках 1 и 2. Трос к проушинам крепят через амортизирующие пружины, работающие на сжатие. Провисание штуртроса исключается, так как последний не сходит полностью с сектора при его повороте на углы перекладки руля и обеспечивает постоянство плеча, создающего момент на баллере.
Секторный зубчатый рулевой привод показан на рис. 4.3.
Он состоит из зубчатого сектора 2, свободно сидящего на голове баллера 1 руля, и румпеля 3, жестко укрепленного на баллере. Связь между сектором и румпелем осуществляется с помощью буферных пружин 4, которые предохраняют зубчатую передачу от поломки при ударе волн о перо руля. Зубчатый сектор находится в зацеплении с цилиндрической шестерней 5, вал 6 которой вращается рулевой машиной. Секторный зубчатый привод позволяет осуществлять точную перекладку руля.
Расположение рулевой машины на корме в специальном румпельном отделении обеспечивает надежную связь машины с румпелем, однако при этом требуется довольно длинная кинематическая связь рулевой машины с ходовым мостиком.
В современном судостроении более широко применяются рулевые приводы с жесткой связью. Рулевые машины расположены в непосредственной близости от рулевого привода.
На рис. 4.4 изображен винтовой привод, который может приводиться в действие электродвигателем или ручным штурвалом.
Рис. 4.4. Винтовой привод
Привод состоит из вала 12 с правой и левой резьбами, по которому при вращении движутся в разные стороны ползуны 11 и 4, скользящие вдоль неподвижных направляющих 5 и 10. Тягами 3 и 13 ползуны соединены с концами румпеля 1, насаженного на баллер руля 2. Винтовой вал приводится во вращение червяком 8, сидящим на валу двигателя и находящимся в зацеплении с червячным колесом 7 и парой цилиндрических шестерен 9 и 6. Если при вращении вала ползун 11 пойдет вправо, а ползун 4 - влево, то руль будет перекладываться на правый борт. При обратном движении вала ползуны 11 и 4 будут расходиться и руль будет перекладываться на левый борт.
Рулевой привод такой конструкции часто применяют в качестве запасного ручного привода. Его недостатками являются косвенное влияние конечной длины тяг на точность перемещения ползуна, низкий механический КПД и жесткость соединений.
Рулевое устройство обеспечивает управляемость судна, т. е. позволяет удерживать судно на заданном курсе и изменять направление его движения. Составными частями рулевого устройства являются: руль, рулевой двигатель, рулевой привод, пост управления и рулевая передача.
Руль служит непосредственно для сохранения или изменения направления движения судна. Он состоит из стальной плоской или обтекаемой пустотелой конструкции - пера руля и вертикального поворотного вала - баллера, жестко соединенного с пером. На верхний конец баллера (головку), выведенный на одну из палуб, насаживается сектор или рычаг - румпель.
К нему прилагается внешнее усилие, поворачивающее баллер. При установке пера руля в диаметральной плоскости движущегося судна оно будет сохранять направление движения.
Если перо руля отклонить от этого положения, то сила давления воды, действующая на перо, создаст вращающий момент, который повернет судно. Рулевой двигатель - паровая, электрическая, гидравлическая или электрогидравлическая машина, приводящая в действие руль.
Рулевой двигатель устанавливается у румпеля и соединяется с ним непосредственно, без промежуточных передач, или отдельно от румпеля.
Рулевой привод
передает усилие от рулевого двигателя к баллеру. Пост управления устанавливается в рулевой рубке. Он служит для дистанционного управления рулевой машиной через штурвал, контроллер или кнопочный пульт управления.
Органы управления монтируют обычно на одной колонке с авторулевым агрегатом, рядом устанавливают путевой магнитный компас и репитер гирокомпаса. Для контроля за положением пера руля относительно диаметральной плоскости судна на колонке управления и на лобовой переборке рубки устанавливают рулевые указатели - аксиометры.
Рулевая передача
служит для связи поста управления с пусковым механизмом рулевого двигателя. Наиболее простыми передачами являются механические, непосредственно соединяющие штурвал с пусковым устройством рулевого двигателя.
Но они имеют ряд существенных недостатков (низкий КПД, требуют постоянного ухода и др.) и на современных судах не применяются. Основными видами рулевых передач являются электрические и гидравлические.
рис. 61 Рули
а - обыкновенный плоский; б - обтекаемый; в - балансирный, г - полубалансирный
По конструкции пера рули могут быть плоскими и обтекаемыми.
Обыкновенный плоский руль
имеет ось вращения у передней кромки руля (рис. 61, а). Перо руля 1, изготовленное из стального листа толщиной 20-30 мм, имеет ребра жесткости 2, которые идут попеременно с одной и другой стороны пера.
Они отлиты или откованы заодно с утолщенной вертикальной кромкой руля - рудерписом 3, имеющим ряд петель 4 с надежно закрепленными в них штырями 5. Этими штырями руль навешивается на петли 6 рудерпоста 9. Штыри имеют бронзовую облицовку, а петли рудер-поста - бакаутовые втулки. Нижний штырь рудерписа входит в углубление пятки ахтерштевня 10, в которое для уменьшения трения вставляется бронзовая или бакаутовая втулка с закаленной стальной чечевицей на дне. Пятка ахтерштевня через чечевицу воспринимает на себя весь вес руля.
Для предупреждения смещения руля вверх
один из штырей, обычно верхний, на нижнем конце имеет головку. Верхняя часть рудерписа соединяется с баллером руля 8 при помощи специального фланца 7. Фланец несколько смещен от оси вращения, благодаря чему образуется плечо и облегчается поворот пера руля.
Смещенный фланец позволяет во время ремонта пера руля снять его с петель рудерпоста без подъема баллера, разобщив фланец и развернув перо и баллер в разные стороны.
Обыкновенные плоские рули просты по конструкции, отличаются прочностью, но создают большое сопротивление движению судна и требуют большого усилия для их перекладки. Поэтому на современных судах вместо плоских рулей применяются обтекаемые.
Перо обтекаемого руля
(рис. 61, б) представляет собой сварной металлический каркас, обшитый листовой сталью (стальная оболочка водонепроницаемая). Перу придают обтекаемую форму. Для уменьшения сопротивления воды движению судна на пере руля устанавливают специальные наделки - обтекатели и придают обтекаемую форму рудерпосту.
В зависимости от положения пера руля относительно оси его вращения рули подразделяются на обыкновенные, или небалансирные, балансирные и полубалансирные.
У балансирного руля
(рис. 61, в) часть пера расположена к носу судна от оси вращения. Площадь этой части, называемой балансирной, составляет от 20 до 30% всей площади пера. При перекладке руля давление встречных потоков воды на балансирную часть пера содействует повороту руля, уменьшая тем самым нагрузку на рулевую машину.
Балансирные рули, как правило, обтекаемые. Полубалансирный руль (рис. 61, г) отличается от балансирного тем, что его балансирная часть имеет меньшую высоту, чем основная.
Крепление балансирных и полубалансирных рулей осуществляется по-разному в зависимости от конструкции кормы и ахтерштевня судна. Кроме рассмотренных основных типов рулей, на некоторых судах применяются специальные рули и подруливающие устройства, позволяющие значительно улучшить маневренные качества судна. К ним относятся: активные рули, поворотные насадки, дополнительные носовые рули и подруливающие устройства.
Активные рули имеют обтекаемую форму.
В каплевидной наделке на пере руля вмонтирован электродвигатель, который приводит во вращение небольшой гребной винт, установленный за задней кромкой пера. Питание на электродвигатель подается через пустотелый баллер.
Активный руль упором рулевого винта позволяет эффективно разворачивать судно, имеющее малую скорость движения или не имеющее хода, что очень важно при плавании в узкостях, при швартовке и в других случаях.
Поворотная насадка представляет собой массивное кольцо
, закрепленное на баллере по типу балансирного руля. При повороте насадки струя воды, отбрасываемая гребным винтом, изменяет свое направление и этим обеспечивается поворот судна.
Такие насадки применяются на буксирах. Носовые рули балансирного типа устанавливаются в дополнение к основным для улучшения управляемости на заднем ходу. Они применяются на паромах и некоторых других судах.
Для улучшения маневренности судна используются также подруливающие устройства. Их гребные винты, насосы или крыльчатые движители создают упор в направлении, перпендикулярном ДП судна, чем способствуют эффективному развороту судна. Управляют подруливающими устройствами из рулевой рубки.
Рулевое устройство предназначено для удержания судна на курсе или изменение направления его движения. Оно обеспечивает управляемость судна.
На судах применяют рули: обыкновенные, балансирные и полубалансирные.
Руль обыкновенный – это руль, перо которого расположено в корму от оси вращения.
По конструкции различают 2 типа рулей: 1-слойные или плоские, опирающихся на рёбра, соединённые с рудерписом, и 2-хслойные, или обтекаемые, у которых перо руля состоит из рамы, обшитой стальными листами. Пустое пространство заполняется деревом или гарпиусом с целью предупреждение коррозии.
Для навешивания обыкновенного руля на рудерпирсе и рудерпосте делаются петли. Отверстия в петлях на рудерпирсе конические, а на рудерпосте цилиндрические. Нижняя петля на рудерпосте не имеет сквозного отверстия и является опорой, воспринимающей вес руля. В подпятнике под штырь кладётся «чечевица». В процессе эксплуатации при износе чечевица заменяется. Для того, чтобы ударом волны руль не был поднят вверх и сорван с петель, 1 из штырей, обычно верхний имеет головку. Такая конструкция позволяет снять руль не входя в док.
Для предупреждения перекладки руля на угол, больший 35 о, устанавливают ограничители: выступы на рудерпирсе и рудерпосте, цепи, выступы на палубе.
Верхней частью рудерпирс соединяется с баллером. Способы соединения могут быть различными, но должно быть выполнено 1-о непременное условие: руль должен сниматься без вертикального сдвига баллера. Наиболее употребительным является фланцевое соединение на болтах. Верхний конец баллера выводится на ту палубу, где расположен рулевой привод.
Для того, чтобы предотвратить поступление воды в корпус судна через вырез для прохода баллера, он помещается в гельмпортовую трубу, соединение которой с наружной обшивкой и настилом палубы делается водонепроницаемым.
Использование обтекаемых рулей позволяет уменьшить сопротивление воды при движении судна. Благодаря этому повышается управляемость судна и уменьшается мощность, затрачиваемая на перекладку руля.
Рама пустотелого руля состоит из рудерпирса, наружного обода и нескольких рёбер. Листы обшивки соединяются с рамой при помощи сварки.
Навешивание обыкновенного 2-хслойного руля производится так же, как и 1-слойного, но делают 2 штыря, что позволяет максимально приблизить перо руля к рудерпосту (его также делают обтекаемым). Он является неподвижной частью пера руля – контрруль. Эта конструкция позволяет увеличить скорость судна на 5-6%.
а) Обыкновенный плоский руль имеет ось вращения у передней кромки руля. Перо руля 9, изготовленное из толстого стального листа, с обеих сторон подкреплено ребрами жесткости 8. Они отлиты или откованы заодно с утолщенной вертикальной кромкой руля – редерпирсом 7 – с петлями 6, в которых надежно закреплены штыри 5 руля, навешиваемого на петли 4 рудерпоста 1. Штыри имеют бронзовую облицовку, а петли рудерпоста – бакаутовые втулки. Нижний штырь рудерпирса входит в углубление пятки ахтерштевня 10, в которое для уменьшения трения вставляется бронзовая втулка с закаленной стальной чечевицей на дне. Пятка ахтерштевня через чечевицу воспринимает на себя давление руля.
Для предупреждения смещения руля вверх один из штырей, обычно верхний, на нижнем конце имеет головку. Верхняя часть рудерпирса соединяется с баллером 2 руля специальным фланцем 3. Фланец несколько смещен от оси вращения, поэтому образуется плечо и облегчается поворот пера руля. Смещение фланца позволяет во время ремонта пера руля снять его с петель рудерпоста без подъема баллера, разобщив фланец и развернув перо и баллер в разные стороны.
Обыкновенные плоские рули просты по конструкции и прочны, но создают большое сопротивление движению судна, поэтому требуется большое усилие для их перекладки. На современных судах применяют обтекаемые, балансирные и полубалансирные рули.
б) Перо обтекаемого руля представляет собой сварной металлический водонепроницаемый каркас, обшитый листовой сталью.
Перу придают обтекаемую форму и иногда устанавливают на нем дополнительно специальные наделки – обтекатели. Рудерпост также делают обтекаемым.
в) Убалансирного руля часть пера смещена от оси вращения к носу судна. Площадь этой части, называемой балансирной, составляет 20 – 30% всей площади пера. При перекладке руля давление встречных потоков воды на балансирную часть пера содействует повороту руля, уменьшая нагрузку на рулевую машину.
г) Полубалансирный руль отличается от балансирного тем, что его балансирная часть имеет меньшую высоту, чем основная.
Рули балансирный и полубалансирный – это рули, у которых перо руля располагается по обе стороны оси вращения. Эти рули требуют меньших усилий для перекладки. Часть площади, расположенной в нос от оси вращения, - балансирная часть руля. Отношение площади балансирной части ко всей остальной – степень балансировки и выражается в %. На современных судах степень балансировки равна 20-30%
Руль называется балансирным , если высота его балансирной части равна высоте главной части руля. Если балансирная часть имеет по оси баллера меньшую высоту, чем главная часть, то такой руль – полубалансирный.
Балансирный руль навешивается на ахтерштевень, не имеющий рудерпоста. Руль навешивается на 2-е петли в верхней части и подпятнике, но может быть и иная конструкция: руль удерживается баллером, который имеет подпятник в нижней части гельмпорта. Часто встречается балансирный подвесной руль. Перо такого руля вообще не имеет опор и удерживается только баллером, который в свою очередь лежит на упорных и опорных подшипниках.
Активный руль представляет собой обтекаемый руль, снабжённый небольшим гребным винтом. При перекладке руля к возникающей на пере силе добавляется сила упора винта. Для повышения эффективности винт помещают в направляющую насадку. Винт вращается от электромотора, помещённого в каплевидную наделку на пере руля. Мощность установки колеблется от 50 до 700л.с. При аварии главных машин можно использовать рулевой винт, судно сохранит ход 4-5 узлов.
Носовые подруливающие устройства . В носовой части судна делаются поперечные туннели, в которых размещаются небольшие гребные винты. Диаметр подруливающих винтов достигает 2м, мощность мотора до 800л.с. Для изменения направления струи применяют систему заслонок, а также реверсирование гребного винта.
Подруливающие устройства обеспечивают управляемость на малом и заднем ходах, позволяя перемещаться даже лагом. Могут применяться на самых различных судах.
Секторный привод со штуртросовой передачей . На баллере вместо прямого румпеля закреплён сектор. Каждая ветвь штуртроса по специальной канавке обегает сектор и крепится на его ступице. При такой конструкции в нерабочей ветви штуртроса слабина устранена. Величина центрального угла сектора должна быть такой, чтобы штуртрос не имел больших изломов. Обычно он равен двойному углу перекладки руля, т.е. 70 о.
При ремонте руля в море его требуется закрепить в определённом положении. Для этого на рулевом приводе имеется тормоз. На сектор устанавливают тормозную дугу, к которой винтовым приводом прижимают тормозную колодку.
В секторном приводе с зубчатой передачей зубья располагаются по дуге сектора и зацепляются с шестернёй, связанной с рулевым приводом. Зубчатый сектор свободно сидит на баллере и связан с прямым румпелем, закреплённым на баллере жёстко, через буферные пружины. Такая связь предохраняет зубья сектора и шестерни от поломки при ударах волны в перо руля.
В настоящее время широкое применение получают гидравлические приводы , являющиеся разновидностью румпельного привода. На прямом продольном румпеле установлен ползун, который соединяется штангами с поршнями цилиндров. Цилиндры соединены с насосом, приводимым в движение электродвигателем. При перекачки жидкости из 1-го цилиндра в другой поршни перемещаются и разворачивают румпель. В систему привода включен перепускной клапан. При ударе волны в перо руля в 1-ом из цилиндров создаётся избыточное давление, жидкость по дополнительному трубопроводу через перепускной клапан поступает в другой цилиндр, выравнивая давление. Таким образом смягчаются рывки румпеля.
Для переведение в действие рулевых приводов используют паровые машины и электродвигатели. На больших судах, как правило, применяют ручные приводы, устанавливаемые в рулевой рубке. Для облегчения перекладки руля между штурвалом и барабаном рулевой машины включают зубчатую или червячную передачу.
=Матрос II класса (стр.56)=
