Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные движительно-рулевые и подруливающие устройства для морских и речных судов. Часть 1. Учебное пособие
.pdf
11
неврирование при движении с малой скоростью переднего хода и без хода, при
торможении или движении задним ходом, разворота на месте и динамического
позиционирования в условиях внешнего воздействия: ветра, волнения и течения. При выполнении этих маневров ПУ используются самостоятельно или
совместно с главными движителями (ГД) и рулевыми устройствами (РУ), с
ВДРУ или с ГДРУ, а также при необходимости совместно с буксирами.
Из всех типов САУ, чаще и наиболее широко, практически на всех типах
судов, применяются ПУ. При этом в основном ПУ размещаются в носовой оконечности судна, хотя с точки зрения маневренности, целесообразно предусматривать размещение ПУ в носу и в корме. Преимущественное размещение ПУ в
носовой оконечности объясняется:
- конструктивными сложностями размещения ПУ в кормовой оконечности,
связанные главным образом с тем, что там проходят линии валопровода и, как
правило, ограничена осадка (из-за подзора) и ширина корпуса;
- возможностью, хотя и ограниченной, на режимах близких к швартовным,
воздействовать на кормовую оконечность судна РУ, при условии размещении
пера РУ за гребным винтом, а для воздействия на носовую оконечность необходимо применение ПУ или буксира.
Эффективность ПУ при выполнении различных маневров существенно зависит, как это уже было показано выше, от места расположения ПУ и скорости
движения судна.
Установка ПУ в носовой оконечности судна при движении малым ходом
вперед позволяет уменьшить угол дрейфа судна, обеспечить динамический отброс
носовой оконечности судна при расхождении судов без смещения корпуса
навстречу с расходящимся судном, как это имеет место при отвороте носа судна
рулем. ПУ обеспечивает динамический наброс или отброс соответствующей оконечности судна, где оно размещено, к пирсу (судну или плавсредству) или от него.
ПУ рекомендуется устанавливать практически на все типы судов. Целесообразно также устанавливать ПУ на баржи (несамоходные плавсредства), которые являются частью толкаемых или буксируемых составов.
12
Вопросы применения ПУ в различных случаях маневрирования рассмотрены в многочисленных исследованиях, например [1–2, 4, 14–15, 22, 28].
2.2.3. Основное назначение и область применения ВДРУ
Основное назначение ВДРУ — обеспечение самостоятельной швартовки судна без помощи или при минимальном количестве буксиров, удержания судна на
курсе и маневрирования при движении с малой скоростью переднего и заднего хода и без хода, при торможении, разворота на месте и динамического позиционирования в условиях внешнего воздействия: ветра, волнения и течения. При этом
ВДРУ в отличие от ПУ могут обеспечивать не только поперечную, но и продольную составляющую тяги, что определяет их применение на судах где сложно или
не возможно с помощью ГД обеспечить малые значения продольной составляющей
тяги (скорости). ВДРУ в отличие от ПУ обеспечивают более динамичное изменение вектора тяги, как по величине, так и по направлению. Все это определяет применение ВДРУ на судах где высокие требования к динамике маневрирования (динамическое позиционирование, маневрирование в сложных условиях), при невозможности обеспечения регулируемой по величине от нуля продольной составляющей тяги ГД. ВДРУ также устанавливаются на суда, где по условиям эксплуатации
и экономической эффективности необходимо иметь движитель малого хода или резервный движитель. Ограниченное применение ВДРУ в отличие от ПУ объясняется
более высокой стоимостью.
Наибольшее применение в качестве ВДРУ нашли выдвижные и откидные
ПК (ВПК и ОПК). Наибольший эффект получается в том случае, когда на судне
установлено две и более колонки, вектор суммарной тяги которых можно изменять и синхронно и раздельно. При этом могут быть применены конструкции
колонок, у которых величина упора не регулируется. ДРУ, применяемые в качестве ВДРУ, проектируются на обеспечение максимального упора на швартовном режиме, т.е. тяжело нагруженная передача (относительно низкая частота вращения гребного вала при относительно большом значении крутящего момента на гребном валу). Реже в качестве ВДРУ применяются крыльчатые дви-
13
жители (КД), некоторые конструкции водометных движителей (ВД) с днищевым поворотным устройством (ДПУ) и активные рули (АР).
ВДРУ в основном устанавливаются на судах научного, технического, промыслового и добывающего флотов, на кораблях и вспомогательных судах
ВМФ. В ряде случаев ПК, чаще ОПК, объединяются с двигателем, как правили
дизелем, размещенном в контейнере, в единый агрегат, представляющий автономный, переносной (точнее переставной) движительно-рулевой комплекс. Использование таких агрегатов в качестве ГДРУ позволяет отказаться от общепринятой схемы расположения механической установки (привода) в специальном машинном отделении. Такие агрегаты устанавливаются на несамоходные
суда, превращая их в самоходные. На баржи (несамоходные плавсредства), которые являются частью толкаемых или буксируемых составов, обеспечивая
этим составам высокую маневренность, а также позволяют этим плавсредствам
самостоятельно перемещаться. Работы по их монтажу и техобслуживанию просты и не требуют большего времени. Такие агрегаты, выпускаются за рубежом,
например, фирмой Schottel (Германия) и этот тип устройства ПК получил
наименование «навигатор» и достаточно широкое применение за рубежом. В
80-ых годах в СССР, в Каунасе (ПО «Пяргале») был создан такой агрегат для
инженерных войск, но широкого применения в отечественном гражданском судостроении, к сожалению не получил.
2.2.4. Основное назначение и область применения ДРУ в качестве ГДРУ
Основное назначение главных движительно-рулевых устройств (ГДРУ)
для современных судов различного типа и назначения, от тихоходных до среднескоростных (10 –25 узлов),— обеспечение ходкости и высокой управляемости судов на всех режимах движения и маневрирования, при выполнении всех
поставленных перед судном задач. ГДРУ нашло широкое применение на различных по типу и назначению судах: буксирах, ледоколах, судах (плавсредствах) технического, добывающего, научного и промыслового флотов, на некоторых типах боевых и вспомогательных кораблях ВМФ, паромах, транспорт-
14
ных судах, особенно речных и река-море, и т.п. Область применения ГДРУ на
современных судах с каждым годом расширяется.
Наиболее перспективным типом ГДРУ для современных судов различного
типа и назначения, от тихоходных до среднескоростных, являются поворотные
колонки (ПК). Реже в качестве ГДРУ, на рассматриваемых судах, нашли применение крыльчатые движители (КД), двухвинтовые движительные установки
с раздельно поворотными насадками (РПН), а также некоторые конструкции
водометных движителей (ВД) с реверсивно-рулевым устройством (РРУ) или
днищевым поворотным устройством (ДПУ). КД в качестве ГДРУ на судах
нашли свою хотя и небольшую, но устойчивую нишу. Это, например, некоторые типы буксиров, судов (плавсредств) технического, добывающего и научного флотов, корабли противоминной обороны.
Применяемые в качестве главных ДРУ, в зависимости от назначения судна, должны обеспечивать или высокие тяговые характеристики на режимах
близких к швартовному, или достаточно высокие значения пропульсивного
КПД (при значениях относительной поступи гребного винта = v/n·D в диапазоне 0.4–0.6 для тихоходных судов и 0.5–1.0 для средне скоростных судов). В
случае установки ПК в качестве ГДРУ на судах, где требуется высокие значения тяги на швартовом режиме или высокие значения пропульсивного КПД для
тихоходных судов, как правило, применяются гребные винты в насадке, а для
среднескоростных судов, как правило, применяются открытые гребные винты и
даже парные соосные. При этом конструкции колонок имеют соответственно
тяжело нагруженную или средне нагруженную передачу (т.е. относительно
низкая или средняя частота вращения гребного вала при относительно большом
значении крутящего момента на гребном валу). Рассматриваемые ПК, как правило, имеют угол поворота 360º, т.е. полноповоротные ПК.
По сравнению с традиционным комплексом ГД и РУ, применение на судне
в качестве ГДРУ комплекса, состоящего, как правило, из двух ПК с гребными
винтами фиксированного шага (ВФШ), обеспечивает:
15
- более высокие характеристики пропульсивных качеств и управляемости
судна во всем диапазоне скоростей, включая полный ход;
- существенное улучшение управляемости и маневренных характеристик
судна на малых скоростях хода, на стопе, при реверсе и движении задним ходом, появляется возможность выполнения судном любых сложных перемещений на стесненной акватории, например, разворота на месте, движения лагом и
с заданным углом дрейфа;
- существенно лучше характеристики при торможении: меньше время тор-
можения и величина выбега, при этом судно не теряет управляемости;
- возможность эффективной работы в режиме динамического позициони-
рования, особенно при использовании носового ПУ или ПК (выдвижного или
откидного);
- возможность длительного движения с любой минимальной заданной ско-
ростью хода, включая стоп и задний ход. При этом обеспечивается устойчивая
и экономичная работа двигателя привода вплоть до минимально допустимых
значений оборотов (экономическая эффективность не ниже, чем при применении традиционного ГД с ВРШ). Обеспечивается заданная управляемость, что с
использованием традиционных ГД и РУ, из-за малой эффективности рулей на
этих режимах движения, является проблемой;
- улучшение пропульсивных и вибрационных (акустических) характери-
стик ГД и судна за счет возможности обеспечить лучшее взаимодействие гребного винта ПК с корпусом судна и набегающим потоком;
- возможность применения упрощенных обводов кормового подреза, обес-
печивающих хорошее взаимодействие гребного винта ПК с корпусом и набегающим потоком. Для улучшения устойчивости на курсе, при необходимости,
применяется развитый киль;
- возможность увеличения примерно на 15–20% вместимости судна или
соответствующего уменьшения размеров и водоизмещения судна за счет более
рационального размещения машинного отделения (отсутствие валопровода, редукторов, рулевого устройства и т.п.) и применения двигателей привода ПК с
16
меньшими массогабаритными характеристиками (высоко и среднеоборотные
двигатели);
- лучшие и более экономичные условия для обслуживания ДРК и его ре-
монта, в т.ч. обеспечивается установка или демонтаж ПК или отдельных его узлов и деталей на плаву без докования;
- улучшаются ледовые характеристики ДРК и судна, что позволило актив-
но внедрять применение ПК не только на различного типа судах ледового плавания, но и на ледоколах. При этом ПК используются также для отбрасывания
струями колонок, каждой на свой борт, битого льда от корпуса судна, а также
друг от друга. ПК принято в технологии «судна двойного применения» - движение вперед по открытой воде и кормой специальной формы (ледокольной) во
льду. Возможно использование различных конструктивных приспособлений
для защиты гребного винта от битого льда практически не уменьшающие пропульсивных характеристик ПК;
- повышение безопасности и надежности эксплуатации судна, в том числе за
счет существенного улучшения управляемости и маневренности судна, включая
режим торможения, резервирования ДРК (за счет применения двух ПК), возможности конструктивно простого применения резервного привода ПК, и возможности
агрегатной замены ПК, ее узлов и деталей без докования судна.
Этим объясняется широкое распространение применения ПК на различных
типах судов и кораблей, в т.ч. применение на судах речного и смешанного (река-море) плавания. При этом ПК с механической (Z-образной угловой передачей) применяются в настоящее время с мощностью привода от 30 до 6000 –
8500 кВт, а с низкооборотным электродвигателем в капсуле гондолы ПК (в т.ч.
так называемые ПК типа «Азипод») с мощностью привода до 20000 – 35000
кВт. Рассматриваются возможности повышения мощности привода для обоих
направлений развития ПК.
Есть примеры применения ГДРУ с одним ПК, но это требует применения или
реверсивного, регулируемого в широком диапазоне привода, или гребного винта
регулируемого шага (ВРШ). В этом случае маневренные характеристики судна с
17
ГДРУ имеют преимущества по сравнению с судами с традиционными ГД и РУ
только на режимах удержания судна на курсе и при развороте на предельно малых
скоростях хода. При этом существенно возрастает потребность в применении носового ПУ. Есть примеры применения ГДРУ с двумя ПК с ВРШ. Как правило, это
обусловлено назначением судна и условиями его эксплуатации, например, в битом
льду и подтверждается технико-экономическим обоснованием.
В отечественном судостроении нашли распространение, в т.ч. на десантных катерах и плавсредствах и на судах речного флота, системы движительнорулевые (СДР) – две ПК (стационарные или откидные) с приводом от одного
двигателя через раздаточный редуктор. Управление обоими ПК по углу разворота независимое. Такая движительная система предпочтительна для небольших судов и катеров, где по условиям размещения и эксплуатации целесообразнее установка одного двигателя.
СДР с откидными колонками может быть принята в качестве движительнорулевого устройства малого хода на высокоскоростных судах [1, 11, 26], у которых ГД и РУ не могут обеспечить ходкость и управляемость на малых ходах.
2.2.5. Основное назначение и область применения ПК в качестве ГДРУ для
быстроходных судов и катеров
Традиционные ГД с гребным винтом для быстроходных судов и катеров
(глиссирующих, на подводных крыльях, скеговых на воздушной подушке)
имеют наклонный вал и соответственно гребной винт, работающий в косом потоке, что существенно ухудшает пропульсивные и кавитационные характеристики гребного винта. Поэтому применение колонки с Z-образной передачей и
гребным винтом, обеспечивает обтекание гребного винта осевым потоком с
минимальным влиянием попутного потока от корпуса судна. И как следствие
существенное увеличение пропульсивных характеристик судна и улучшение
кавитационных характеристик гребного винта.
Применяются следующие основные типы колонок для быстроходных судов и катеров:
18
- Подвесные моторы (подвесные лодочные моторы), представляющие со-
бой единый агрегат, состоящий из рамы и закрепленной на ней Z-образной колонкой и высокооборотного двигателя (бензинового или реже дизеля), который
может поворачиваться относительно вертикальной оси колонки на угол ± 30º 40º. На нижнем гребном валу колонки установлен высокооборотный гребной
винт, а входной верхний вал колонки соединен с ведущим валом двигателя.
Конструкции этих колонок имеют легко нагруженную, высокооборотную передачу (т.е. относительно высокая частота гребного вала при относительно низком значении крутящего момента на гребном валу). Мощность двигателя подвесных моторов от 1 – 2 до 250 кВт и более. Подвесные моторы применяются в
основном на моторных лодках и легких катерах с относительно большой скоростью хода (т.е. значения относительной поступи гребного винта больше 1.0).
- движительные колонки (ДК), предназначенные для установки на транец
быстроходных судов, кораблей и катеров, с Z-образной передачей и высокооборотным гребным винтом (есть модификации с соосными гребными винтами
одного или противоположного вращения) на гребном валу. Приводной вал ДК
через муфту соединен с двигателем привода, закрепленным стационарно в машинном отделении или на палубе. ДК бывают стационарные (есть модификации в виде крыльевых стоек), поворотные и поворотно-откидные (ДКО) [11,
26]. Поворот ДКО осуществляется относительно вертикальной оси колонки на
угол ± 30º-40º. Конструкции этих колонок также имеют легко нагруженную
передачу. В качестве привода применяются высокооборотные дизели и газовые
турбины мощностью от 30 до 20000 кВт и более. ДК и ДКО применяются на
быстроходных судах и катерах. Колонки оборудованы скоростными, высокооборотными гребными винтами, в т.ч. и суперкавитирующими гребными винтами (значения относительной поступи гребного винта этих колонок существенно больше 1.0). Есть конструкции с парными гребными винтами противоположного вращения. В настоящее время также разрабатываются и есть действующие колонки с водометным движителем. Как правило, рассматривается
прямоточный водомет.
19
Рассмотренные в этом разделе колонки для быстроходных судов и катеров
не могут устанавливаться на тихоходные суда, катера и плавсредства, у которых основной режим работы движителя близок к швартовному режиму (т.е.
значения относительной поступи гребного винта меньше 0.5). Т.к. в этом случае будут возникать большие перегрузки на гребном винте, валах и зубчатой
передаче, что приведет к быстрому выходу колонки из строя.
20
3. ТИПЫ И ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
СОВРЕМЕННЫХ ДРУ И ПУ
3.1. Типы и основные конструктивные особенности современных ПУ
3.1.1. Конструкции подруливающих устройств (ПУ) можно классифици-
ровать по следующим конструктивным признакам:
- по расположению двигателя (в корпусе судна или в гондоле в канале ПУ);
- по типу привода (электродвигатель, гидромотор, дизель), при этом рассмат-
риваются два варианта: применение двигателя привода с высоко- или среднеоборотной частотой вращения вала и понижающим редуктором, либо применение двигателя привода с низкооборотной частотой вращения вала (без редуктора);
- по расположению редуктора (в корпусе судна и/или в гондоле в канале
ПУ), в случае его использования;
- по типу рабочего органа (гребной винт фиксированного или регулируе-
мого шага, парные гребные винты одного или противоположного направления
вращения, осевой или центробежный насос, крыльчатый движитель);
- отдельно нужно выделить конструкции с низкооборотным кольцевым
двигателем (электрическим, но возможно применение и гидравлического) с
размещенным внутри ротора двигателя гребным винтом без ступицы;
- по типу канала (прямой канал с круглым или прямоугольным сечением и
с осью перпендикулярной ДП судна; изогнутый канал с осью U, S, T или H образной формы, лежащей в плоскости перпендикулярной ДП и параллельной основной плоскости или миделю судна).
3.1.2. Подруливающие устройства с двигателем привода, расположенным
внутри корпуса судна. Тип рабочего органа – гребной винт.
Наиболее широкое применение в современном судостроении нашли ПУ с
гребным винтом фиксированного (ВФШ) или регулируемого шага (ВРШ) в
прямом канале круглого сечения с осью перпендикулярной ДП судна и с приводом от высоко или среднеоборотного электродвигателя, размещенного в корпусе судна и передающего крутящий момент через понижающий конический
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]