книги из ГПНТБ / Антонов, А. А. Устройство морского судна учебное пособие для подготовки специалистов в мореходных школах

Раздел третий

СУДОВЫЕ УСТРОЙСТВА

Глава VII. РУЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО

§ 24. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Рулевое устройство обеспечивает управляемость судна, т. е. позво­ ляет удерживать судно на курсе или изменять направление его движения.

Основными частями рулевого устройства (рис. 68) являются:

руль, служащий для непосредственного поворота судна; он

состоит из вертикальной пластины, называемой пером руля, и

поворотного вала — баллера, жестко соединенного с пером и про­

ходящего через гельмпортовую трубу в румпельное отделение, где

расположена рулевая машина;

рулевой привод, связывающий баллер руля с рулевой

машиной; рулевая машина, приводящая в действие руль;

привод управления рулевой машиной, состоящий из телемоторной передачи, связывающей пусковое устройство ру­

левой машины со штурвалом, расположенным в рулевой рубке.

На крупных судах дополнительный штурвал устанавливается так­ же на верхнем мостике.

Для контроля за положением руля служит специальный при­

бор— аксиометр, установленный перед штурвалом и связан­ ный электрической системой с баллером.

Рулевые приводы снабжаются специальными ограничителями,

допускающими перекладку руля не более чем на 35—37° на каж­

дый борт. Это ограничение вызвано тем, что при дальнейшей пере­ кладке ухудшается действие руля и возможна его поломка от дей­

ствия давления встречных потоков воды.

Рулевое устройство относится к числу наиболее ответственных

судовых устройств. От его бесперебойной работы в значительной степени зависит безопасность плавания судна. Поэтому по Пра­

вилам Регистра СССР каждое морское судно должно иметь два

рулевых привода: основной и запасной, с самостоятельны­

ми рулевыми машинами. Если эти приводы находятся ниже гру­

зовой ватерлинии, то предусматривают еще третий — аварий­

ный рулевой привод, расположенный выше палубы переборок.

Основной рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля с борта на борт при максимальной скорости переднего хода;

при этом время перекладки руля с 35° одного борта на 30° друго-

5 б

Рис. 68. Общая схема рулевого устройства:

/ — перо руля; 2—баллер; 3 — гельмпортопая труба; 4 — румпельное отделение; 5—рулевой привод; б—рулевая машина; 7 — привод управления рулевой машиной; в —штурвал; 9—штурвальная тумба; 10 — рулевая рубка

го борта не должно превышать 28 с. Запасной рулевой привод

должен обеспечивать перекладку руля с борта на борт при скоро­ сти переднего хода не менее 7 узлов, причем время перекладки

руля с 20° одного борта на 20° другого не должно превышать 60 с.

Аварийный рулевой привод должен обеспечивать перекладку

руля с борта на борт при скорости переднего хода не менее 4 уз­

§ 25. КОНСТРУКЦИИ РУЛЕЙ. ПОДРУЛИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Рули, применяемые на морских судах, можно подразделить на

два основных типа: небалансирные (обыкновенные) и балансир­

ные.

Небалансирные рули характерны тем, что вся плоскость

пера расположена у них по одну сторону от оси вращения.

руля представляет собой стальную пластину толщиной 20—30 мм,

подкрепленную с обеих сторон ребрами. Ребра соединяют перо с

рудерписом — утолщенной вертикальной частью руля, проходя­

щей по оси вращения. На рудерписе имеется ряд петель с закре­

пленными в них штырями, которыми руль навешивается на петли

рудерпоста. Опорой, воспринимающей вес руля, служит пятка ах­

терштевня. В ней делается углубление для нижнего штыря рудер-

писа, и для уменьшения трения в углубление под штырь встав­ ляется стальная закаленная чечевица. Для предупреждения верти-

82

кального смещения руля один из штырей, расположенный над ватерлинией, имеет на нижнем конце головку.

Рудерпис соединяется с баллером при помощи специального

замка или фланца, причем фланец обычно несколько смещают относительно оси вращения. Благодаря этому, во-первых, образу­

ется плечо, облегчающее поворот пера руля, во-вторых, для сня­ тия пера при ремонте не нужно приподнимать баллер, так как

для этого достаточно разобрать фланец и развернуть перо и бал­

лер в разные стороны. Баллер выводится в румпельное отделение через гельмпортовую трубу. В ее верхней части устанавливается

подшипник баллера, а также уплотнительный сальник, предупреж­

дающий попадание воды внутрь судна.

В настоящее время получили распространение обтекаемые не­

балансирные рули с контррулями (рис. 69,6). Перо руля имеет

профиль вытянутой капли и состоит не из пластины, а из рамы,

обшитой листовой сталью. Контрруль представляет собой обтекае­

мую наделку на передней части рудерпоста. Он образует с пером

руля единый профиль и служит как бы неподвижной частью пера.

Благодаря обтекаемой форме руля снижается сопротивление воды движению судна, а наличие контрруля, кроме того, улучшает его

разворот. Обтекаемые рули соединяются с ахтерштевнем и бал­

лером так же, как и плоские. При этом для уменьшения завихре­

ния воды штыри закрываются съемными кожухами, которые кре­

пятся к обшивке пера на потайных бронзовых шпильках или для

надежности привариваются.

Небалансирные рули по сравнению с другими рулями облада­ ют наиболее прочной и простой конструкцией, поэтому находят

применение на многих судах. В частности, они всегда устанавли­ ваются на судах ледового плавания. Для предохранения руля от

Рис. 69. Небалансирные рули:

а — плоский; б — обтекаемый;

щитные кожухи штырей

Рис. 70. Балансирные рули:

а — простой; б — полуподвесной

ахтерштевня

поломки льдиной при заднем ходе на корпусе судна позади руля имеется специальный защитный выступ.

Балансирные рули (рис. 70) отличаются тем, что часть плоскости пера, примерно 20—30% от всей площади, расположена у них впереди оси вращения. При перекладке такого руля встреч­

ные потоки воды своим давлением на балансирную часть содейст­

вуют отклонению руля, что дает возможность уменьшить мощ­

ность рулевой машины. Благодаря этому ценному свойству балан­

сирные рули применяются на большинстве современных судов.

Крепление балансирного руля к ахтерштевню осуществляется по-разному. Широко распространена конструкция, при которой

ахтерштевень выполняется без рудерпоста и руль имеет только две опоры — вверху и внизу. Нижней опорой руля служит пятка

ахтерштевня, а верхней — петля или непосредственно подшипник

баллера. В других конструкциях ахтерштевень имеет съемный ру­ дерпост, который проходит сквозь пустотелый рудерпис и таким

образом служит осью вращения руля.

На современных быстроходных судах широкое применение на­ ходят балансирные полуподвесные рули без нижней опоры, назы­ ваемые также полубалансирными рулями. Верхней опорой таких рулей служит одна-две петли ахтерштевня. Реже применяются балансирные подвесные рули, у которых верхней опорой является только подшипник баллера. Обе эти конструкции по сравнению с

обычными рулями обладают меньшей прочностью, но создают

ным недостатком обычных рулей является их слабое действие на

малых и задних ходах. Для обеспечения лучших маневренных ка­

честв на многих судах применяют специальные средства управ­

84

ляемости. К их числу относятся активные рули, поворотные на­

правляющие насадки, дополнительные носовые рули и подрули­

вающие устройства.

Активные рули (рис. 71,а) устанавливают на крупных

транспортных судах. Руль имеет обычную обтекаемую форму и оборудован небольшим гребным винтом. Он размещается в спе­

циальной насадке и получает вращение от электромотора, вмон­

тированного в каплевидную наделку на пере руля; питание к мо­

тору подводится через полый баллер. Упор, создаваемый рулевым

винтом, значительно увеличивает разворачивающее действие руля,

причем, что особенно ценно, наибольшее влияние рулевой винт

оказывает при малой скорости судна или при полном ее отсутст­

вии. Действие активного руля возрастает также с увеличением

угла перекладки. Поэтому на малых ходах угол перекладки до­ пускается до 90° на борт, а на полном ходу, во избежание полом­ ки руля, ограничивается обычными пределами (35°).

Активные рули облегчают маневрирование судов при движе­

нии в узкостях, позволяют производить швартовку без помощи

портовых буксиров. Кроме того, они повышают безопасность пла­

вания: рулевой винт при необходимости может быть использован

как движитель судна, обеспечивая скорость до 4—5 узлов.

Поворотные насадки (рис. 71,6) применяются на бук­

сирных судах вместо обычных рулей. Насадка представляет собой

массивное кольцо, закрепленное на баллере по типу балансирно­ го руля. При ее повороте струя воды, отбрасываемая гребным винтом, изменяет направление, чем и обеспечивается поворот суд­

на. Помимо улучшения управляемости, насадка также увеличива­

ет упор, создаваемый винтом, что очень важно для буксира.

Кроме поворотных, на судах часто применяют и неподвижные

направляющие насадки. В этом случае насадка служит только

для увеличения упора гребного винта, а управляемость судна

обеспечивается обычным рулем, установленным позади на­ садки.

Носовые рули устанавливаются в дополнение к основным

рулям на паромах и некоторых других судах для повышения управляемости на заднем ходу. Руль выполняется обычно подвес-

Рис. 71. Специальные рули:

85

ным балансирного типа и разме­

щается непосредственно за фор­

штевнем в специальном окне в корпусе судна. Форма пера руля

в создании бокового упора за счет силы реакции выбрасываемой

из туннеля воды. Направление упора изменяют реверсированием винта.

Подруливающие устройства обеспечивают высокую маневрен­ ность судна на малом и заднем ходах, позволяют перемещаться судну лагом, разворачиваться на месте. Они применяются на

паромах, земснарядах, крупных пассажирских и грузовых

судах, часто вместе с активным рулем или винтом регулируемого

шага.

§ 26. РУЛЕВЫЕ ПРИВОДЫ И РУЛЕВЫЕ МАШИНЫ

Электрогидравлические рулевые приводы. Рулевой привод слу­

жит для передачи крутящего момента от рулевой машины на бал­

лер руля. Его конструкция зависит от типа рулевой машины, ко­ торая может быть электрогидравлической, электрической, паровой

(на старых судах) или ручной.

Электрогидравлические рулевые приводы широко применяются

на современных судах любого тоннажа. Наибольшее распростра­

нение получил плунжерный привод (рис. 73). Он состоит из румпеля, который жестко посажен на голову баллера и шарнирно связан с плунжером.

Плунжер входит в два неподвижных гидравлических пресса,

заполненных маслом и соединенных трубками с рулевым насосом

специальной конструкции. Hacoc постоянно вращается электродви­ гателем, ио при среднем положении пусковой тяги работает вхо­

лостую.

86

Для поворота руля выводят тягу из среднего положения, и на­

сос начинает перекачивать масло из одного пресса в другой. Со­ здается разность давлении, вследствие чего плунжер перемещает­ ся и поворачивает румпель и баллер в нужную сторону.

Для амортизации ударов волн в перо руля установлен предо­

хранительный клапан. При ударе волны в перо давление в одном из прессов резко возрастает и клапан перепускает часть масла

в другой пресс. Так как при этом руль несколько отклонится в

сторону, в приводе имеется специальное устройство, обеспечиваю­ щее автоматический возврат руля в первоначальное положение

после спада давления. Ограничителями поворота румпеля служат

донышки самих прессов.

Плунжерные приводы часто выполняются сдвоенными — с дву­ мя парами прессов и двумя насосами, работающими параллель­

но. Это позволяет не устанавливать отдельный запасной привод,

поскольку перекладку руля при необходимости можно осущест­

влять с помощью одной пары прессов и одного насоса.

Другой тип гидравлического привода — лопастной

(рис. 74). Румпель, выполненный в виде крылатки с лопастями,

находится в закрытом цилиндрическом корпусе, который разде­

лен неподвижными перегородками на несколько рабочих камер (в

данном случае две камеры), заполненных маслом. При перекачке

его из одних полостей камер в другие создается разность давле­ ний, вызывающая поворот румпеля и баллера.

Рабочее давление масла в плунжерных приводах достигает

150—200 кгс/см2, в лопастных — до 40—50 кгс/см2. Высокое давле­ ние масла позволяет сделать приводы сравнительно небольших раз­

меров и массы даже при большой мощности. Применение масла,

кроме того, сводит к минимуму трение и износ деталей, обеспечи­ вает их плавную и бесшумную работу. Приводы отличаются высо­

кой чувствительностью управления.

87

Рис. 75. Электрический секторно-зубчатый привод:

/—баллер; 2— румпель; 3, 6 — шестерни; 4 — штурвал ручного привода; 5 — зубчатый сектор; 7— червячный редуктор; 8 — рулевой электродвигатель; 9 — ограничительный вы­ ключатель; 10 — зубчатый сектор ручного привода; 11 — буферные пружины

Электрические рулевые приводы устанавливаются на некото­

рых судах среднего тоннажа. По конструкции это обычно сек­

торно-зубчатый привод (рис. 75). На баллер поверх жест­

ко закрепленного румпеля свободно посажен зубчатый сектор.

Сектор и румпель соединены между собой пружинными аморти­ заторами. Зубья сектора входят в зацепление с шестерней, кото­

рая через червячный редуктор приводится во вращение от руле­ вого электродвигателя. При работе двигателя шестерня повора­

чивает сектор и через пружины движение передается на румпель и баллер.

Пружинные амортизаторы включены в привод для смягчения

рывков, возникающих при работе двигателя или при ударах волн

в перо руля. Червячный редуктор служит для повышения усилия

на румпеле за счет понижения числа оборотов двигателя и, кроме

того, обеспечивает самоторможение привода. Для ограничения

поворота руля в районе сектора закреплены ограничительные кни­

цы, а также концевые выключатели, которые при подходе сектора

к крайнему положению автоматически останавливают рулевой

двигатель.

В качестве рулевого двигателя применяется мотор постоянного

тока, питающийся от специального преобразователя. Часто рядом

с редукторохм устанавливают запасной электромотор, который мо­

жет быть легко подключен к устройству при неисправности основ­

ного мотора.

На некоторых старых судах сохранились паровые секторно­

зубчатые приводы. В них вместо электродвигателя используется

паровая двухцилиндровая рулевая машина.

Ручные рулевые приводы применяются как основные на не­

больших судах, а как запасные или аварийные — и на сравнитель­

но крупных. Рассмотрим их типы.

88

Гидравлический ручной привод устроен и работает

подобно плунжерному электрогидравлическому приводу, но для

перекачки масла используется ручной насос, приводимый в дви­ жение от штурвала. Если привод работает как аварийный, то руч­

ной насос обычно подключают непосредственно к прессам основ­

ного привода, и переход с одного привода на другой осуществля­

ется простым переключением клапанов.

Секторный привод с валиковой передачей, ис­ пользуемый в качестве аварийного, состоит из системы валиков и шестерен, которые связывают штурвал ручного управления с зуб­

чатым сектором, выполненным заодно с основным. Для перехода

на ручное управление рулем выводят из зацепления шестерню

основного привода и опускают шестерню, сидящую на скользящей

шпонке, до зацепления с зубчатым сектором (см. рис. 75).

Секторный привод со штуртро с о в ой передачей

(рис. 76) состоит из сектора, жестко закрепленного на баллере руля, и штуртросовой проводки, соединяющей сектор с барабаном.

Штуртрос намотан на барабан несколькими шлагами таким обра­ зом, что при вращении барабана одна ветвь выбирается, а другая потравливается, приводя в движение сектор.

Барабан приводится во вращение штурвалом (иногда паровой

машиной) через червячный редуктор, который повышает усилие

на барабане и препятствует его обратному вращению, т. е. обес­

печивает самоторможение привода. Штуртрос выполняется из

стального троса, цепи, а на прямых участках — из стальных штанг.

Чтобы сохранялось постоянное натяжение штуртроса, правая его ветвь крепится к ступице сектора со стороны левого борта, и на­ оборот, и обе ветви проходят по обводу сектора в отдельных ка­

навках.

Для выбирания слабины в ветви штуртроса вставлены винто­ вые талрепы, а для смягчения рывков — пружинные амортизато­

ры. Чрезмерный поворот руля предупреждается ограничительны­ ми кницами, приваренными около сектора. Участки штуртроса,

проходящие по палубе, закрываются съемными кожухами.

Рис. 76. Секторный привод со штуртросовой передачей:

89