6. Судовые устройства и дельные вещи

Судовые устройства служат для обеспечения необходимых эксплуатационных и навигационных качеств судна. К основным судовым устройствам относятся: рулевое, якорное, швартовное, кранцевое, шлюпочное, грузовое, буксирное и др. Кроме того, на некоторых судах специального назначения применяют различные дополнительные устройства, обеспечивающие выполнение специальных задач: аппарельные и промысловые устройства, устройства для спуска и подъема забортных аппаратов, подводного бурения, укладки трубопроводов и подводного кабеля и т.п. Расположение основных судовых устройств показано на рис.6.1.

Рис. 6.1. Расположение …….. судовых устройств: 1 – рулевое, 2 – буксирное, 3 – швартовное, 4 – грузовое, 5 – шлюпочное, 6 – якорное, 7 - подруливающее

Судовые устройства работают с помощью механизмов, называемых обычно палубными, так как большинство из них находятся на палубах. Привод этих механизмов может быть электрическим, гидравлическим, электрогидравлическим, паровым или дизельным.

6.1. Рулевые устройства

Основное назначение рулевого устройства – обеспечение управляемости судна, для чего необходимо создать вращающий момент, поворачивающий судно вокруг вертикальной оси.

Рулевое устройство состоит из следующих основных элементов, рис.6.2:

• пера руля или поворотной насадки, непосредственно обеспечивающих управляемость судна;

• баллера - вала для поворота руля (насадки);

• рудерписа – вертикального стержня, к которому крепят горизонтальные ребра пера руля;

• верхнего и нижнего подшипников;

• гельмпортовой трубы;

• фундамента под рулевую машину.

Кроме того, в состав рулевого устройства входят:

• румпель – (или сектора) – рычаг для создания вращательного момента на баллере руля;

• рулевой привод для передачи усиления от рулевой машины к баллеру руля и его поворота;

• привод управления рулевой машиной, служащего для связи поста управления судна с пусковым механизмом рулевой машины;

• запасной и аварийный рулевые приводы;

• указателя положения руля, показывающего угол перекладки руля;

• ограничители перекладки руля, сектора или румпеля;

• рулевой тормоз, служащего для неподвижного закрепления руля.

К рулевым устройствам предъявляется ряд специфических требований: на всех судах оно оборудуется реверсивными электрогидравлическими и электрическими приводами. Каждое судно внутреннего плавания должно иметь основной и запасной рулевые приводы. Рулевой привод (основной или запасной) может быть ручным, если перекладка руля (насадки) с борта на борт на угол 35° при полной скорости переднего хода судна обеспечивается за время не более 60 с, при усилии на штурвале не более 120 Н и его частоте вращения не более 25 об/мин; на судах с двигателем мощностью до 150 л.с. преимущественно применяется ручной рулевой привод. Основной привод должен обеспечивать перекладку рулей от ДП на угол 35° любого борта при полной скорости хода судна за время не более 30 с, а у судов с повышенной скоростью – за 15 с. Управление основным и запасным приводами производится из рулевой рубки. Перекладка руля должна производится в ту же сторону, в какую повернуты штурвал или рукоятка.

Рис. 6.2. Рулевое устройство

1 – перо руля, 2 – рудерпис, 3 – баллер, 4 – нижний подшипник, 5 – упорный подшипник, 6 – верхний подшипник, 7 – фундамент под рулевую машину, 8 – рулевая машина, 9 – гельмпортовая труба

На одновинтовых судах рулевые комплексы по месту расположения рулевого органа подразделяются на пять групп:

1. руль в диаметральной плоскости за гребным винтом без насадки;

2. руль в диаметральной плоскости за стационарной насадкой гребного винта (насадка без стабилизатора);

3. поворотная насадка со стабилизаторами на наружной поверхности;

4. поворотная насадка с постоянно закрепленным в ней вертикальным стабилизатором;

5. поворотная насадка с поворотным стабилизатором в диаметральной плоскости.

Наибольшее распространение получили 1), 2) и 4).

На двухвинтовых судах руль может располагаться в ДП, частично омываемой потоком от обоих гребных винтов. Но иногда устанавливают два по одному за каждым гребным винтом. В некоторых случаях рули устанавливают в носовой части судна. В зависимости от расположения руля относительно оси вращения различают, рис.6.3, обыкновенные рули, у которых перо полностью расположено в корму от оси вращения; балансирные рули, у которых перо разделено осью вращения на две неравные части; полубалансирные рули, отличающиеся от балансирных тем, что балансирная часть сделана не по всей высоте руля.

Рис. 6.3. Основные типы рулей: а – обыкновенный, б – балансирный, в – балансирный подвесной, г – полубалансирный одновинтового судна

На судах на подводных крыльях – вертикальные рули, носовые и кормовые закрылки. На судах на воздушной подушке – аэрорули. На экранопланах –вертикальные рули, рули высоты и элероны-закрылки.

Руль должен обеспечивать управляемость судна в любых условиях эксплуатации. Под управляемостью понимают два качества: устойчивость судна на курсе и поворотливость. Поворотливостью называют способность судна подчиняться действию руля, а устойчивостью на курсе - способность сохранять заданное направление движения при минимальном использовании руля.

При установившемся прямолинейном движении судна и отсутствии ветра, волнения, течения корпус судна и руль симметрично обтекаются встречным потоком воды. В этих условиях на корпусе судна две взаимно уравновешивающиеся силы – упора движителя и сопротивления воды. При отклонении руля от диаметральной плоскости на какой-либо борт характер обтекания нарушается, поток воды создает на руле гидродинамическую силу Р, рис.6.4.

Рис. 6.4. Гидродинамическая сила руля на корпусе судна

Точка приложения этой силы находится в центре давления воды на руль. Если приложить в центре масс судна две взаимно противоположные силы, равные и параллельные силе Р, то действие последней сведется к паре, вращающей судно, и к двум составляющим Р₁ и Р₂ , из которых первая тормозит поступательное движение, а вторая вызывает боковой снос. При этом возникает боковое сопротивление R₀ . Момент М_вр вызывает поворот судна вокруг вертикальной оси. Судно изменяет курс, переходя с прямолинейного на криволинейный путь и затем на круговое движение с вращением относительно своей вертикальной оси.

Практикой эксплуатации выработаны некоторые показатели управляемости. Одним из них может служить диаметр D_O круга, по которому перемещается центр масс судна при установившейся циркуляции, другим – расстояние D_Т , замеренное между двумя положениями центра масс, отмеченными за время поворота на 180° и называемое тактическим диаметром циркуляции. Чем меньше значение величин D_О и D_Т , тем лучше управляемость судна. Выработаны также нормы соотношений диаметра циркуляции D_Т и длины L корпуса судна (первый критерий). Управляемость судна считается удовлетворительной для речных судов, когда D_Т ≈ (1,2 ÷ 3,0)L; для судов смешанного плавания, когда D_Т ≈ (2 ÷ 4)L. Управляемость судна может быть оценена угловой скоростью поворота на чистой воде (второй критерий), которая для речных судов составляет 130 ÷ 290 град/мин, а для судов смешанного плавания - 90÷130 град/мин.

Конструктивно судовой руль представляет собой крыло малого удлинения, которое характеризуется высотой h, шириной b, максимальной толщиной t_max и формой профиля. Площадью руля называется плоскость, ограниченная контуром проекции непереложенного руля на диаметральную плоскость. Часть пера руля, расположенная спереди от оси баллера, носит название балансирной.

Профиль руля определяется контуром сечения горизонтальной плоскостью, перпендикулярной оси баллера. Основным показателем профиля является относительная толщина Все существующие профили разделяются на тонкие , средние и толстые

Поворотные направляющие насадки, как и рули, предназначены для обеспечения управляемости судна. Они относятся к средствам активного управления. Различают поворотные направляющие насадки одновинтовых и двухвинтовых судов. Они могут быть без стабилизаторов, с неподвижными стабилизаторами и с управляемыми стабилизаторами, рис.6.5.

Рис. 6.5. Активный руль (а) и поворотная насадка (б)

1 – перо руля, 2 – винт подруливающего устройства, 3 – гидравлический двигатель, 4 – баллер, 5 – трубопровод, 6 – гребной винт, 7 – поворотная насадка

Поворотная направляющая насадка является не только рулевым органом, но и частью движительного комплекса судна. Ее применение улучшает условия работы движителя. Особенность действия насадки по сравнению с рулем заключается в возникновении гидродинамических сил, постоянно стремящихся повернуть насадку на угол, больший по отношению к обтекающему ее потоку. Для компенсации вращающего момента этих сил в диаметральной плоскости хвостовой части насадки за винтом устанавливают стабилизатор в виде вертикального крыла. При повороте насадки относительно оси баллера нарушается симметрия обтекания ее потоком воды. На насадку начинает действовать боковая сила, значение которой зависит от угла поворота насадки и от действия гребного винта, работающего в ней.

Для улучшения маневренности судна на малых ходах, когда обычное рулевое устройство недостаточно эффективно, особенно швартовке судна у пирса и движения в узких местах, устанавливают дополнительные средства управления - подруливающие устройства рис.6.6.

Рис. 6.6. Подруливающее устройство

Рулевой привод - связующее звено между баллером и рулевой машиной – предназначен для передачи усилия от рулевой машины к рулю при перекладке. Бывают приводы с гибкой связью (штуртросные, цепные) и с жесткой связью (зубчатые, винтовые, гидравлические), рис.6.9. У гибких приводов неизбежна слабина в штуртросах, вследствие которой при ударе волны о перо руля возникают рывки.

Рулевая машина осуществляет перекладку руля или насадки. Рулевые машины бывают электрические или электрогидравлические. Они устанавливаются в румпельном отделении на корме судна. Управление ими с ходового мостика производится электрической системой следящего типа. Электрогидравлические рулевые машины имеют лучшие показатели, чем электрические. На рис.6.7 представлен общий вид и схема действия электрогидравлической рулевой машины.

Системы управления рулевыми машинами работают в простом или следящем режимах. При следящем режиме рулевому достаточно поставить штурвал или ручку управления в определенную позицию. Начало перекладки руля, его движение и остановка в заданном положении производится автоматически.

Рис. 6.7. Рулевые приводы: а – румпельный, б – винтовой

1 – перо руля, 2 – баллер, 3 - румпель, 4 – штур-трос, 5 – зубчатый сектор, 6 – пружинный амортизатор, 7 – винтовой ……, 8 – ползун

Рис. 6.8. Общий вид и схема действия электрогидравличнской рулевой машины

1 –баллер, 2 – румпель, 3 – цилиндр, 4 – плунжер, 5 – электродвигатель, 6 – масляный насос, 7 – пост управления

При простом управлении рулевая машина повторяет все операции рулевого со штурвалом: руль перекладывается только при вращении штурвала и останавливается, как только рулевой прекращает поворачивать штурвал.