Что входит в состав рулевого устройства судна. Рули судов, их формы и типы

Рулевое устройство предназначено для обеспечения управляемости судном (устойчивости на курсе и поворотливости).

Общий вид рулевого устройства показан на рис.6.20. В состав рулевого устройства входят руль, привод руля, привод управления.

Вруль входит перо руля и баллер. Основой пера руля является мощная вертикальная балка –рудерпис . С рудерписом соединены горизонтальные рёбра жесткости и петли. По сечению рули делятся на пластинчатые и обтекаемые. Обтекаемый руль - пустотелый в сечении имеет каплевидную форму, улучшает управляемость, увеличивает КПД винта, обладая собственной

Рис. 6.19.Основные типы рулей: а – обыкновенный небалансирный; б – балансирный; в – балансирный подвесной; г – полубалансирный полуподвесной.

плавучестью, уменьшает нагрузку на подшипники. Из-за этих преимуществ практически все морские суда имеют обтекаемые рули. По положению оси вращения рули делятся на: небалансирные, полубалансирные и балансирные, По методу крепления к корпусу судна - обыкновенные, подвесные и полуподвесные (рис.6.19). У балансирных и полубалансирных рулей часть площади руля (до 20%) расположена в нос от оси вращения руля, что уменьшает момент и мощность, необходимую для поворота руля и нагрузку на подшипники.

Баллер служит для передачи вращающего момента на перо руля и его поворота. Баллер – прямой или изогнутый стержень, который крепится одним концом к перу руля с помощью фланца или конуса, а другой конец входит через гельмпортовую трубу и сальник в корпус судна. Баллер поддерживается подшипниками, на его верхний конец насажен румпель – одноплечий или двуплечий рычаг.

Рулевой привод связывает баллер руля с рулевой машиной и состоит из румпеля и соответствующей передачи к нему от рулевой машины. Наибольшее применение имеет гидравлический плунжерный привод рис. 6.21 и рулевая машина с качающимися цилиндрами рис. 6.23. Находят применение зубчатосекторный привод(устаревший тип), румпельный и винтовой (рис.6.22).

Рис. 6.20. Рулевое устройство.

1 – перо руля; 2 – рудерпис; 3 – баллер; 4 – нижний подшипник; 5 – рулевая машина; 6 – гельпортовая труба.

От рулевого устройства зависит безопасность судна, поэтому требуется, чтобы кроме основного привода был и запасной. Основной привод должен обеспечивать поворот руля на полном ходу судна с 35° одного борта до 30° другого борта за 28 сек (механический ограничитель поворота руля на 35 о, а конечный выключатель на 30 о). Запасной привод должен обеспечивать перекладку руля при половинной скорости (но не менее 7 узлов) с 20° на 20° другого борта за 60 сек. Аварийный привод должен быть предусмотрен, если какая-либо ватерлиния проходит выше палубы румпельной (помещения, где размещена рулевая машина).

Учитывая особую важность рулевого устройства для безопасности судна, на современных судах обычно устанавливают два одинаковых привода, которые соответствуют требованиям к основному приводу (рис. 6.21). Это значительно повышает надёжность рулевого устройства, так как в этом случае возможна взаимная замена узлов.

При гидроприводе поворот руля осуществляется за счёт подачи масла высокого давления в один из гидроцилиндров и под действием плунжера поворачивается румпель и руль (из противоположного гидроцилиндра масло свободно сливается).

Рис. 6.21. Общий вид (а) и схема действия электрогидравлической рулевой машины (б): 1-баллер, 2 – румпель, 3 – цилиндр, 4 – плунжер, 5 – электродвигатель, 6 – масляный насос, 7 – пост управления.

Рис. 6.22. Рулевые приводы: а – румпельный; б – винтовой; в – секторный.

1- перо руля; 2- баллер; 3- румпель; 4- штуртрос; 5- зубчатый сектор; 6- пружинный амортизатор;

7-винтовой шпиндель; 8- ползун.

Ручной румпельный привод (рис.6.22.а ) применяется на катерах. Так как тросы намотаны на барабан в противоположных направлениях, то при вращении штурвала с барабаном один трос удлиняется, а второй укорачивается, что заставляет поворачиваться румпель и руль.

Винтовой привод (рис.6.22.б ) применяется на небольших судах. Так как резьба на шпинделе в районе ползунов противоположного направления, то при вращении шпинделя в одну сторону ползуны сближаются, а при вращении в другую - удаляются друг от друга. Это заставляет поворачиваться румпель и руль.

Зубчато-секторный привод раннее достаточно широко применялся (рис.6.22.в ). Приводится в движение электромотором через редуктор. В этом приводе румпель как всегда жёстко посажен на баллер, а зубчатый сектор свободно вращается на баллере. Румпель связан с сектором пружинным аммортизатором, что смягчает удары волн передаваемые от пера руля на редуктор

Привод управления рулевой машины связывает штурвал, расположенный в рулевой рубке и рулевую машину. Наиболее распространены электрический и гидравлический приводы.

Рис. 6.23. Рулевой привод с качающимися цилиндрами

В узкостях на малом ходу судно плохо слушается руля, так как малая скорость набегающего на руль потока резко уменьшает поперечную гидродинамическую силу на руле. Поэтому в этих случаях обычно прибегают к помощи буксиров или на судне устанавливают средства активного управления (САУ): подруливающие устройства, выдвижные поворотные винтовые колонки, активные рули, поворотные насадки.

Подруливающие устройства (рис. 6.24.а) обычно устанавливают в носовой части судна, а иногда и в кормовой. Для того, чтобы ниша в корпусе не создавала дополнительного сопротивления на ходу судна, она закрывается жалюзями.

Выдвижная рулевая колонка обеспечивает упор в любом направлении, поэтому она часто используется на малых судах и плавсредствах для удержания на одном месте на больших глубинах. На малых глубинах возможно повреждение колонки.

Активный руль (рис.6.25) – это установленный в пере руля небольшой винт с приводом от электродвигателя или гидродвигателя, расположенного в капсуле, встроенной в руль. В некоторых случаях привод винта осуществляется от электродвигателя, расположенного в румпельной через вал, который проходит через полый баллер. При неработающем главном двигателе руль может поворачиваться до 90 о и создавать упор в нужном направлении при работе вспомогательного винта. Иногда этот вариант САУ используется, когда необходимо обеспечить малую скорость судна порядка 2 – 4 узлов

Рис. 6.24. Подруливающее устройство (а) и выдвижная поворотная движительно-рулевая колонка (б).

Поворотная насадка (рис. 6.25.б) представляет собой обтекаемое кольцеобразное тело, внутри которого вращается винт. При повороте насадки отклоняется отбрасываемая винтом струя воды, что вызывает поворот судна. Поворотная насадка значительно улучшает поворотливость на малых ходах и особенно на заднем ходу. Это объясняется тем, что вся струя воды отклоняется насадкой как на переднем, так и на заднем ходу, в отличие от руля. Кроме того, в ряде случаев насадка позволяет увеличить КПД винта.

К

Рис.6.25 Активный руль (а) и поворотная насадка (б): 1- перо руля; 2- вспомогательный винт; 3- электродвигатель;4- баллер; 5- электрокабель; 6- гребной винт; 7-насадка поворотная.

Все большую популярность приобретают азимутальные комплексы “AZIPOD”, которые устанавливаю на пассажирских судах и даже на суда арктического плавания. Типичная компоновка предусматривает: две кормового расположения поворотные винторулевые колонки, удерживающие гондолы, вмещающие в себя электродвигатели, приспособленные для вращения “тянущих” гребных винтов (ВФШ) (рис.6.26). Мощность каждой из колонок до 24000 квт.

Рис.6.26. Винторулевые колонки типа “AZIPOD”

Специальный гидравлический привод обеспечивает поворот каждой из гондол на 360° с угловой скоростью до 8° за секунду. Управление вращением винтов дает возможность выбрать любой режим работы в диапазоне от “полного вперед” до “полного назад”. Существенно, что режим “полный назад” может быть обеспечен судну без разворота колонок-гондол на 180°.

“Ходовой режим” -используется при движении судна с относительно большой скоростью; гондолы при этом поворачиваются синхронно (углы совместной перекладки в пределах ±35°). Отмечается высокая гидродинамическая эффективность такого рулевого комплекса: управляемость судна остается приемлемой даже при остановке вращения винтов. Ходовой режим допускает экстренное торможение (за счет реверса – без поворота колонок);

“Режим маневрирования” (мягкая форма) – используется при движении судна с относительно малой скоростью. В этом режиме одна из гондол сохраняют функцию “маршевого” устройства, вторую разворачивают на 90°, заставляя работать в качестве мощного кормового подруливающего устройства;

“Режим маневрирования” (жесткая форма ) – винты, переложенные на правый и левый борт (+45° и –45°), заставляют вращаться “вперед” или “назад”. Если винт правой гондолы рабо­тает “вперед”, левой – “назад”, возникает поперечная управляющая сила в направлении правого борта; в симметричной ситуации – в направлении левого борта.

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:

1. «СОЛАС-74» — правила, касающиеся технических требований к рулевому устройству;
2. «СОЛАС-74», Правило V/24, — «Использование системы управления курсом и/или системы управления судном по заданной траектории»;
3. «СОЛАС-74», Правило V/25, — «Работа главного источника электрической энергии и/или рулевого привода»;
4. «СОЛАС-74», Правило V/26, — «Рулевой привод: испытания и учения»;
5. Правила Классификационных обществ, касающиеся рулевых устройств;
6. Рекомендации по эксплуатационным требованиям к системам управления курсом (Резолюция MSC.64(67), Приложение 3, и Резолюция MSC.74(69), Приложение 2);
7. «Bridge Procedures Guide», пп. 4.2, 4.3.1-4.3.3, Annex A7;
8. Устав службы на судах Министерства морского флота Союза ССР;
9. «РШС-89»;
10. Документы и «Руководства» по «СУБ» конкретной судоходной компании;
11. 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.

«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.

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:

Назначение : обеспечение управляемости судна, т.е. его способности двигаться по определённой траектории.

Конструкция рулевого устройства .

Общее расположение одного из вариантов рулевого устройства представлено на рисунке.

Рис. 3.1.1. Схема рулевого устройства:

1- перо руля; 2 – фланцевое соединение; 3- опоры баллера;

4 – голова баллера; 5 – рулевой привод; 6 – рулевая машина;

7- штурвал; 8 – рулевая передача; 9 – баллер; 10 – гельмпортовая труба;

11 – петля пера руля; 12 – штырь; 13 – петля рудерпоста;

14 – рудерпост; 15 – пятка ахтерштевня.

Основным элементом, создающим необходимое для маневра усилие, является перо руля 1. Для поворота пера руля на некоторый угол относительно ДП служит баллер 9 – вал переменного по длине диаметра. Участки с увеличенным по сравнению с расчётным диаметром предусматриваются в местах расположения опор баллера 3 для повышения ремонтопригодности. Для соединения баллера и пера руля чаще всего используют либо фланцевое соединение 2, изображённое на рисунке, либо конусное соединение. Баллер руля входит в кормовой подзор корпуса судна через гельмпортовую трубу 10, обеспечивающую непроницаемость корпуса, и имеет не менее двух опор 3 по высоте. Нижняя опора располагается над гельмпортовой трубой и имеет сальниковое уплотнение, препятствующее попаданию воды в корпус судна. Верхняя опора располагается непосредственно у головы баллера, обычно она воспринимает массу баллера и руля, поэтому на баллере делают кольцевой выступ.

Необходимое для поворота руля усилие на баллере создаётся посредством рулевого привода . В состав рулевого привода входят: рулевая машина 6; средства передачи крутящего момента от рулевой машины голове баллера 4 (рулевой привод - румпель или сектор 5); рулевая передача 8; а так же система дистанционного управления рулевым приводом – устройство для передачи команд по перекладке руля с ходового мостика (от штурвала 7) на органы управления рулевой машины.

Классификация рулей .

По распределению площади пера руля относительно оси вращения выделяют следующие типы рулей (рисунок 3.1.2):

Рис. 3.1.2. Классификация рулей по распределению площади:

1 – перо руля; 2 – противоледовый выступ; 3 – баллер;

4 – рудерпост; 5- кронштейн.

- небалансирный (обычный ) (рис. 3.1.2, а), ось вращения которого близка к передней (носовой) кромке пера руля (отстоит от неё на расстояние, равное радиусу опоры руля);

- балансирный (рис. 3.1.2, б), ось вращения которого смещена ближе к центру гидродинамического давления (отстоит от передней кромки на расстояние, большее радиуса опоры руля), при этом часть площади пера, находящаяся в нос от оси вращения, называется балансирной;

- полубалансирный (рис. 3.1.2, в), у которого распределение площади в нижней части пера руля соответствует балансирному, а в верхней – обычному рулю;

- подвесной (рис. 3.1.2, г), выделяется в классификации традиционно и является тем же балансирным рулём, отличающимся тем, что непосредственно на пере руля опоры не размещаются.

Балансирные и полубалансирные рули характеризуются коэффициентом балансирности k d:

где: F d - часть площади пера руля, находящаяся между передней кромкой и осью вращения (балансирная), м 2 ; F – полная площадь пера руля, м 2 .

Для балансирных рулей обычно k d = 0,21¸0,23, для полубалансирных k d = 0,15.

Достоинство балансирных и полубалансирных рулей: вследствие меньшего отстояния центра давления от оси вращения момент на баллере требуется меньше, чем у небалансирных.

Недостаток – крепление таких рулей к судну сложнее и менее надёжно.

По форме профиля выделяют следующие типы рулей:

- плоские однослойные, из-за своей низкой эффективности применяются редко – в основном на несамоходных судах;

- профилированные двухслойные (обтекаемые ), состоящие из наружной обшивки и внутреннего набора. Набор формируется из горизонтальных рёбёр и вертикальных диафрагм, сваренных друг с другом. Гоизонтальные рёбра крепятся к основе пера руля – рудерпису, представляющему собой массивный вертикальный стержень. Рудерпис изготавливается вместе с петлями для навешивания пера руля на рудерпост. Конкретную форму профиля руля как правило подбирают экспериментально, соответственно, именуют профили по названию лабораторий, в которых они разработаны.

Рулевые приводы, их виды, конструкция и требования к ним .

Рулевой привод предназначен для непосредственного выполнения перекладки руля и контроля его положения.

В составе рулевого привода можно выделить (достаточно условно) следующие элементы:

Устройство для передачи крутящего момента от рулевой машины к баллеру (иногда называемое собственно рулевым приводом);

Рулевая машина – силовая установка, создающая необходимое усилие для поворота баллера;

Рулевая передача, осуществляющая связь между постом управления и рулевой машиной;

Система контроля.

Выделяют следующие основные виды рулевых приводов:

Механические (ручные), к которым относятся румпельно-штуртросовые, секторно-штуртросовые, секторные с валиковой проводкой, винтовые румпельные;

Имеющие источник энергии (гидравлические, электрические, электрогидравлические).

Механические приводы применяются только на малых судах и в качестве вспомогательных рулевых приводов.

Требования к рулевым приводам содержатся в Правилах классификации и постройки морских судов РМРС (том 1, раздел III «Устройства, оборудование и снабжение», п. 2 «Рулевое устройство» и том 2, раздел IX «Механизмы», п.6.2 «Рулевые приводы»). Среди основных требований можно выделить следующие:

1. Все суда должны быть снабжены главным и вспомогательным рулевыми приводами, действующими независимо один от другого.

2. Главный привод и баллер должны обеспечивать перекладку руля с 35 0 одного борта на 30 0 другого борта не более чем за 28 с при максимальной эксплуатационной осадке и скорости переднего хода.

3. Вспомогательный привод должен обеспечивать перекладку руля с 15 0 одного борта на 15 0 другого борта не более чем за 60 с при максимальной эксплуатационной осадке и скорости хода, равной половине максимальной эксплуатационной скорости переднего хода или 7 уз (в зависимости от того что больше).

4. На нефтеналивных судах, газовозах и химовозах валовой вместимостью 10000 и более, на прочих судах вместимостью 70000 и более, а также на всех атомных судах главный рулевой привод должен включать в себя два (или более) одинаковых силовых агрегата. Соответственно, для них должны быть предусмотрены две независимых системы управления с ходового мостика.

5. Управление главным приводом должно быть предусмотрено с ходового мостика и из румпельного отделения.

6. Управление вспомогательным приводом должно быть предусмотрено из румпельного отделения, а в том случае если он действует от источника энергии – должно быть предусмотрено также независимое управление с ходового мостика.

7. Конструкция рулевых приводов должна обеспечивать переход при аварии с главного привода на вспомогательный за время не более 2 мин.

8. Должен быть обеспечен контроль положения руля.

Выделяют следующие типы рулевых приводов:

Продольно-румпельный, в котором одноплечий румпель, насаженный на головку баллера, расположен в продольном направлении (рис. 3.1.3, а);

Поперечно-румпельный, в котором румпель представляет собой двуплечий рычаг (рис. 3.1.3, б) – название при этом условно, т.к. румпель может находиться как вдоль, так и поперёк ДП судна;

Секторный, в котором насаженный на головку баллера сектор поворачивается ведущей шестернёй рулевой машины (рис. 3.1.3, в).

а) б) в)

Рис. 3.1.3 Типы рулевых приводов:

а – продольно-румпельный; б – поперечно-румпельный; в секторный.

В настоящее время на крупных судах получил распространение поперечно-румпельный привод с совмещённой с ним четырёхплунжерной гидравлической рулевой машиной.

Выделяют следующие типы рулевых передач:

Валиковая, при которой связь между постом управления и исполнительным механизмом (например, золотником гидравлической рулевой машины) осуществляется посредством системы стальных валиков (отрезков труб), соединённых между собой с помощью шарниров или конических зубчатых передач;

Гидравлическая, в которой используется объёмный гидропривод;

Электрическая, состоящая из системы самосинхронизирующихся двигателей – при вращении штурвала в роторе передающего двигателя (генератора) возбуждается ток, вызывающей вращение ротора приёмника, соединённого с исполнительным механизмом рулевой машины.

Из различных типов рулевых машин наибольшее распространение получили электрические и электрогидравлические рулевые машины.

Наиболее распространёнными на современных судах являются электрогидравлические четырёхплунжерные рулевые машины с поперечно-румпельным рулевым приводом. Конструкция такой ЭГРМ с механической обратной связью приведена на рисунке 3.1.4.

Рис. 3.1.4 Электрогидравлическая рулевая машина (ЭГРМ)

Два идентичных исполнительных механизма ИМ (приводимых в действие электродвигателями 11 от двух электрических линий управления) работают на один выходной управляющий элемент – шток 12. Перемещение штока h (являющееся заданием на перекладку руля) с помощью рычагов BD и FG, соединённых в точке С, и штанги 17 передаётся насосам регулируемой подачи 8, приводимых в действие электродвигателями 7. Насосы согласно полученным перемещениям е 1 и е 2 регулируемых органов создают подачу Q 1 и Q 2 соответственно.

При работе насосов в цилиндрах рулевой машины 6 создаётся перепад давлений р 1 – р 2 , в результате чего баллер 3 посредством плунжеров 5 и румпеля 2 поворачивается, и руль 1 перекладывается на некоторый угол a.

При этом обратная механическая связь 4 возвращает посредством рычагов DB и FG штангу 17 в исходное среднее положение, в котором суммарное перемещение регулируемых органов насосов е = 0. Давления в полостях цилиндров выравниваются, перемещение руля останавливается и поддерживается заданный угол a. Таким образом, данная ЭГРМ с механической обратной связью представляет собой автономную следящую систему, включённую последовательно замкнутому контуру электрической системы управления.

Указатели положения руля на мостике получают электрический сигнал от датчика 14, приводимого в действие рычагом 13, соединённым со штоком 12.

Для согласования нулевых положений штанги и управляемых органов насосов служит регулировочное устройство, состоящее из винтовых соединений 15 и 16 на концах штанги NL. Серьги AB и HG компенсируют взаимное перемещение рычагов.

В случае отказа дистанционной системы управления рулевая машина приводится в действие штурвалом 10, соединённым с редуктором 9.

§ 31. Рулевое устройство

Основные элементы рулевого устройства показаны на рис. 54.

Руль - основной орган, обеспечивающий работу устройства. Он действует только на ходу судна и в большинстве случаев располагается в кормовой части. Обычно на судне один руль. Но иногда для упрощения конструкции руля (но не рулевого устройства, которое при этом усложняется) ставят несколько рулей, сумма площадей которых должна быть равной расчетной площади пера руля.

Основной элемент руля - перо. По форме поперечного сечения перо руля может быть: а) пластинчатым или плоским, б) обтекаемым или профилированным.

Преимущество профилированного пера руля в том, что сила давления на него превосходит (на 30% и более) давление на пластинчатый руль, что улучшает поворотливость судна. Отстояние центра давления такого руля от входящей (передней) кромки руля меньше, и момент, необходимый для поворота профилированного руля, также меньше, чем у пластинчатого руля. Следовательно, потребуется и менее мощная рулевая машина. Кроме того, профилированный (обтекаемый) руль улучшает работу винта и создает меньшее сопротивление движению судна.

Форма проекции пера руля на ДП зависит от формы кормового образования корпуса, а площадь - от длины и осадки судна (L и Т). У морских судов площадь пера руля выбирается в пределах 1,7-2,5% от погруженной части площади диаметральной плоскости судна. Ось баллера является осью вращения пера руля.

Баллер руля в кормовой подзор корпуса входит через гельм- портовую трубу. На верхней части баллера (голове) крепится на шпонке рычаг, называемый румпелем , служащий для передачи вращательного момента от привода через баллер на перо руля.

Рис. 54. Рулевое устройство. 1 - перо руля; 2 -баллер; 3 - румпель; 4 - рулевая машина с рулевым приводом; 5 -гельмпортовая труба; 6 - фланцевое соединение; 7 - ручной привод.

По способу крепления пера руля с корпусом судна различают рули:

А) простые - с опорой на нижнем торце руля или со многими опорами на рудерпосте;

Б) полуподвесные - с опорой на специальном кронштейне в одной промежуточной точке по высоте пера руля;

В) подвесные - висящие на баллере.

По положению оси вращения относительно пера руля различают рули:

А) пебалапсириые - с осью, размещенной у передней (входящей) кромки пера;

Б) полубалансирные - с осью, расположенной на некотором расстоянии от передней кромки руля, и отсутствием площади в верхней части пера руля, в нос от оси вращения;

Рис. 55. Классификация судовых рулей в зависимости от способа крепления их с корпусом и расположения оси поворота: а - небалансирные; б- балансирные. 1 - простой; 2 - полуподвесной; 3 - подвесной.

Отношение площади балансирной (носовой) части ко всей площади руля называется коэффициентом компенсации, который у морских судов лежит в пределах 0,20-0,35, а у речных 0,10-0,25.

Рулевой привод представляет собой механизм, передающий на руль усилия, развиваемые в рулевых двигателях и машинах.

Рулевая машина на судах приводится в действие электрическими или электрогидравлическими двигателями. На судах длиною менее 60 м разрешается вместо машины установка ручных приводов. Мощность рулевой машины выбирается исходя из расчета перекладки руля на предельный угол до 35° с борта на борт за 30 сек.

Рулевой привод предназначается для передачи команд от штурмана из рулевой рубки к рулевой машине в румпельное отделение. Наибольшее применение находят электрическая или гидравлическая передачи. На малых судах применяются валиковые или тросовые приводы, в последнем случае этот привод называют - штуртросовым.

Рис. 56. Активный руль: а - с конической передачей на винт; б - с электромотором водяного исполнения.

Приборы управления передают приказания рулевому при управлении рулем вручную. Рулевое устройство - одно из самых важных устройств, обеспечивающих живучесть судна.

На случай аварии рулевое устройство имеет дублирующий пост управления рулем, состоящий из штурвала и ручного привода, расположенных в румпель- ном отделении или вблизи от него.

На малых ходах судна рулевые устройства становятся недостаточно эффективными и порой делают судно совершенно неуправляемым.

Для повышения маневренности на современных судах некоторых типов (промысловых, буксирах, пассажирских и специальных судах и кораблях) устанавливают активные рули, поворотные насадки, подруливающие устройства или крыльчатые движители. Эти устройства позволяют судам самостоятельно выполнять сложные маневры в открытом море, а также проходить без вспомогательных буксиров узкости, входить на акваторию рейда и гавани и подходить к причалам, разворачиваться и отходить от них, экономя на этом время и средства.

Активный руль (рис. 56) представляет собой перо обтекаемого руля, на задней кромке которого установлена насадка с гребным винтом, приводящимся в движение от валиковой кони- ческой передачи, проходящей через пустотелый баллер и вращающийся от электродвигателя, установленного на голове баллера. Существует тип активного руля с вращением винта от электродвигателя водяного исполнения (работающего в воде) вмонтированного в перо руля.

При перекладке активного руля на борт работающий в нем винт создает упор, разворачивающий корму относительно оси поворота судна. При работе гребного винта активного руля на ходу судна скорость судна увеличивается на 2-3 узла. При остановленных главных двигателях от работы гребного винта активного руля судну сообщается малый ход до 5 узл.

Поворотная насадка , установленная вместо руля, при перекладке на борт отклоняет отбрасываемую гребным винтом струю воды, реакция которой вызывает разворот кормовой оконечности судна. Поворотные насадки преимущественно находят применение на речных судах.

Подруливающие устройства выполняются обычно в виде туннелей, проходящих через корпус, в плоскости шпангоутов, в кормовой и носовой оконечностях судна. В туннелях размещается гребной винт, крыльчатый или водометный движитель, создающие струи воды, реакции которых, направленные от противоположных бортов, разворачивают судно. При работе кормового и носового устройства на один борт судно перемещается лагом (перпендикулярно диаметральной плоскости судна), что очень удобно при подходе или отходе судна от стенки.

Крыльчатые движители, установленные в оконечностях корпуса также увеличивают маневренность судна.

Рулевое устройство подводной лодки обеспечивает более разнообразные ее маневренные качества. Устройство предназначается для обеспечения управляемости подводных лодок в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Управление подводной лодкой в горизонтальной плоскости обеспечивает плавание лодки по заданному курсу и осуществляется вертикальным и рулями , площадь которых несколько больше площади рулей надводных судов и определяется в пределах 2-3% от площади погруженной части диаметральной плоскости лодки.

Управление подводной лодкой в вертикальной плоскости на заданной глубине обеспечивается при помощи горизонтальных рулей.

Рулевое устройство горизонтальных рулей состоит из двух пар рулей с их приводами и передачами. Рули делаются парными, т. е. на одном горизонтальном баллере располагаются по бортам лодки два одинаковых пера руля. Горизонтальные рули бывают кормовыми и носовыми в зависимости от места расположения по длине лодки. Площадь кормовых горизонтальных рулей больше площади носовых рулей в 1,2-1,6 раза. Благодаря этому эффективность кормовых горизонтальных рулей в 2-3 раза выше эффективности носовых. Для увеличения момента, создаваемого кормовыми горизонтальными рулями, их обычно располагают за винтами.

Носовые горизонтальные рули на современных подводных лодках являются вспомогательными, их делают заваливающимися и устанавливают в носовой надстройке выше ватерлинии, чтобы не создавать дополнительного сопротивления и не мешать управлению лодкой при помощи кормовых горизонтальных рулей на больших скоростях подводного хода.

Обычно на полной и средней скорости подводного хода управление подводной лодкой производится при помощи одних кормовых горизонтальных рулей.

При малой скорости хода управление лодкой кормовыми горизонтальными рулями становится невозможным. Скорость, при которой лодка теряет управляемость, называется инверсивной скоростью . На этой скорости лодка должна управляться одновременно кормовыми и носовыми горизонтальными рулями.

Основные составные элементы рулевого устройства горизонтальных рулей и вертикальных рулей однотипны.

Рулевое устройство включает рулевую машину с румпельным, секторным, винтовым или гидравлическим приводом и собственно руль, основной и ручной (запасной) привод руля.

К основным требованиям, предъявляемым к рулевым устройствам, относят:

Максимальный угол перекладки руля для морских судов должен быть равен 35 градусам, а для судов речного флота может достигать 45 градусов;

Длительность перекладки руля с одного борта до другого борта должна быть не более 28 с;

Рулевые машины должны обеспечивать надёжную работу рулевого устройства в условиях качки судна с креном до 45 градусов, длительного крена — до 22,5 градусов и дифферента — до 10 градусов.

Дефектоскопия и ремонт . К характерным дефектам рулевого устройства относят:

Изнашивание шеек баллера руля, его изгиб и скручивание;

Изнашивание подшипников, штырей, чечевицы;

Повреждения соединения баллера с пером руля;

Коррозионные и эрозионные разрушения, трещины пера руля;

Нарушение центрирования руля.

Техническое состояние рулевого устройства определяют перед каждым очередным освидетельствованием судна (на плаву или в доке), до и после ремонта судна и при подозрении о появлении неисправности.

Дефектоскопию рулевого устройства проводят в два этапа.

На первом этапе, без каких-либо демонтажных работ, определяют общее техническое состояние рулевого устройства методом внешнего осмотра (со шлюпки и водолазный осмотр): соответствие положения пера руля и указателей (для определения величины скручивания баллера руля); зазоры в подшипниках и высоту от пятки ахтерштевня до пера руля (Н) (проседание руля):

На втором этапе рулевое устройство демонтируют и разбирают.

Демонтаж, разборка. Перед демонтажем руля в кормовой части устанавливают настил, подвешивают тали, готовят стропы, домкраты и необходимый инструмент. Разборка включает следующие операции:

Разбирают ручной привод руля, тормозное устройство и выводят из зацепления зубчатый сектор механического привода;

Снимают с головной части баллера руля зубчатый сектор, румпель;

Разбирают подшипники баллера руля, разъединяют и разобщают баллер с рудерписом;

Поднимают и выводят перо руля из кормового подзора и опускают на палубу дока, судна или на причал;

Опускают застропленный баллер через гельмпортовую трубу на палубу;

Выбивают чечевицу из гнезда пятки ахтерштевня через отверстие, имеющее в ней.

Втулку-подшипник, запрессованную в пятке ахтерштевня, в случае большого изнашивания, разрезают по длине и после смятия её краев выбивают из гнезда.

При разборке рулевого устройства наибольшую сложность представляет демонтаж румпеля с баллера руля. Как правило, румпель напрессован на головную часть баллера в горячем состоянии с натягом. Иногда головку румпеля для снятия разрезают газовым резаком во время разборки и проводят детальную дефектоскопию с последующим ремонтом деталей рулевого устройства.

Изнашивание шеек баллера устраняют проточкой (допустимое уменьшение диаметра шейки баллера — не более 10% номинального значения), либо электронаплавкой с последующей механической обработкой.

Изогнутый баллер правят в горячем состоянии с нагревом до температуры 850-900 С, а после правки его подвергают отжигу и нормализации. Точность правки считается удовлетворительной, если биение баллера в месте изгиба будет находиться в пределах 0,5-1 мм. После правки и нормализации плоскость фланца баллера и шейки протачивают на токарном станке.

При скручивании баллера до 15 градусов заваривают старый шпоночный паз, выполняют термообработку этого участка для снятия напряжений скручивания, размечают и фрезеруют новый шпоночный паз в плоскости пера руля.

При изнашивании втулки-подшипника и чечевицы их заменяют. Чечевицу изготавливают из стали с последующей закалкой.

Дефект фланцевого соединения баллера с пером руля устраняют их проворачиванием, шабрением шпоночного паза и установкой новой шпонки.

К наиболее частым повреждениям пера руля относят вмятины и разрывы листов обшивки пера руля. При общем изнашивании обшивки пера руля (более 25% толщины) листы заменяют.

Трещины и коррозионные разрушения сварных швов устраняют разделкой и сваркой. Перед заменой обшивки пера руля из её внутренней полости удаляют варпек (продукт перегонки каменного угля), который представляет собой твёрдую стекловидную массу чёрного цвета. После ремонта во внутреннюю полость пера руля опять заливают варпек в горячем состоянии (при нагревании варпек становится жидким).

До постановки простого руля на место проверяют центрирование отверстий петель ахтерштевня методом натянутой струны. За базу при центровке петель ахтерштевня принимают оси гельмпортового подшипника и подшипника пятки ахтерштевня.

Качество ремонта и монтажа рулевого устройства оценивают по результатам центрирования, величине установочных зазоров в подшипниках, соответствию положений пера руля и указателей.

Критерием общего технического состояния рулевого устройства является время перекладки руля во время ходовых испытаний судна, которое не должно превышать 28 с. Испытания рулевого устройства должны проходить при волнении моря не более 3 баллов, на полном переднем ходу судна при номинальной частоте вращения гребного вала.

Методика контроля рулевого устройства по техническому состоянию.

Методика предусматривает определение общего технического состояния рулевого устройства на основе его наружных осмотров без каких-либо демонтажных работ (осмотр со шлюпки, водолазный осмотр) и контроля следующих параметров:

Уровня виброускорения баллера руля; .

Времени перекладки руля с борта на борт;

Давления жидкости в гидравлических цилиндрах для электрогидравлических рулевых машин;

Силы рабочего тока исполнительного электродвигателя для электрических рулевых машин;

Наличия металлических и абразивных продуктов изнашивания в рабочей жидкости.

По уровню виброускорения баллера руля контролируют состояние зазоров в подшипниках руля.

Периодичность контроля параметров рулевого устройства приведены в таблице:

Достижение предельно-допустимого значения хотя бы одним из параметров говорит о необходимости проведения технического обслуживания (ремонта) рулевого устройства.

На основе контроля фактического технического состояния рулевого устройства могут выполняться следующие работы: замена или пополнение смазки в подшипниках, замена подшипников, плунжерных пар; кроме того, решается вопрос о необходимости постановки судна в док для демонтажа баллера из-за увеличенных зазоров в его подшипниках и повреждений пера руля.