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. 6.1).

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. 6.2):
- 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. 6.3). 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. 6.4). 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.

Подруливающие устройства (рис. 6.5). Необходимость создания эффективных 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 дизельгенератор, электромотор и винт (рис. 6.6).

Дизель-генератор, расположенный в машинном отделении судна, вырабатывает электроэнергию, которая по кабельным соединениям передается на электромотор. 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.6.7), 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. 6.8. 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.

Назначение технических средств управления

На судах ВВП и их типы.

Основные требования к технических средствам управления для судов внутреннего и смешанного (река-море) плавания определяются правилами Российского речного Регистра (РРР), Федерального органа классификации судов внутреннего и смешанного (река-море) плавания. В этих требованиях учитывается тип и класс судов.

Технических средства управления предназначены для обеспечения движения, управления и удержания судна на заданной линии пути. К ним относятся:

Система управления двигательно–движетельной установкой;

Рулевое устройство;

Якорное и швартовое устройства.

Одним из основных элементов технических средств управления является рулевое устройство.

Рулевое устройство служит для изменения направления движения судна и удержания судна на линии заданного пути.

Оно состоит:

Из органа управления (штурвал, джойстик);

Системой передачи;

Исполнительных элементов.

Управляемость судов обеспечивается с помощью исполнительных элементов рулевых устройств. В качестве исполнительных элементов рулевых устройств на судах ВВП могут применяться:

Рули различных типов;

Поворотные винтовые насадки;

Водометные движетельно-рулевые устройства.

Кроме того на некоторых типах судов могут применяться:

Подрулевающие устройства;

Крыльчатые движетельно-рулевые устройства;

Активные и фланкирующие рули.

Рули судов, их формы и типы.

Наибольшее распространение в качестве исполнительного элемента получили рули различных типов.

В состав руля может входить: перо руля, опоры, подвесы, баллер, румпель и др. вспомогательные устройства (сорлинь, гельмпорт, рудерпис).

Р у л и в зависимости от его формы и расположения оси вращения подразделяют на простые, полубалансирные и балансирные; по количеству опор – на подвесные, одноопорные и многоопорные. У простого руля все перо расположено сзади от оси баллера, у полубалансирного и балансирного рулей часть пера расположена впереди от оси баллера, образуя полубалансирную и балансирую части (рис.4.1).

По форме профиля рули подразделяются на пластичные и обтекаемые (профилированные). Наибольшее распространение на судах внутреннего плавания нашли балансирные обтекаемые прямоугольные рули.

Руль характеризуется: высотой h p – расстоянием, измеренным по оси баллера, между нижней кромкой руля и точкой пересечения оси баллера с верхней частью контура руля; длиной l p руля; смещением Δ l p части площади руля вперед относительно оси баллера (у полубалансирных рулей обычно Δ l p до 1/3 l p , у балансирных Δ l p до 1/2 l p ).

Рис.4.1 Рули

Важнейшей характеристикой пера руля является его суммарная площадь ∑S p . Фактическая площадь руля характеризуется выражением

S p ф = h p · l p (4.1)

Суммарная требуемая площадь руля, обеспечивающая управляемость судна выражается уравнением

∑S p т = LT (4.2)

где - коэффициент пропорциональности;

L – длина судна;

Т – наибольшая осадку судна.

Для обеспечения управляемости судна требуемая суммарная площадь руля должна быть равна фактической площади руля, т.е.

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 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

рыльчатый движитель, как было показано в первой части, позволяет перемещаться судну в любом направлении.

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 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)=