Кермовий пристрій служить для зміни напрямку руху судна або утримувати його на заданому курсі. В останньому випадку завданням кермового пристрою є протидія зовнішнім силам, таким як вітер або течія, які можуть призвести до відхилення судна від заданого курсу.
Рульові пристрої відомі з виникнення перших плавучих засобів. У давнину кермові пристрої являли собою великі розстібні весла, укріплені на кормі, на одному борту або на обох бортах судна. За часів середньовіччя їх стали замінювати шарнірним кермом, яке містилося на ахтерштевні в діаметральній площині судна. У такому вигляді він і зберігся донині. Рульовий пристрій складається з керма, балера, рульового приводу, рульової передачі, рульової машини та поста керування (рис. 6.1).
Рульовий пристрій повинен мати два приводи: головний та допоміжний.
Головний кермовий привід- це механізми, виконавчі приводи перекладки керма, силові агрегати кермового приводу, а також допоміжне обладнання та засоби докладання моменту, що крутить, до балера (наприклад, румпель або сектор), необхідні для перекладки керма з метою управління судном в нормальних умовах експлуатації.
Допоміжний кермовий привід– це обладнання необхідне управління судном у разі виходу з ладу головного рульового приводу, крім румпеля, сектора чи інших елементів, призначених тієї ж мети.
Головний кермовий привід повинен забезпечувати перекладку керма з 350 одного борту на 350 іншого борту при максимальному експлуатаційному осаді та швидкості переднього ходу судна не більше ніж за 28 секунд.
Допоміжний кермовий привід повинен забезпечувати перекладання керма з 150 одного борту на 150 іншого борту не більше ніж за 60 секунд при максимальному експлуатаційному осадженні судна та швидкості, що дорівнює половині його максимальної експлуатаційної швидкості переднього ходу.
Управління допоміжним рульовим приводом має бути передбачене із румпельного відділення. Перехід із головного на допоміжний привід повинен виконуватися за час, що не перевищує 2 хвилини.
Кермо– основна частина кермового пристрою. Він знаходиться в кормовій частині і діє тільки на ходу судна. Основний елемент керма - перо, яке за формою може бути плоским (пластинчастим) або обтічним (профільованим).
По положенню пера руля щодо осі обертання балера розрізняють (рис. 6.2):
- звичайне кермо – площина пера керма розташована за віссю обертання;
- напівбалансірне кермо – тільки більша частина пера керма знаходиться позаду осі обертання, за рахунок чого виникає зменшений момент обертання під час перекладки керма;
- балансирне кермо – перо керма так розташоване по обидва боки осі обертання, що при перекладці керма не виникають якісь значні моменти.
Залежно від принципу дії розрізняють пасивні та активні керма. Пасивними називаються кермові пристрої, що дозволяють робити поворот судна тільки під час ходу, точніше сказати, під час руху води щодо корпусу судна.
Вінторульовий комплекс суден не забезпечує їх необхідну маневреність під час руху на малих швидкостях. Тому на багатьох судах для покращення маневрених характеристик використовуються засоби активного управління, які дозволяють створювати силу тяги у напрямках, відмінних від напряму діаметральної площини судна. До них відносяться: активні керма, що підрулюють
пристрої, поворотні гвинтові колонки та роздільні поворотні насадки.
Активне кермо– це кермо із встановленим на ньому допоміжним гвинтом, розташованим на задній кромці пера керма (рис. 6.3). У перо керма вбудований електродвигун, що приводить у обертання гребний гвинт, який для захисту від пошкоджень поміщений у насадку. За рахунок повороту пера руля разом з гребним гвинтом на певний кут виникає поперечний упор, що зумовлює поворот судна. Активне кермо використовується на малих швидкостях до 5 вузлів. При маневруванні на стиснених акваторіях активне кермо може використовуватися як основний рушій, що забезпечує високі маневрені якості судна. При великих швидкостях гвинт активного керма вимикається, і переведення керма здійснюється у звичайному режимі. 
Роздільні поворотні насадки(Рис. 6.4). Поворотна насадка – це сталеве кільце, профіль якого є елементом крила. Площа вхідного отвору насадки більша за площу вихідного. Гребний гвинт розташовується у вужчому її перерізі. Поворотна насадка встановлюється на балері та повертається до 40° на кожен борт, замінюючи кермо. Роздільні поворотні насадки встановлені на багатьох транспортних суднах, головним чином річкових та змішаного плавання, та забезпечують їх високі маневрені характеристики.
Підрулюючі пристрої(Рис. 6.5). Необхідність створення ефективних засобів управління носовим краєм судна призвела до обладнання судів підрулюючими пристроями. ПУ створюють силу тяги у напрямку, перпендикулярному діаметральній площині судна незалежно від роботи головних рушіїв та кермового пристрою. Підручними пристроями обладнано велику кількість суден різного призначення. У поєднанні з гвинтом та кермом ПУ забезпечує високу маневреність судна, можливість розвороту на місці за відсутності ходу, відхід або підхід до причалу практично лагом.
Останнім часом набула поширення електрорушійна система AZIPOD (Azimuthing Electric Propulsion Drive), яка включає дизельгенератор, електромотор і гвинт (рис. 6.6).
Дизель-генератор, розташований у машинному відділенні судна, виробляє електроенергію, яка за кабельними з'єднаннями передається електромотор. Елетромотор, що забезпечує обертання гвинта, розташований у спеціальній гондолі. Гвинт знаходиться на горизонтальній осі, зменшується кількість механічних передач. Вінторульова колонка має кут розвороту до 3600, що значно підвищує керованість судна.
Переваги AZIPOD:
– економія часу та коштів під час будівництва;
- Чудова маневреність;
- Зменшується витрата палива на 10 - 20%;
- Зменшується вібрація корпусу судна;
– через те, що діаметр гребного гвинта менший – ефект кавітації знижений;
- Відсутній ефект резонансу гребного гвинта. 
Один із прикладів використання AZIPOD – танкер подвійної дії (рис.6.7), який на відкритій воді рухається як звичайне судно, а у льодах рухається кормою вперед як криголам. Для льодового плавання кормова частина DAT оснащена льодовим підкріпленням для ламання льоду та AZIPOD. 
На рис. 6.8. показана схема розташування приладів і пультів управління: один пульт для управління судном під час руху вперед, другий пульт для управління судном під час руху кормою вперед і два пульти управління на крилах містка.
Призначення технічних засобів управління
На судах ВВП та їх типи.
Основні вимоги до технічних засобів управління для суден внутрішнього та змішаного (річка-море) плавання визначаються правилами Російського річкового Реєстру (РРР), Федерального органу класифікації судів внутрішнього та змішаного (річка-море) плавання. У цих вимогах враховується тип та клас судів.
Технічні засоби управління призначені для забезпечення руху, управління та утримання судна на заданій лінії колії. До них відносяться:
Система управління рухово-рухової установкою;
Кермовий пристрій;
Якірне та швартове пристрої.
Одним із основних елементів технічних засобів управління є кермовий пристрій.
Рульовий пристрій служить для зміни напрямку руху судна та утримання судна лінії заданого шляху.
Воно складається:
З органу управління (штурвал, джойстик);
Системою передачі;
Виконавчі елементи.
Керованість суден забезпечується за допомогою виконавчих елементів кермових пристроїв. Як виконавчі елементи рульових пристроїв на судах ВВП можуть застосовуватися:
Кермо різних типів;
Поворотні гвинтові насадки;
Водометні рушійно-кермові пристрої.
Крім того, на деяких типах судів можуть застосовуватися:
Підрулювальні пристрої;
Крильчаті рушійно-кермові пристрої;
Активні та фланкуючі керма.
Кермо суден, їх форми та типи.
Найбільшого поширення як виконавчий елемент отримали керма різних типів.
До складу керма може входити: перо керма, опори, підвіси, балер, румпель та ін. Допоміжні пристрої (сорлінь, гельмпорт, рудерпіс).
Р у л і залежно від його форми та розташування осі обертання поділяють на прості, напівбалансірні та балансірні; за кількістю опор – на підвісні, одноопорні та багатоопорні. У простого керма все перо розташоване ззаду від осі балера, у напівбалансірного та балансирного кермів частина пера розташована попереду від осі балера, утворюючи напівбалансирну та балансуючу частини (рис.4.1).
За формою профілю керма поділяються на пластичні та обтічні (профільовані). Найбільшого поширення на суднах внутрішнього плавання знайшли балансирні прямокутні керма, що обтічні.
Кермо характеризується: заввишки h p– відстанню, виміряною по осі балера, між нижньою кромкою керма і точкою перетину осі балера з верхньою частиною контуру керма; довжиною l pкерма; усуненням Δ l pчастини площі керма вперед щодо осі балера (у напівбалансірних кермів зазвичай Δ l pдо 1/3 l p, у балансирних Δ l pдо 1/2 l p).
Рис.4.1 Рулі
Найважливішою характеристикою пера руля є його сумарна площа ∑ S p. Фактична площа керма характеризується виразом
S p ф = h p · l p (4.1)
Сумарна необхідна площа керма, що забезпечує керованість судна, виражається рівнянням
∑S p т = LT (4.2)
де - Коефіцієнт пропорційності;
L - Довжина судна;
Т - Найбільша осадка судна.
Задля більшої керованості судна необхідна сумарна площа керма має дорівнювати фактичної площі керма, тобто.
Кермовий пристрій є основним засобом управління судном, що забезпечує його поворотність і утримує його на заданому курсі. Основними його частинами є:
пост управління (штурвал або кермовий електричний маніпулятор);
рульова передача від поста керування до рульового двигуна;
кермовий двигун;
кермовий привід від рульового двигуна до балера керма;
кермо або поворотна насадка, що безпосередньо забезпечують керованість судна.
Основний пост управління кермомзнаходиться в рульовій рубці у колійного компаса та репітера гірокомпасу. Штурвал або пульт управління кермом монтують зазвичай на одній колонці з генератором авторуля. Рульовий покажчик поміщається на колонці управління і на лівій перебиранні рубки так, що капітан і вахтовий помічник мали можливість постійно контролювати положення керма.
Штурвал чи маніпулятор.Штурвал є колесом з рукоятками, за допомогою яких воно обертається на валу, що міститься в спеціальній штурвальній тумбі.
Поворотом штурвала кермовий надає руху всю рульову систему. Для простоти управління штурвал влаштований таким чином, що обертання його праворуч відповідає повороту носа корабля праворуч і навпаки.
Електричний кермовий маніпулятор є рукояткою, встановленою на спеціальній тумбі. Рух рукоятки вправо або вліво через електричну передачу рухає кермовий електродвигун, за допомогою якого кермо повертається у відповідну сторону. Штурвали (маніпулятори) встановлюються в постах управління кораблем (у кермовий похідний рубці, у бойових рубках, у центральному посту та в румпельному відділенні).
Для забезпечення контролю за положенням керма на тумбі штурвала або маніпулятора або поруч із ними встановлюються кермові покажчики, що показують кут відхилення керма.
Рульова передачаПоворот штурвала надає руху рульову передачу, яка служить для управління рульовим двигуном, що зазвичай знаходиться в кормовій частині корабля. Існує кілька систем кермових передач.
Валикова передачаскладається із систем сталевих або бронзових валиків, з'єднаних один з одним за допомогою конічних шестерень або шарнірів.
Валикова передача має істотні недоліки: шестерні досить швидко спрацьовуються, деформація палуб і прогин валиків можуть вивести з дії весь кермовий пристрій.
Гідравлічна передачає системою, що складається з двох циліндрів, з'єднаних між собою тонкими мідними трубками. Один із циліндрів розташований у нижній частині штурвальної тумби, і поршень його пов'язаний зі штурвалом. Поршень іншого циліндра, що у рульової машинки, пов'язані з її золотником. Вся система заповнена рідиною (сумішком гліцерину з водою або мінеральною олією).
Схема валикової передачі.
1 - штурвал, 2 -конічні шестерні, 3- валики, 4 - кермовий двигун, 5 - кермо.
Схема гідравлічної передачі.
1 - штурвал, 2 - маніпуляторна частина, 5 - трубопроводи, 4 - поршень виконавчої частини.
Штуртросова передача.
При повороті штурвала поршень циліндра, що знаходиться в штурвальній тумбі, тисне на рідину і змушує її переливатися по трубках, оскільки рідина в практичних умовах не стискається, то переміщається поршень другого циліндра.
Гідравлічна передача мало живуча, тому що, якщо трубка буде перебита, передача виходить з ладу і для її відновлення потрібно багато часу.
Електрична передачав даний час має бути визнана найбільш досконалою системою. Вона здійснюється за допомогою електричних дротів. Основним елементом цих передач є контролери, розташовані в штурвальній тумбі і пов'язані спеціальним електропроводом, прокладеним у найбільш захищених частинах судна, з електричною рульовою машиною, що знаходиться в румпельному відділенні. Контролери повертаються штурвалом, ручним коромислом, що хитається, або спеціальними ручками і приводять в рух електричну рульову машину.
Штуртросова передачазастосовується на малих судах. Вона складається із сталевих тросів або ланцюгів, пов'язаних з одного боку зі штурвалом, а з іншого - безпосередньо з кермовим приводом. Головний недолік штуртросової передачі - це значне тертя в роликах або шківах, якими проходить штуртрос, а також її швидке розтягування, що призводить до утворення мертвих ходів.
Аксіометр- прилад для вказівки положення керма щодо діаметральної площини судна. Він встановлений на штурвальній тумбі або поруч із нею. Стрілка показує, на скільки градусів перекладено кермо вправо або вліво, при цьому загоряється відповідно зелена або червона лампочка сигнальна; при прямому положенні керма горить біла лампочка.
Рульовий двигуннадає руху рульові приводи. Існує дуже багато конструкцій кермових двигунів, але найчастіше на суднах є електричні та електрогідравлічні машини.
На випадок псування кермового двигуна він забезпечується зручним засобом для вимикання його з кермової системи та переходу до ручного керування.
Рульові приводи.Для передачі керма зусиль, що розвиваються кермовими двигунами, застосовуються кермові приводи. В якості кермових двигунівна суднах є електричні та електрогідравлічні машини.
Рульові приводизабезпечують передачу зусиль кермового двигуна до балера.
Секторно-румпельний привідзастосовується на деяких сучасних судах невеликого тоннажу. У такому приводі румпель жорстко скріплено з балером керма. Сектор вільно насаджений на балер пов'язаний з румпелем за допомогою пружинного амортизатора, а з рульовим двигуном - зубчастою передачею. Перекладання керма здійснюється кермовим двигуном через сектор та румпель, а динамічні навантаження від ударів хвиль гасяться амортизаторами.
На сучасних судах кермові машинипоєднуються з кермовими приводами, що дозволяє досягти високого коефіцієнта корисної дії всього пристрою.
Найбільшого поширення таких комбінованих пристроїв отримали електрогідравлічні машини.
У вітчизняному суднобудуванні застосовують плунжерні електрогідравлічні машини.Вони тиск робочої рідини перетворюється на поступальний рух плунжера, яке потім через механічну передачу перетворюється на обертальний рух румпеля. Як робоча рідина в таких машинах застосовується мінеральна олія. Машини випускаються у двох та чотирициліндровому виконанні.
У такій машині з балером керма 1 жорстко пов'язаний румпель 2 і на ньому встановлений повзун , з'єднаний з плунжерами 3 двох циліндрів 4. Циліндри з'єднані трубопроводами з насосом 6, що приводиться в дію електродвигуном 5 . Олія, що перекачується за допомогою насоса з одного циліндра до іншого, викликає поступальне переміщення поршнів, що повертають балер через румпель. Амортизатор є перепускний клапан 7, який за допомогою додаткового трубопроводу з'єднаний з обома циліндрами. При ударах волі в перо керма в одному з циліндрів створюється зайвий тиск. Тоді клапан відкривається, і масло переміщається з одного циліндра до іншого. На великотоннажних теплоходах зазвичай встановлюють чотирициліндрові електрогідравлічні машини,створюють великі крутні моменти.
На балері 1 жорстко насаджений румпель 2, який через повзуни 3 з'єднаний з плунжерами 4 гідроциліндрів 5. Електродвигуна 6 приводяться в дію радіально-поршневі насоси змінної подачі 7. Важелем управління 8, приводним у дію телемоторами 9 з посади управлінні через тягу 10 з амортизаторами 11, ведеться регулювання роботи насосів. При повороті вправо насоси подають робочу рідину (масло) у правий носовий і лівий кормовий циліндри. Тиском масла через плунжери, повзуни та румпель, що обертає момент, як зазначено суцільними стрілками, буде переданий на балер, і кермо повернеться праворуч. Штрихові стрілки показують напрямок струму масла при повороті керма вліво.
Перемиканням клапанів у клапанній коробці можна вводити в дію чотири або два циліндри (носову або кормову пару). Можуть бути включені два насоси або один із них. Перемикання здійснюється у румпельному відділенні. На деяких судах перемикання може здійснюватися з містка. Як правило, у стиснених водах, у вузьках, на підходах до портів включають обидва насоси. У відкритому морі діє зазвичай знаходиться один.
Штурвалом запасного управління перекладання керма здійснюється з румпельного відділення, де встановлено репітер гірокомпасу. Така система має аварійний ручний насос, встановлений поза румпельним відділенням і має окремий трубопровід, який на малюнку не показаний. Під час роботи ручного насоса діє лише одна пара циліндрів.
Перевагами електрогідравлічних машин є: отримання великих зусиль і крутних моментів при малих масах і розмірах на одиницю потужності, плавна безшумна зміна швидкості в широких межах, високий коефіцієнт корисної дії, надійне змащення тертьових частин маслом, що застосовується як робоча рідина, можливість надійної та довговічність при дублюванні основних вузлів.
Під час експлуатації електрогідравлічних машин необхідно враховувати, що їхня робота залежить від якості роботи гідронасосів. Всі помічені проблеми в роботі таких машин зазвичай стосуються насосів і елементів системи управління. Так, не відфільтрована олія в системі, окалина, що залишилася в трубах, металева стружка у внутрішніх порожнинах деталей можуть спричиняти виходи з ладу насосів та системи керування машиною. Сам плунжерний агрегат надійний і довговічний.
Відповідно до вимог Регістру РФ кермовий пристрій морських суден повинен мати три приводи: основний, запасний та аварійний.
Основний привідповинен забезпечувати безперервне перекладання керма з борту на борт при максимальній швидкості переднього ходу, при цьому час перекладки керма з крайнього положення 35 ° одного борту до 30 ° іншого не повинно перевищувати 28 с.
Запасний кермовий привідповинен забезпечувати безперервне перекладання керма з борту на борт при швидкості переднього ходу, що дорівнює половині максимальної, але не менше 7 уз. Запасний кермовий привід повинен діяти незалежно від основного, і його необхідно встановлювати на всіх суднах, крім суден з основними ручними приводами за наявності аварійного румпеля, суден з декількома керованими роздільними кермами і суден з однією електрогідравлічною рульовою машиною за наявності двох незалежних гідронасосів. Перехід з основного на запасне рульове управління повинен бути виконаний за час, що не перевищує 2 хв.
Аварійний кермовий привідповинен забезпечувати перекладання керма з борту на борт при швидкості переднього ходу не менше 4 уз. Аварійний привід не повинен розташовуватися нижче за палубу перебірок. Установка його не потрібна, якщо основний та аварійний приводи розташовані в приміщенні, що повністю знаходиться вище найвищої вантажної ватерлінії.
Допускається, щоб основний, запасний і аварійний рульові приводи або два агрегати основного приводу мали деякі загальні частини, наприклад, румпель, сектор, редуктор або циліндровий блок, але за умови, що конструктивні розміри цих частин будуть збільшені відповідно до вимог Реєстру СРСР.
Румпель-талі можуть розглядатись як запасний або аварійний кермовий привід тільки для суден валовою місткістю до 500 per. т; якщо вони можуть приєднатися до електричного шпиля або лебідки, вони будуть розглядатися як запасний привід, що діє від джерела енергії.
Рульовий пристрій повинен мати систему обмежувачів повороту керма, що допускає його перекладання на кут трохи більше 36,5°. Система управління рульовим приводом повинна бути такою, щоб перекладка керма припинялася раніше, ніж кермо дійде до обмежувача, і принаймні не пізніше моменту, що відповідає перекладанню його на кут 35 °.
Біля кожного посту управління рульовим приводом має бути покажчик положення пера руля. Такі покажчики мають бути й у румпельному відділенні. Точність показань щодо істинного положення пера керма повинна бути не меншою: Г - при положенні керма в діаметральній площині; 1,5 ° - при кутах перекладки від 0 до 5 °; 2,5 ° - при кутах перекладки від 5 до 35 °.
Кермо.Кермом називається та частина кермової системи, яка під дією води, що обтікає корабель, змушує його робити повороти.
Рулі бувають прості, балансирні та напівбалансирні.
Звичайні та напівбалансірні кермаскладаються з пера 1 , Рудерпнеа 4 та балера 2 . Для полегшення перо виконується у вигляді листової рами, що прикривається сталевими листами.
Рудерпіс має ряд петель 5 , в які вставляються штирі 6 . На рудерпості є петлі з отворами для навішування керма. Балер керма проходить через отвір у корпусі корабля, який називається гельмпортом. Щоб не допустити води всередину корабля, гельмпорт закуповується сальником 9 . Найвища частина балера називається головою керма.
Звичайне кермо.
1 - перо керма, 2 - балер, 3- голова керма, 4 - рудерпіс, 5 - петлі, 6-4, 7- п'ята, 8 - рудерпост, 9- сальник.
Балансирне кермонемає рудерпису. Він упирається спеціальними виступами на петлі, що розміщуються всередині корабля.
Дія керма.Коли судно стоїть нерухомо, то перекладання керма в той чи інший бік жодної дії на корабель не вплине. На ходу, якщо кермо стоїть прямо, тобто в середній поздовжній (діаметральній) площині, судно йтиме прямо. Походить це від того, що струмінь зустрічної води поступово з обох бортів обтікає корпус
Положення керма на передньому ході. а - праворуч, б - ліворуч.
судна та перо керма. Але як тільки кермо буде покладено на передньому ходу вбік, наприклад, праворуч, то струмені води, що йдуть уздовж правого борту, зустрінуть на своєму шляху перо керма і почнуть на нього давити. З лівого борту вода ніякої перешкоди зустрічати не буде. Під тиском водяних струменів справа кермо, а разом з ним і корми почнуть подаватися вліво, ніс піде в протилежний бік, і судно покотиться праворуч.
При положенні керма вліво спостерігатимемо відхилення корми вправо, а носа - вліво
На задньому ходу відбудеться зворотне явище: при перекладці керма вправо зустрічні струмені води будуть давити на лівий бік пера керма і штовхати корму вправо, а ніс - вліво, при перекладці керма, вліво корма піде вліво, а ніс вправо.
Положення керма на задньому ході. а- вправо, б - вліво.
Звідси випливає, що на передньому ході корабель котиться в ту саму сторону, в яку покладено кермо, а на задньому - у бік, зворотний положенню керма.
Причини, що впливають на поворотливість. При управлінні кораблем необхідно зважати на вплив на поворотливість роботи гвинтів, інерції, крену, вітру, хвилі.
При аналізі впливу на поворотність корабля роботи гвинтів необхідно знати назву кроку останніх. Гвинт, що обертається за годинниковою стрілкою, якщо дивитися на нього, з корми в ніс, називається гвинтом правого кроку (рис. 147); гвинт, що обертається проти годинникової стрілки, - гвинтом лівого кроку (рис. 148).
На одногвинтових кораблях ставлять гвинти правого кроку, я на двогвинтових так, щоб вони працювали назовні, тобто справа - гвинт правого кроку, а зліва - лівого (рис. 149).
Під дією гвинта правого кроку одногвинтовий корабель прагне ухилитися носом праворуч: на передньому ході небагато, а на задньому - сильно. Тому при розгортанні у вузькості краще робити поворот вправо, якщо це можливо.
На двох гвинтовому судні дія гвинтів взаємно врівноважується, якщо вони працюють з однаковою силою.
Насадка на гвинт, встановлена замість керма, значно покращує поворотливість судна. Застосування забезпечує також збільшення швидкості ходу судна на 4-5% при постійній потужності головного двигуна. Насадка представляє
собою надіте на гвинт і укріплене на балері кільце, яке розвертається в горизонтальній площині. струмінь, Що Відкидається гребним гвинтом, створює реактивну силу, забезпечую поворот судна. У хвостовій частині насадки в площині осі балера є стабілізатор, що посилює кермову дію насадки
Додатково до основних засобів управління можуть бути встановлені також засоби активного управління (САУ), причому деякі з них не тільки покращують поворотність, але й забезпечують переміщення судна лагом.
Засоби активізації управління (САУ) знайшли широке застосування на флоті, оскільки вони, по-перше, забезпечують маневрування судна на малих ходах, і, по-друге, покращують маневреність судна під час швартування.
До САУ, що найчастіше зустрічаються, на судах відносяться: активні керма (АР), підрулюючі пристрої (ПУ), допоміжні рухово-кермові колонки (ВДРК).
Активне кермо має допоміжний гвинт у насадці на задній кромці кормового керма. Електричний двигун допоміжного гвинта укладений у краплеподібний кожух, живлення до нього подається по пустотілому балеру, а керування виведено в ходову рубку. На деяких суднах цей двигун, змонтований у торці балера, знаходиться у румпельному відділенні та з'єднаний з гвинтом за допомогою валу, що знаходиться усередині балера. Працюючи допоміжного гвинта створюється сила упора.
Поворот активного керма на деякий кут до діаметральної площини створює момент, що розгортає корму у бік, протилежну до перекладки керма. При цьому набагато зменшується діаметр циркуляції, а поворотність судна не залежить від швидкості ходу -
гребний гвинт від головного двигуна може взагалі не обертатися.
При прямому положенні керма допоміжний гвинт активного керма забезпечує хід судну до 3 вузлів.
Підрулюючий пристрій (ПУ) являє собою рушій, укладений у поперечний тунель нижче ватерлінії і створює упор перпендикулярному діаметральної площині напрямку. Тунель зазвичай розташований в носовій частині судна, але на деяких суднах пристрій і тунель влаштовані і в носі, і в кормі; у цьому випадку судно може переміщатись лагом. Робочим органом ПУ можуть бути гвинти (поодинокі та парні), крилаті рушії або насоси. Вхідні отвори тунелю закриті жалюзі, а в тунельній трубі вміщено редуктор і два гвинти, що обертаються в різні боки. Реверсивний електродвигун через редуктор передає обертання на гребні вали ПУ.
Висувна рушійно-рульова поворотна колонка, яку разом з гвинтом і насадкою можна обертати по всьому горизонту, що дає змогу створити упор у будь-якому напрямку. На ходу судна пристрій забирається в спеціальну шахту в корпусі і не чинить додаткового опору руху судна.
Кермовий пристрій призначений для забезпечення керованості судном (стійкості на курсі та поворотності).
Загальний вигляд кермового пристрою показано на рис.6.20. До складу кермового пристрою входять кермо, привід керма, привід керування.
Вруль входить перо керма та балер. Основою пера керма є потужна вертикальна балка – рудерпіс. З рудерпісом з'єднані горизонтальні ребра жорсткості та петлі. За перерізом керма діляться на пластинчасті та обтічні. Обтічний руль - пустотілий у перерізі має краплеподібну форму, покращує керованість, збільшує ККД гвинта, володіючи власною
Мал. 6.19.Основні типи рулів: а- Простий небалансирний; б- Балансирний; в- балансирний підвісний; г- Напівбалансирний напівпідвісний.
плавучістю, зменшує навантаження на підшипники. Через ці переваги практично всі морські судна мають обтічні керма. За положенням осі обертання керма діляться на: небалансірні, напівбалансірні та балансирні, За методом кріплення до корпусу судна - звичайні, підвісні та напівпідвісні (рис.6.19). У балансірних і напівбалансірних кермів частина площі керма (до 20%) розташована в ніс від осі обертання керма, що зменшує момент та потужність, необхідну для повороту керма та навантаження на підшипники.
Баллер служить для передачі крутного моменту на перо керма та його повороту. Баллер - прямий або вигнутий стрижень, який кріпиться одним кінцем до перу керма за допомогою фланця або конуса, а інший кінець входить через трубу гельмпортів і сальник в корпус судна. Баллер підтримується підшипниками, на його верхній кінець насаджений. румпель- Одноплечий або двоплечий важіль.
Рульовий привід пов'язує балер керма з кермової машиною і складається з румпеля та відповідної передачі до нього від кермової машини. Найбільше застосування має плунжерний гідравлічний привід рис. 6.21 і рульова машина з циліндрами, що коливаються, рис. 6.23. Знаходять застосування зубчатосекторний привід (застарілий тип), румпельний та гвинтовий (рис.6.22).
Мал. 6.20. Кермовий пристрій.
1 - перо керма; 2 – рудерпіс; 3 – балер; 4 – нижній підшипник; 5 – рульова машина; 6 – гельпортова труба.
Від рульового пристрою залежить безпека судна, тому потрібно, щоб, крім основного приводу, був і запасний. Основний привід повинен забезпечувати поворот керма на повному ході судна з 35 ° одного борту до 30 ° іншого борту за 28 сек (механічний обмежувач повороту керма на 35 про, а кінцевий вимикач на 30 про). Запасний привід повинен забезпечувати перекладку керма при половинній швидкості (але не менше ніж 7 вузлів) з 20° на 20° іншого борту за 60 сек. Аварійний привід повинен бути передбачений, якщо будь-яка ватерлінія проходить вище за палубу румпельну (приміщення, де розміщена рульова машина).
Враховуючи особливу важливість кермового пристрою для безпеки судна, на сучасних суднах зазвичай встановлюють два однакові приводи, які відповідають вимогам до основного приводу (рис. 6.21). Це значно підвищує надійність кермового пристрою, тому що в цьому випадку можлива взаємна заміна вузлів.
При гідроприводі поворот керма здійснюється за рахунок подачі олії високого тиску в один із гідроциліндрів і під дією плунжера повертається румпель і кермо (з протилежного гідроциліндра олія вільно зливається).
Мал. 6.21. Загальний вигляд (а) та схема дії електрогідравлічної кермової машини (б): 1-балер, 2 – румпель, 3 – циліндр, 4 – плунжер, 5 – електродвигун, 6 – масляний насос, 7 – пост управління.
Мал. 6.22. Рульові приводи: а- Румпельний; б- Гвинтовий; в- Секторний.
1- перо керма; 2-балер; 3-румпель; 4- штуртрос; 5- зубчастий сектор; 6 пружинний амортизатор;
7-гвинтовий шпиндель; 8 повзун.
Ручний румпельний привід (рис.6.22). а) застосовується на катерах. Так як троси намотані на барабан у протилежних напрямках, то при обертанні штурвала з барабаном один трос подовжується, а другий коротшає, що змушує повертатися румпель і кермо.
Гвинтовий привід (рис.6.22). б) застосовується на невеликих судах. Так як різьблення на шпинделі в районі повзунів протилежного напрямку, то при обертанні шпинделя в один бік повзуни зближуються, а при обертанні в інший - віддаляються один від одного. Це змушує повертатися румпель та кермо.
Зубчасто-секторний привід раніше досить широко застосовувався (рис.6.22. в). Наводиться рух електромотором через редуктор. У цьому приводі румпель, як завжди, жорстко посаджений на балер, а зубчастий сектор вільно обертається на балері. Румпель пов'язаний з сектором пружинним аммортизатором, що пом'якшує удари хвиль, що передаються від пера керма на редуктор.
Привід управління рульової машини пов'язує штурвал, розташований у рульовій рубці та рульову машину. Найбільш поширені електричний та гідравлічний приводи.
Мал. 6.23. Рульовий привід з циліндрами, що коливаються.
У вузькостях на малому ходу судно погано слухається керма, так як мала швидкість потоку, що набігає на кермо, різко зменшує поперечну гідродинамічну силу на кермі. Тому в цих випадках зазвичай вдаються за допомогою буксирів або на судні встановлюють засоби активного управління (САУ): підрулюючі пристрої, висувні поворотні гвинтові колонки, активні керма, поворотні насадки.
Підрулюючі пристрої (рис. 6.24.а) зазвичай встановлюють у носовій частині судна, а іноді й у кормовій. Для того щоб ніша в корпусі не створювала додаткового опору на ходу судна, вона закривається жалюзями.
Висувна рульова колонка забезпечує упор у будь-якому напрямку, тому вона часто використовується на малих суднах і плавзасобах для утримання одному місці на великих глибинах. На малих глибинах можливе пошкодження колонки.
Активне кермо (рис.6.25) – це встановлений в пере рулі невеликий гвинт з приводом від електродвигуна або гідродвигуна, розташованого в капсулі, вбудованій у кермо. У деяких випадках привод гвинта здійснюється від електродвигуна, розташованого в румпельній через вал, який проходить через порожній балер. При головному двигуні, що не працює, кермо може повертатися до 90 про і створювати упор в потрібному напрямку при роботі допоміжного гвинта. Іноді цей варіант САУ використовується, коли необхідно забезпечити малу швидкість судна близько 2-4 вузлів.
Мал. 6.24. Підрулюючий пристрій (а) та висувна поворотна рухово-рульова колонка (б).
Поворотна насадка (рис. 6.25.б) є обтічним кільцеподібним тілом, всередині якого обертається гвинт. При повороті насадки відхиляється струмінь води, що відкидається гвинтом, що викликає поворот судна. Поворотна насадка значно покращує поворотливість на малих ходах і особливо задньому ходу. Це тим, що весь струмінь води відхиляється насадкою як у передньому, і задньому ходу, на відміну керма. Крім того, у ряді випадків насадка дозволяє збільшити ККД гвинта.
До
Рис.6.25 Активне кермо (а) та поворотна насадка (б): 1- перо керма; 2-допоміжний гвинт; 3 електродвигун; 4 балер; 5- електрокабель; 6- гребний гвинт; 7-насадка поворотна.
Все більшої популярності набувають азимутальні комплекси “AZIPOD”, які встановлюю на пасажирських судах і навіть на судна арктичного плавання. Типове компонування передбачає: дві кормового розташування поворотні винторулеві колонки, що утримують гондоли, вміщують електродвигуни, пристосовані для обертання гребних гвинтів (ВФШ) (рис.6.26). Потужність кожної з колонок до 24 000 кВт.
Рис.6.26. Вінторульові колонки типу “AZIPOD”
Спеціальний гідравлічний привід забезпечує поворот кожної гондоли на 360° з кутовою швидкістю до 8° за секунду. Керування обертанням гвинтів дозволяє вибрати будь-який режим роботи в діапазоні від “повного вперед” до “повного назад”. Істотно, що режим "повний назад" може бути забезпечений судну без розвороту колонок-гондол на 180 °.
“Ходовий режим”-Використовується при русі судна з відносно великою швидкістю; гондоли при цьому повертаються синхронно (кути спільної перекладки в межах ±35 °). Відзначається висока гідродинамічна ефективність такого кермового комплексу: керованість судна залишається прийнятною навіть при зупинці гвинтів. Ходовий режим допускає екстрене гальмування (за рахунок реверсу без повороту колонок);
“Режим маневрування” (м'яка форма)- використовується при русі судна з відносно малою швидкістю. У цьому режимі одна з гондол зберігають функцію "маршового" пристрою, другу розгортають на 90°, змушуючи працювати як потужний кормовий пристрій, що підрулює;
“Режим маневрування” (жорстка форма) – гвинти, перекладені на правий та лівий борт (+45° та –45°), змушують обертатися "вперед" або "назад". Якщо гвинт правої гондоли працює "вперед", лівий - "назад", виникає поперечна сила, що управляє, в напрямку правого борту; у симетричній ситуації – у напрямку лівого борту.
Рульовий пристрій призначений для утримання судна на курсі або зміна його руху. Воно забезпечує керованість судна.
На суднах застосовують керма: звичайні, балансирні та напівбалансірні.
Кермо звичайне- Це кермо, перо якого розташоване в кормі від осі обертання.
За конструкцією розрізняють 2 типи кермів: 1-шарові або плоскі, що спираються на ребра, з'єднані з рудерпісом, і 2-хшарові, або обтічні, у яких перо керма складається з рами, обшитої сталевими листами. Порожній простір заповнюється деревом або гарпіусом з метою запобігання корозії.
Для навішування звичайного керма на рудерпірсі та рудерпості робляться петлі. Отвори в петлях на рудерпірсі конічні, а на рудерпості циліндричні. Нижня петля на рудерпості не має наскрізного отвору і є опорою, що сприймає вагу керма. У підп'ятнику під штир кладеться «чечевиця». У процесі експлуатації при зносі сочевиця замінюється. Для того, щоб ударом хвилі кермо не було піднято вгору і зірвано з петель, один зі штирів, зазвичай верхній має головку. Така конструкція дозволяє зняти кермо, не входячи в док.
Для попередження перекладки керма на кут, більший за 35 про, встановлюють обмежувачі: виступи на рудерпірсі та рудерпості, ланцюги, виступи на палубі.
Верхня частина рудерпірс з'єднується з балером. Способи з'єднання можуть бути різними, але має бути виконана одна неодмінна умова: кермо має зніматися без вертикального зсуву балера. Найбільш уживаним є фланцеве з'єднання на болтах. Верхній кінець балера виводиться на ту палубу, де розташований кермовий привід.
Для того, щоб запобігти надходженню води в корпус судна через виріз для проходу балера, він поміщається в гельмпортову трубу, з'єднання якої із зовнішньою обшивкою та настилом палуби робиться водонепроникним.
Використання обтічних кермів дозволяє зменшити опір води під час руху судна. Завдяки цьому підвищується керованість судна та зменшується потужність, що витрачається на перекладку керма.
Рама пустотілого керма складається з рудерпірса, зовнішнього обода та кількох ребер. Листи обшивки з'єднуються з рамою за допомогою зварювання.
Навішування звичайного 2-шарового керма проводиться так само, як і 1-шарового, але роблять 2 штирі, що дозволяє максимально наблизити перо керма до рудерпосту (його також роблять обтічним). Він є нерухомою частиною пера керма – контркермо. Ця конструкція дозволяє збільшити швидкість судна на 5-6%.
а) Звичайне плоске кермомає вісь обертання біля передньої кромки керма. Перо керма 9, виготовлене з товстого сталевого листа, з обох боків підкріплено ребрами жорсткості 8. Вони відлиті або відковані заодно з потовщеною вертикальною кромкою керма - редерпірсом 7 - з петлями 6, в яких надійно закріплені штирі 5 керма, що навішується Штирі мають бронзове облицювання, а петлі рудерпоста – бакаутові втулки. Нижній штир рудерпірса входить у поглиблення п'яти ахтерштевня 10, яке для зменшення тертя вставляється бронзова втулка з загартованою сталевою сочевицею на дні. П'ята ахтерштевня через сочевицю сприймає тиск керма.
Для попередження зміщення керма нагору один зі штирів, зазвичай верхній, на нижньому кінці має головку. Верхня частина рудерпірса з'єднується з балером 2 керма спеціальним фланцем 3. Фланець дещо зміщений від осі обертання, тому утворюється плече та полегшується поворот пера керма. Зміщення фланця дозволяє під час ремонту пера керма зняти його з петель рудерпоста без підйому балера, роз'єднавши фланець і розгорнувши перо та балер у різні боки.
Звичайні плоскі керма прості за конструкцією і міцні, але створюють великий опір руху судна, тому потрібне велике зусилля для перекладки. На сучасних судах застосовують обтічні, балансирні та напівбалансірні керма.
б)Перо обтічного кермаявляє собою металевий зварений водонепроникний каркас, обшитий листовою сталлю.
Перу надають обтічної форми і іноді встановлюють на ньому додатково спеціальні наделки - обтічники. Рудерпост також роблять обтічним.
в)У балансирного кермачастина пера зміщена від осі обертання до носа судна. Площа цієї частини, яка називається балансирною, становить 20 – 30% усієї площі пера. При перекладанні керма тиск зустрічних потоків води на балансирну частину пера сприяє повороту керма, зменшуючи навантаження на кермову машину.
г) Напівбалансирне кермовідрізняється від балансирного тим, що його балансирна частина має меншу висоту, ніж основна.
Рулі балансирний та напівбалансирний– це керма, у яких перо керма розташовується по обидва боки осі обертання. Ці керма потребують менших зусиль для перекладки. Частина площі, розташованої в ніс від осі обертання, – балансирна частина керма. Ставлення площі балансирної частини до решти – ступінь балансування і виявляється у %. На сучасних судах ступінь балансування дорівнює 20-30%.
Кермо називається балансирнимякщо висота його балансирної частини дорівнює висоті головної частини керма. Якщо балансирна частина має по осі балера меншу висоту, ніж головна частина, то таке кермо – Напівбалансирний.
Балансирне кермо навішується на ахтерштевень, що не має рудерпоста. Кермо навішується на 2-і петлі у верхній частині та підп'ятнику, але може бути й інша конструкція: кермо утримується балером, який має підп'ятник у нижній частині гельмпорту. Часто зустрічається балансирне підвісне кермо. Перо такого керма взагалі не має опор і утримується лише балером, який у свою чергу лежить на завзятих та опорних підшипниках.
Активне кермоявляє собою обтічний кермо, забезпечений невеликим гребним гвинтом. При перекладці керма до виникає на пере силі додається сила упору гвинта. Для підвищення ефективності гвинт поміщають у спрямовуючу насадку. Гвинт обертається від електромотора, поміщеного в краплеподібну наделку на пере рулі. Потужність установки коливається від 50 до 700 л. При аварії головних машин можна використовувати кермовий гвинт, судно збереже хід 4-5 вузлів.
Носові підрулюючі пристрої. У носовій частині судна робляться поперечні тунелі, у яких розміщуються невеликі гребні гвинти. Діаметр гвинтів, що підрулюють, досягає 2м, потужність мотора до 800л.с. Для зміни напрямку струменя застосовують систему заслінок, а також реверсування гребного гвинта.
Підрулюючі пристрої забезпечують керованість на малому та задньому ходах, дозволяючи переміщатися навіть лагом. Можуть застосовуватися на різних судах.
Секторний привід із штуртросовою передачею. На балері замість прямого румпеля закріплено сектор. Кожна гілка штуртросу спеціальною канавкою оббігає сектор і кріпиться на його маточині. При такій конструкції в неробочій гілки штуртросу слабина усунена. Величина центрального кута сектора має бути такою, щоб штуртрос не мав великих зламів. Зазвичай він дорівнює подвійному куту перекладки керма, тобто. 70 о.
При ремонті керма в морі його потрібно закріпити у певному положенні. Для цього на рульовому приводі є гальмо. На сектор встановлюють гальмівну дугу, до якої гвинтовим приводом притискають гальмівну колодку.
У секторному приводі із зубчастою передачеюзубці розташовуються по дузі сектора та зачіплюються з шестернею, пов'язаною з кермовим приводом. Зубчастий сектор вільно сидить на балері і пов'язаний із прямим румпелем, закріпленим на балері жорстко через буферні пружини. Такий зв'язок оберігає зуби сектора та шестерні від поломки при ударах хвилі в перо керма.
В даний час широке застосування отримують гідравлічні приводи, що є різновидом румпельного приводу. На прямому поздовжньому румпелі встановлений повзун, який з'єднується штангами із поршнями циліндрів. Циліндри з'єднані з насосом, що рухається електродвигуном. При перекачуванні рідини з одного циліндра в інший поршні переміщаються і розгортають румпель. У систему приводу включено перепускний клапан. При ударі хвилі в перо керма в одному з циліндрів створюється надлишковий тиск, рідина по додатковому трубопроводу через перепускний клапан надходить в інший циліндр, вирівнюючи тиск. У такий спосіб пом'якшуються ривки румпеля.
Для переведення в дію рульових приводів використовують парові машини та електродвигуни. На великих суднах, як правило, застосовують ручні приводи, що встановлюються в рульовій рубці. Для полегшення перекладки керма між штурвалом та барабаном кермової машини включають зубчасту або черв'ячну передачу.
= Матрос II класу (стор.56) =
