Морской сайт Россия нет 20 ноября 2016 Создано: 20 ноября 2016 Обновлено: 20 ноября 2016 Просмотров: 24786

Рулевое устройство служит для изменения направления движения судна или удерживать его на заданном курсе.

В последнем случае задачей рулевого устройства является противодействие внешним силам, таким как ветер или течение, которые могут привести к отклонению судна от заданного курса.

Рулевые устройства известны с момента возникновения первых плавучих средств. В древности рулевые устройства представляли собой большие распашные весла, укрепленные на корме, на одном борту или на обоих бортах судна.

Во времена средневековья их стали заменять шарнирным рулем, который помещался на ахтерштевне в диаметральной плоскости судна. В таком виде он и сохранился до наших дней.

Рулевое устройство состоит из руля, баллера, рулевого привода, рулевой передачи, рулевой машины и поста управления (рис. 1.34).

Рулевое устройство должно иметь два привода: главный и вспомогательный.

Главный рулевой привод - это механизмы, исполнительные приводы перекладки руля, силовые агрегаты рулевого привода, а также вспомогательное оборудование и средства приложения крутящего момента к баллеру (например, румпель или сектор), необходимые для перекладки руля с целью управления судном в нормальных условиях эксплуатации.

Вспомогательный рулевой привод - это оборудование необходимое для управления судном в случае выхода из строя главного рулевого привода, за исключением румпеля, сектора или других элементов, предназначенных для той же цели.
Главный рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля с 350 одного борта на 350 другого борта при максимальной эксплуатационной осадке и скорости переднего хода судна не более чем за 28 секунд.

Вспомогательный рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля с 150 одного борта на 150 другого борта не более чем за 60 секунд при максимальной эксплуатационной осадке судна и скорости, равной половине его максимальной эксплуатационной скорости переднего хода.

Управление вспомогательным рулевым приводом должно быть предусмотрено из румпельного отделения. Переход с главного на вспомогательный привод должен выполняться за время, не превышающее 2 минуты.

Руль - основная часть рулевого устройства. Он располагается в кормовой части и действует только на ходу судна. Основной элемент руля - перо, которое по форме может быть плоским (пластинчатым) или обтекаемым (профилированным).

По положению пера руля относительно оси вращения баллера различают (рис. 1.35):

обыкновенный руль - плоскость пера руля расположена за осью вращения;

полубалансирный руль - только большая часть пера руля находится позади оси вращения, за счет чего возникает уменьшенный момент вращения при перекладке руля;

балансирный руль - перо руля так расположено по обеим сторонам оси вращения, что при перекладке руля не возникают какие-либо значительные моменты.

В зависимости от принципа действия различают пассивные и активные рули. Пассивными называются рулевые устройства, позволяющие производить поворот судна только во время хода, точнее сказать, во время движения воды относительно корпуса судна.

Винторулевой комплекс судов не обеспечивает их необходимую маневренность при движении на малых скоростях. Поэтому на многих судах для улучшения маневренных характеристик используются средства активного управления, которые позволяют создавать силу тяги в направлениях, отличных от направления диаметральной плоскости судна. К ним относятся: активные рули, подруливающие устройства, поворотные винтовые колонки и раздельные поворотные насадки.

Активный руль - это руль с установленным на нем вспомогательным винтом, расположенным на задней кромке пера руля (рис. 1.36). В перо руля встроен электродвигатель, приводящий во вращение гребной винт, который для защиты от повреждений помещен в насадку.
За счет поворота пера руля вместе с гребным винтом на определенный угол возникает поперечный упор, обусловливающий поворот судна. Активный руль используется на малых скоростях до 5 узлов.
При маневрировании на стесненных акваториях активный руль может использоваться в качестве основного движителя, что обеспечивает высокие маневренные качества судна. При больших скоростях винт активного руля отключается, и перекладка руля осуществляется в обычном режиме.

Раздельные поворотные насадки (рис. 1.37). Поворотная насадка - это стальное кольцо, профиль которого представляет элемент крыла. Площадь входного отверстия насадки больше площади выходного.
Гребной винт располагается в наиболее узком ее сечении. Поворотная насадка устанавливается на баллере и поворачивается до 40° на каждый борт, заменяя руль.
Раздельные поворотные насадки установлены на многих транспортных судах, главным образом речных и смешанного плавания, и обеспечивают их высокие маневренные характеристики.

(рис. 1.38). Необходимость создания эффектив- ных средств управления носовой оконечностью судна привела к оборудованию судов подруливающими устройствами.
ПУ создают силу тяги в направлении, перпендикулярном диаметральной плоскости судна независимо от работы главных движителей и рулевого устройства.
Подруливающими устройствами оборудовано большое количество судов самого разного назначения. В сочетании с винтом и рулем ПУ обеспечивает высокую маневренность судна, возможность разворота на месте при отсутствии хода, отход или подход к причалу практически лагом.

В последнее время получила распространение электродвижущаяся система AZIPOD (Azimuthing Electric Propulsion Drive), которая включает в себя дизель-генератор, электромотор и винт (рис. 1.39).

Дизель-генератор, расположенный в машинном отделении судна, вырабатывает электроэнергию, которая по кабельным соединениям передается на электро-мотор. Элетромотор, обеспечивающий вращение винта, расположен в специальной гондоле. Винт находится на горизонтальной оси, уменьшается количество механических передач. Винторулевая колонка имеет угол разворота до 3600, что значительно повышает управляемость судна.

Достоинства AZIPOD:

экономия времени и средств при постройке;

великолепная маневренность;

уменьшается расход топлива на 10 - 20 %;

уменьшается вибрация корпуса судна;

из-за того, что диаметр гребного винта меньше - эффект кавитации снижен;

отсутствует эффект резонанса гребного винта.

Один из примеров использования AZIPOD - танкер двойного действия (рис. 1.40), который на открытой воде двигается как обычное судно, а во льдах двигается кормой вперёд как ледокол. Для ледового плавания кормовая часть DAT оснащена ледовым подкреплением для ломки льда и AZIPOD.

На рис. 1.41. показана схема расположения приборов и пультов управления: один пульт для управления судном при движении вперед, второй пульт для управления судном при движении кормой вперед и два пульта управления на крыльях мостика.

Перед каждым выходом в море рулевое устройство готовят к работе: тщательно осматривают все детали, устраняют обнаруженные неисправности, трущиеся части очищают от старой смазки и смазывают вновь.
Затем под руководством вахтенного помощника капитана проверяют исправность рулевого устройства в действии путем пробной перекладки руля. Перед перекладкой надо убедиться, что под кормой чисто и никакие плавсредства и посторонние предметы не мешают повороту пера руля.
Одновременно проверяют легкость вращения руля и отсутствие даже незначительных заеданий. Во всех положениях пера руля сличается соответствие показаний рулевых указателей и время, затрачиваемое на перекладку.

Румпельное отделение всегда должно быть на замке. Ключи от него хранятся в штурманской рубке и в машинном отделении на специально отведенных постоянных местах, аварийный ключ - у входа в румпельное отделение в запертом шкафчике с застекленной дверцей.

Между ходовым мостиком и румпельным отделением должны быть установлены две независимо действующие линии связи.

По прибытии в порт и по окончании швартовки руль ставят в прямое положение, выключают энергию на рулевой двигатель, осматривают рулевой привод и если все найдено в должном порядке, закрывают румпельное отделение.

Рулевое устройство служит для изменения направления движения судна, обеспечивая перекладку пера руля на некоторый угол в заданный промежуток времени. Основными его частями являются:

· Пост управления;

· 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.

Основные элементы рулевого устройства показаны на рис. 3.10.

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.

Рис.3.10 Рулевое устройство

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

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 d), 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 гельмпортовую трубу. На верхней части баллера (голове) крепится на шпонке рычаг, называемый румпелем, служащий для передачи вращательного момента от привода через баллер на перо руля.

Судовые рули принято классифицировать по следующим признакам:

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 руля;

в) подвесные – висящие на баллере.

По положению оси вращения относительно пера руля различают рули:

а) небалансирные – с осью, размещенной у передней (входящей) кромке пера;

б) балансирные – с осью, расположенной на некотором расстоянии от передней кромки руля.

Рис.3.11 Простой небалансирный руль.

Рис.3.12 Полуподвесной небалансирный руль.

Рис.3.13 Подвесной небалансирный руль.

Рис.3.14 Простой балансирный руль.

Рис.3.15 Полуподвесной балансирный руль (полуподвесной)

Рис.3.16 Подвесной балансирный руль.

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

Контрольные приборы следят за положением рулей и -исправным действием всего устройства.

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 румпельном отделении или вблизи от него.

При малых скоростях 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) 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.3.17) представляет собой перо обтекаемого руля, на задней кромке которого установлена насадка с гребным винтом, приводящимся в движение от валиковой конической 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.

Рис.3.17 Активный руль с конической передачей на винт .

Поворотная насадка , установленная вместо руля, при перекладке на борт отклоняет отбрасываемую гребным винтом струю воды, реакция которой вызывает разворот кормовой оконечности судна. Поворотные насадки представляют собой направляющую насадку гребного винта, укрепленную на вертикальном баллере, ось которого пересекается с осью гребного винта в плоскости диска винта (рис.29). Поворотная направляющая насадка является частью движительного комплекса и одновременно служит органом управления, заменяя руль. Выведенная из ДП насадка работает как кольцевое крыло, на котором возникает боковая подъемная сила, вызывающая поворот судна. Возникающий на баллере насадки гидродинамический момент (как на переднем, так и нa заднем ходу) стремится увеличить угол ее перекладки. Чтобы снизить влияние этого отрицательного момента, в хвостовой части насадки устанавливается стабилизатор с симметричным профилем. Угол поворота насадки относительно ДП корабля составляет, как правило, 30-35°.

Рис.3.18. Поворотная насадка.

Подруливающие устройства выполняются обычно ввиде туннелей, проходящих через корпус, в плоскости шпангоута в кормовой и

Рис.3.19 Принципиальная схема подруливающего устройства

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.

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.

Конструкция рулевых устройств с пассивным рулем зависит от следующих факторов:

Конструктивных особенностей кормового подзора судна;

Типа рулей;

Типа соединения руля с баллером;

Типа рулевого привода.

Рули . Судно может иметь один (в ДП), два (за винтами на двухвинтовых судах), а также три и более рулей.

Современный судовой руль (рис.208) представляет собой вертикальное крыло с внутренними подкрепляющими ребрами, вращающееся вокруг вертикальной оси, площадь которого у морских судов составляет 1/40–1/60 площади погруженной части ДП (произведения длины судна на его осадку: LT).

На форму руля значительное влияние оказывает форма кормовой оконечности судна и расположение ГВ.

По форме профиля пера рули делятся на плоские и профильные обтекаемые . Профильный руль состоит из двух выпуклых наружных оболочек, имеющих с внутренней стороны ребра и вертикальные диафрагмы, сваренных друг с другом и обра­зующих каркас для повышения жесткости, который с обеих сторон покрыт приваренными к нему стальными листами.

Профильные рули имеют перед пластинчатыми ряд преимуществ: более высокое значение нормальной силы давления на руль; меньший момент, необходимый для поворота руля. Кроме того, обтекаемый руль позволяет улучшить пропульсивные качества судна. Поэтому они нашли наибольшее применение.

Внутреннюю полость пера руля заполняют пористым материалом, предотвра­щающим попадание воды внутрь. Перо руля крепится к рудерпису с помощью штырей (рис. 209, 210). Рудерпис отли­вают (или отковывают) заодно с петлями для навешивания руля на рудерпост (отливку иногда заменяют сварной конструкцией), являющийся неотъемлемой частью ахтерштевня.

По способу соединения с корпусом и количеству опор пера пассивные рули разделяют:

На простые (многоопорные) (рис. 211, а , б, в );

Полуподвесные (одноопорные – подвешенные на бал­лере и опертые на корпус в одной точке) (рис. 211, в );

Подвесные (безопорные, подвешенные на баллере) (рис. 211, г ).

По положению оси баллера относительно пера разли­чают рули небалансирные (обычные), у которых ось баллера проходит вблизи передней кромки пера, и балансирные, ось бал­лера у которых расположена на некотором расстоянии от передней кромки руля. Полуподвесные балансирные рули называют также полубалансирными (см. рис. 211).

Небалансирные рули уста­на­в­ливают на одновинтовых судах, полубалансирные и балан­сир­ные – на всех судах. Применение подвесных (балансирных) рулей позволя­ет снизить мощность рулевой машины за счет умень­шения крутящего момента, необходимого для пе­рекладки руля.

Наиболее важными геометрическими характеристиками руля являются:

Площадь S r ;

Относительное удлинение l r = S r /b 2 r = h 2 r /S r ;

- средняя ширина руля b r ;

Высота пера руля h r ;

Форма и относительная толщина профиля.

Величина площади пера руля зависит от типа судна и его назначения. Для ориентировочной оценки необходимой площади руля обычно используют отношение S r /LT ,которое для морских транспортных судов с одним рулем составляет 1,8–2,7, для танкеров – 1,8– 2,2; для буксиров – 3– 6; для судов прибрежного плавания – 2,3– 3,3.

Баллер руля (см. рис. 211, 213) – это массивный вал, при помощи которого поворачи­вается перо руля. Нижний конец баллера обычно имеет криволи­нейную форму и заканчивается лапой – фланцем, служащим для соединения баллера с пером руляболтами, что облегчает съем руля при ремонте (рис.212). Иногда вместо фланцевого (рис. 212, а ) применяют замковое (рис. 212, б ) или конусное соединение. Крепление пера руля к баллеру и корпусу на многих типах судов имеет много общего и отличается незначительно. Конструкции верхнего узла крепления приведены на рис. 209, а нижнего – на рис. 211, а, б ) Установка под штырь чечевицы из закаленной стали для уменьшения трения в точке опоры пера руля показана на рис. 210, а .

Баллер руля входит в кормовой подзор корпуса через гельмпортовую трубу, обеспечивающую непроницаемость корпуса, и имеет не менее двух опор (под­шипников) по высоте. Нижняя опора располага­ется над гельмпортовой трубой и, как правило, имеет сальниковое уплотнение, препятствующее попаданию воды в корпус судна; верх­няя опора размещается непосредственно у места закрепления сектора или румпеля. Обычно верхняя опора (опорно-упорный подшипник) воспринимает массу баллера и пера руля, для чего на баллере делают кольцевой выступ.

Рулевые приводы . На судах морского флота эксплуатируются разнообразные рулевые приводы, среди которых преимущественное распространение получили рулевые машины с электрическими и гидравлическими приводами отечественного и зарубежного производства.

Они обеспечивают передачу усилий рулевого дви­гателя к баллеру. Среди них широко известны два основных типа приводов:

- механический секторно-румпельный при­­вод от электромотора (рис.213, 214);

Силовой плунжерный привод от гидро­ци­линдров (рис.215).

Рулевые передачи, посредством которых осу­ществляется связь поста управления с испол­ни­тель­ным механизмом рулевого привода, имеют различное устройство. На современных судах применяют в основном электрические и гидрав­лические передачи.

Рулевое устройство с механическим секторно-рум­пель­ным приводомприменяется на судах малого и среднего водоизмещения. Кинематическая схема передачи усилия от рулевой машины к перу руля этого привода хорошо показана на рис.213.

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 электромотором через сектор и румпель, а динамические нагрузки от ударов волн гасятся аморти­за­то­рами.

Схема управления секторно-рулевой ма­шиной с электрической передачей при­ведена на рис.214.

В составсхемы управления рулевым устройством входят:

Пост управления со следящей элек­трической системой;

Электрическая передача от поста упра­вления к электромотору;

Основной пост управления находится в рулевой рубке у путе­вого компаса и репи­тера гирокомпаса. Штурвал или пульт управ­ления рулем монтируют обычно на одной колонке с авторулевым агрегатом. Основным элементом электрической передачи являются система контроллеров, помещенных в штур­вальной колонке и связанных элек­тропроводкой электродвигателем основного привода в румпельном отделении. Крутящий момент от электродвигателя передается на зубчатый сектор, соединенный с румпелем и баллером, через червячно-редукторную передачу. Все механизмы смонтированы в виде самостоятельного агрегата. Румпель крепится на баллере на двух шпонках и связан с сектором двумя пружинными амортизаторами.

Рулевые устройства с гидравлическим приводом в упрощенном виде показаны на

рис.215; 216). В его состав входят два (или четыре) гидроцилиндра, маслонасос, телемотор и гидросистема.

Работа устройства осуществляется сле­дующим образом. При вращении шту­рвала, размещенного в рулевой рубке, те­лединамический датчик по­ста управления фор­ми­рует командный сигнал в виде давления масла, которое гидросистемой нагне­тается в цилиндр те­ле­мо­тора. Под действием это­го сигнала телемотор при­во­дит в действие ры­ча­ж­ную систему обратной связи, которая открывает доступ силового масла в один из гидроцилиндров. При этом масло под давлением насоса перепускается из одного цилиндра в другой, двигая поршень и поворачивая румпель, баллер и перо руля в нужную сторону. После этого регулировочная тяга возвращается в нулевое положение, а датчик и репитор фиксируют новое положения руля.

Чтобы давление масла в гидроцилиндрах не повышалось при ударах о перо руля сильной волны или большой льдины, гидросистема снабжена предохранительными клапанами и амортизационными пружинами.

В случае выхода из строя телемотора управление рулевой машиной можно осуществлять из румпельного отделения вручную.

При выходе из строя обоих масляных насосов переходят на ручную перекладку руля, для чего трубы гидросистемы напрямую соединяют с гидроцилиндрами, создавая в них давление вращением штурвала в посту управления.

Более подробная схема управления рулевым устройством с двухплунжерной рулевой машиной приведена на рис. 215, а ее компоновка – на рис.217.

Схема гидропривода четырех плун­жерной рулевой машины с аналогич­ным принципом действия показана на рис.216. Эти машины получили наибольшее распространение на современных судах, так как они обеспечивают наивысший коэффициент полезного действия всего рулевого устройства. В них давление рабочего масла в гидроцилиндрах непосредственно пре­образуется сначала в поступательное движение плунжера, а затем через механическую передачу - во вращательное движение баллера руля, который жестко связан с рум­пелем. Необходимое давление масла и мощность рулевой машины формируется радиально-поршневыми насосами переменной производительности, а раздачу его по цилиндрам осуществляет телемотор, который получает команду от штурвала с рулевой рубки.