3. Особенности управления судна с винтом регулируемого шага (врш).

Преимущества и недостатки ВРШ по сравнению с ВФШ. Средства

повышения маневренности судов.

Особенности управления судна с винтом регулируемого шага (ВРШ).

Винт регулируемого шага (ВРШ) — это гребной винт, у которого регулируется угол разворота лопастей. Лопасти такого винта разворачиваются специальным механизмом в любое положение в диапазоне «полный вперед — стоп—полный назад», т. е. в зависимости от степени разворота лопастей, не изменяя работы главного двигателя,

судну можно придать или движение вперед, или остановиться на месте, или создать движение назад. При эксплуатации всех видов ВРШ применяется принципиально

одинаковая система управления. Гидравлическая система управления ВРШ дает возможность широко использовать в качестве главного двигателя нереверсивные силовые установки (турбины, дизели большой мощности и т. д.). Внедрение ВРШ на судах позволяет улучшить маневренные качества судов. К ним в первую очередь относится уменьшение тормозного пути (за счет быстрого перевода лопастей винта на режим работы заднего хода) и периода торможения. Гашение инерции начинается почти немедленно после дачи команды «Полный назад» (отдельные суда с полного хода останавливаются за 1 мин при тормозном пути 1—1,5 корпуса). На судах с ВРШ облегчается выполнение многих видов маневров при съемке с якоря и постановке на якорь, при швартовке судна к причалу и лагом к другому судну, при расхождении судов для предотвращения столкновений и т. д. Для выяснения влияния ВРШ на управляемость судна рассмотрим различные режимы его работы.

Влияние ВРШ на управляемость судна. Ниже рассмотрены различные режимы работы ВРШ правого вращения.

Судно движется вперед, винт работает вперед (рис. 3.4). Уп­равляемость судна та же, что и при ВФШ, т. е. корма уклоняется влево, а нос — вправо (С + b > R). С выводом руля из диаметраль­ной плоскости судно ведет себя так же, как и с ВФШ. При уменьшении шага винта уменьшаются силы С, R и b, уменьшается и ук­лонение кормы влево. С увеличением шага винта увеличиваются силы С и R. В еще большей степени возрастает и сила b — вслед­ствие увеличения угла атаки винта и скорости попутного потока, поэтому уклонение кормы влево увеличивается.

Судно движется назад. винт работает назад (рис. 3.5). В от­личие от ВФШ у ВРШ на заднем ходу направление вращения со­храняется. Под действием сил С₁ и корма пойдет вправо. При перекладке руля вправо к указанным силам добавляются А₁и В₁ и корма пойдет вправо еще резче.

Если руль перекладывается влево, то при большой скорости движения назад корма пойдет влево (А₁ + В > С₁ + R₁), на малом заднем ходу — медленно вправо (C₁ + R₁ > А₁ + В).

Судно движется вперед, винт работает назад (рис. 3.6). Под действием суммы сил С₁ + R₁ + b корма резко пойдет вправо. Если положить руль вправо, то сила встречного потока А значительная в начале реверса, может оказаться больше сил C₁, R₁ и А, поэтому корма пойдет влево. По мере гашения инерции движения вперед сила А ос­лабевает и корма вновь начнет уклоняться вправо. При перекладке руля лево на борт в начале реверса корма пойдет вправо еще стремительнее, так как к силам C₁, R₁, b добавится действие силы А.

Судно движется назад, винт работает вперед (рис. 3.7). В на­чале реверса сила R больше силы С, так как потоки воды, отбрасы­ваемые винтом, еще неустойчивы. Вследствие этого корма при руле прямо слегка пойдет вправо. При перекладке руля вправо наблюда­ется неравенство А₁+R> С+ С_bc, и корма уклоняется также вправо.

С уменьшением инерции движения назад уменьшается сила А₁ и соотношение сил станет противоположным (С + С_bc > А₁+R), поэтому корма пойдет влево.

Если положить руль влево, то в начале реверса корма пойдет влево (А₁ + С > R + С_bc), в конце, по мере ослабления силы А₁ — вправо (R + С_bc > А₁ + С).

Когда инерция заднего хода будет полностью погашена и судно двинется вперед, корма вновь начнет уклоняться влево в соот­ветствии с действием сил на установившемся переднем ходу.

Итак, на двух режимах из четырех рассмотренных судно с ВРШ ведет себя так же, как и судно с ВФШ (винт работает вперед). На двух остальных режимах (винт работает назад) влияние ВРШ на управляемость судна отличается от действия ВФШ. Это необхо­димо иметь в виду во время маневров.

Преимущества и недостатки ВРШ по сравнению с ВФШ.

Анализ эксплуатационной деятельности различных судов с ВРШ (буксиров, БМРТ, пассажирских судов и др.) показывает значительные преимущества их перед судами с фиксированными винтами, так как ВРШ:

• дает возможность изменять направление движения судна без изменения направления вращения винта, что важно при нереверсивных двигателях;

• позволяет применять дистанционное управление ходами с мостика;

• дает возможность сократить время на реверс судна до 30%;

• увеличивает моторесурс дизельных установок уменьшением числа реверсов двигателя;

• дает возможность использовать при торможении полную мощность двигателя на заднем ходу. Однако ВРШ имеет и серьезные недостатки, например трудность технического выполнения надежного устройства для разворота лопастей и др.

Средства повышения маневренности судов.

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

Крыльчатые движители (КД). Применяются в качестве основного движителя на буксирах, паромах, плавкранах, рыболовных судах и в виде вспомогательного средства управления на больших пассажирских судах и танкерах. КД позволяет создавать силу тяги в любом направлении и изменять ее величину.

Конструктивно КД представляет собой диск с вертикальной осью вращения, размещенный в днищевой части корпуса, на котором установлены вертикальные поворотные лопасти (от четырех до восьми). В воде находятся только лопасти, а механизмы вращения диска и поворота лопастей размещены внутри корпуса судна. КД сочетает в себе функции винта и руля. На судах, имеющих его в качестве основного движителя, отсутствует рулевое устройство, а хорошая поворотливость судов обеспечивается изменением направления силы тяги. Суда, оснащенные КД, обладают хорошими тормозными качествами. Время торможения у них значительно меньше, чем у судов с гребными винтами, а длина тормозного пути не превосходит длины корпуса.

К недостаткам КД относятся следующие: сложность конструкции и его относительно большая масса; суда, имеющие КД в качестве основного движителя, не приспособлены для плавания в открытом море, т.к. на волнении диск и лопасти подвергаются большим напряжениям; при плавании во льдах КД требует надежной конструктивной

защиты; фактическая осадка судна увеличивается на длину лопасти.

Активные рули (АР). Это рули с установленными на них вспомогательными винтами, расположенными обычно на задней кромке пера руля. Активными рулями оборудовано большое количество транспортных и промысловых судов. АР перекладывается с борта на борт обычной рулевой машиной, но с целью повышения эффективности руля предельные углы его перекладки увеличиваются до 70°—90°. АР используется на малых скоростях до 5 уз. При больших скоростях винт АР отключается, и перекладка руля осуществляется в обычных пределах — до 35° на каждый борт.

АР позволяет осуществлять повороты не только на малых скоростях, но и при отсутствии хода. При маневрировании на стесненных акваториях винт АР может использоваться в качестве основного движителя, что обеспечивает высокие маневренные качества судна. К недостаткам АР относится усложнение конструкции пера руля и повышение сопротивления движению судна при больших скоростях. В последнее время получила распространение электродвижущаяся система Azipod (Azimuth Pod – азимутальная гондола), которая включает в себя дизель-генератор, электромотор и винт.

Элетромотор, обеспечивающий вращение винта, расположен в специальной гондоле. Винт находится на горизонтальной оси, уменьшается количество механических передач – в результате достигается максимальный двигательный эффект. Винторулевая колонка имеет

угол разворота до 3600, что значительно повышает управляемость судна.

Достоинства Azipod:

• 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.

Одновременно внедряется CRP (contra-rotating propeller) технология. В этом случае винты располагаются друг против друга и имеют противоположное направление вращения, чем достигается наибольший двигательный эффект. Данная система используется на судах, обслуживающих регулярные линии, для которых очень важна скорость доставки груза или пассажиров.

Подруливающие устройства (ПУ). 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 оборудованы большое количество судов самого разного назначения, в том числе практически все суда типа Ро—Ро.

В сочетании с винтом и рулем ПУ обеспечивают высокую маневренность судна: возможность разворота на месте при отсутствии хода, при этом центр вращения располагается позади ЦТ судна на расстоянии, примерно равном 0,15 длины судна; отход или подход к причалу практически лагом. При движении судна малыми скоростями совместная работа винта, руля и ПУ обеспечивает высокую поворотливость, поскольку

сила тяги ПУ может создавать дополнительный момент, способствующий развороту судна в ту или иную сторону.

Раздельные поворотные насадки (РПН). 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. Поэтому увеличивается скорость протекания жидкости через сечение винта и, следовательно, повышается его КПД. Поворотная насадка устанавливается на баллере и поворачивается до 40° на каждый борт, заменяя руль, причем в этом качестве насадка имеет большую эффективность, чем обычный руль, поскольку боковая сила, разворачивающая судно, создается за счет изменения направления силы тяги винта, которая существенно больше боковой силы руля.

РПН устанавливаются на двухвинтовых судах и имеют конструкцию привода, позволяющую выполнять раздельную их перекладку. РПН установлены на многих транспортных судах, главным образом речных и смешанного плавания, и обеспечивают их высокие маневренные характеристики.