Что такое баллер на судне

Рулевые устройства

Содержание

Современное рулевое устройство показано на рис. 15.1. Основные элементы рулевого устройства:

Рулевое устройство включает также запасные и аварийные рулевые приводы, ограничители перекладки руля и многие другие элементы, обеспечивающие эффективную и надежную работу устройства.

Судовые рули

Судовые рули классифицируют по следующим признакам: расположению оси вращения руля, размещению руля относительно элементов конструкции кормовой оконечности и по типу крепления руля (рис. 15.3).

Современные рули и их геометрические характеристики приведены на рис. 15.4. Небалансирные рули, расположенные за рудерпостом, длительное время являлись наиболее применимыми. Постепенно их стали заменять балансирными рулями, позволяющими существенно снизить мощность рулевой машины. Однако сложность крепления последних привела к большому распространению полубалансирных рулей. Чаще всего полубалансирные рули размещают за кронштейном. Небалансирные рули с несколькими опорами на рудерпосте применяют на ледоколах и грузовых судах, предназначенных для эксплуатации в арктических морях. На морских судах всех типов в основном применяют обтекаемые рули. Простые рули можно встретить лишь на катерах и небольших несамоходных баржах.

Профиль руля в значительной степени определяет его эффективность. Для морских судов используются симметричные профили, отличающиеся друг от друга положением по хорде точки, соответствующей максимальной толщине профиля, а также формой хвостовой части.

Закрепление баллера осуществляется гайкой с наружным диаметром и высотой соответственно не менее 1,5 и 0,8 наружного диаметра нарезной части. Приварные планки и шплинты используются для предотвращения самоотдачи гайки.

Горизонтально-фланцевое соединение (рис. 15.5, б) состоит из фланцев руля и баллера, а также соединительных болтов, количество которых должно быть не менее шести.

Обычно штырь имеет цилиндрическую и коническую части. Коническая часть используется для закрепления штыря в петле руля или в петле ахтерштевня. Длина конической части должна быть не меньше определенного выше диаметра штыря и иметь конусность не более 1:10. Закрепление штыря осуществляется с помощью гайки. Нарезная часть штыря должна иметь наружный диаметр не менее 0,8 наименьшего диаметра конуса. Минимальные размеры гайки: диаметр 1,5 и высота 0,6 наружного диаметра нарезной части.

Длина цилиндрической части должна быть не менее 1 и не более 1,3 диаметра штыря (вместе с облицовкой, если она имеется). Гайка штыря не должна самоотдаваться, поэтому ее следует надежно застопорить. Для этого используются либо две приварных планки, либо приварная планка и шплинт. Для обеспечения достаточной прочности петель руля и ахтерштевня толщина материала петель должна быть не менее половины диаметра штыря без облицовки.

Для крепления руля может использоваться съемный рудерпост (см. рис. 15.4, к, тип XI). Его диаметр выбирается из условия достаточной прочности. Действующие в верхнем сечении непосредственно у фланца нормальные напряжения, МПа, не должны превышать половины предела текучести используемого материала.

В районе между опорами руля диаметр рудерпоста может быть уменьшен на 10 %. Коническая и нарезная части рудерпоста должны соответствовать требованиям, аналогичным перечисленным выше для штырей. Верхняя часть съемного рудерпоста крепится к корпусу судна фланцем и болтами, число которых должно быть не меньше шести.

Расстояние от центра любого болта до центра системы отверстий должно быть не менее 0,7 диаметра съемного рудерпоста, а до вертикальной оси симметрии плоскости фланца не менее 0,6 диаметра съемного рудерпоста. Толщина фланцев должна быть не менее диаметра болтов.

Типичные конструкции опор приведены на рис. 15.6. На рис. 15.7 показаны различные конструкции опоры пера руля, способной воспринимать не только горизонтальные, но и вертикальные усилия. В первом случае (см. рис. 15.7, а) вертикальное усилие воспринимается специальным опорным кольцом и передается на ахтерштевень, во втором (см. рис. 15.7, б) вертикальное усилие передается на торцевую поверхность штыря.

Традиционная конструкция крепления штыря совершенствуется. Так, для закрепления конусной части штыря вместо гайки применяется стопорный клин (рис. 15.8). Для снижения изгибающих моментов и перерезывающих сил в сечениях штырей применяется конструкция штыря, показанная на рис. 15.9.

Цилиндрические части штырей, вращающиеся в петлях, закрываются износоустойчивой облицовкой из материалов, стойких к коррозии в морской воде. Для этой цели используют бронзу БрА9Мц2Л, латунь ЛМц58-2, нержавеющую сталь ОХ18Н10Т или 12Х18Н10Т. Рекомендуется, чтобы облицовка штыря выходила из петли примерно на 5 % диаметра штыря. Следует исключить возможность попадания воды между облицовкой и материалом штыря. Это достигается как за счет плотной посадки облицовки, так и за счет различных уплотнений. Толщина облицовки изменяется в пределах 5-10 % диаметра штыря, если он меньше 200 мм, и в пределах 3-5 %, если диаметр штыря превышает 200 мм (большие значения относятся к меньшим диаметрам). Внутренняя трущаяся поверхность петли обычно образуется втулкой. Для изготовления втулок используют бакаут, бронзу или текстолит. Плотная посадка и стопорные кольца по торцам обеспечивают неподвижность втулок. Толщина втулок составляет 10-15 % диаметра штыря, если диаметр меньше 200 мм, и 5-10 %, если диаметр больше 200 мм. Зазор между втулкой и облицовкой штыря колеблется в пределах 0,5-1,5 % диаметра штыря. Изготовляют штыри из качественной углеродистой или легированной стали.

Конструктивные схемы некоторых типов рулей показаны на рис. 15.10.

Поворотные насадки

Поворотная насадка представляет собой кольцо, образованное несимметричным крыловым профилем и расположенное соосно с гребным винтом (рис. 15.11). Насадка за счет поворота относительно вертикальной оси изменяет направление отбрасываемого винтом потока, что вместе с взаимодействием самой насадки с потоком жидкости позволяет создавать боковое усилие, необходимое для управления судном. Обычно поворотная насадка имеет стабилизатор (рис. 15.12), который способствует повышению пропульсивных качеств винта за счет спрямления потока и оказывает положительное действие на маневренность судна, особенно при движении малым ходом.

Обозначения основных размеров поворотной насадки показаны на рис. 15.13. К ее геометрическим характеристикам относятся: относительное удлинение насадки λ_н =l_н/D_н; относительная толщина профиля t_н=t_нmax/ l_н; площадь сечения насадки в плоскости диска гребного винта А_н =0,25 π (D_в+2 ∇) 2 ; площадь входного сечения А_вх=0,25 πD 2 _вх; площадь выходного сечения A_вых=0,25 πD 2 _вых ; длина входной части насадки l_вх ; длина хвостовой части насадки l_хв ; относительный зазор ∇= ∇/D_н; коэффициент раствора насадки θ₂=А_вх/А_н; коэффициент расширения насадки θ₂=А_вых / А_н; коэффициент компенсации насадки К_н = l_вх / l_н.

Геометрическими характеристиками стабилизатора насадки являются высота h_ст, ширина b_ст, площадь A_ст и тип профиля. Практические рекомендации для назначения основных геометрических параметров насадок приводятся ниже. Относительное удлинение насадки следует принимать в пределах 0,6≤ λ_н≤ 1(наиболее распространены насадки с λ_н=0,7÷0,8.

Длина входной части насадки должна составлять (0,4 ÷0,5)l_н. Коэффициент раствора θ₁ назначается таким образом, чтобы обеспечивался безударный вход воды при расчетном режиме работы гребного винта. Это выполняется при θ₁= 1,30÷1,35.

Эффективность направляющей насадки в значительной степени определяется величиной коэффициента ее расширения θ₂ (для буксиров θ = 1,1÷1,12, для транспортных судов θ = 1,12÷1,15). Величина зазора ∇ существенно влияет на КПД гребного винта. Для снижения концевых потерь относительный зазор должен составлять ∇ = 0,0054÷0,010, а максимальная величина зазора быть равной 15 мм.

Для поворотных насадок используются специальные несимметричные профили с утолщенной задней кромкой, что увеличивает прочность насадки (рис. 15.14).

Баллеры рулей и поворотных насадок. Подшипники баллеров

По конструкции баллеры делятся на изогнутые и прямые. Изогнутый баллер (рис. 15.15, а) в нижней части заканчивается горизонтальным фланцем, который болтами соединяется с фланцем руля. Прямой баллер в зависимости от конструкции руля и типа соединения может заканчиваться фланцем (рис. 15.15, б) или конусом с нарезной частью (рис. 15.15, в). Форма нижней части изогнутого баллера и размеры фланца должны быть такими, чтобы при повороте баллера и отсоединенного руля в разные стороны на предельные углы можно было бы снять руль.

Надежность баллера в значительной степени зависит от состояния его наиболее изнашиваемых элементов, к которым относятся опорные поверхности и узлы соединения баллера с рулем. В связи с этим, рабочие поверхности шеек баллеров обычно предохраняются защитной рубашкой, представляющей собой цилиндр, изготовленный из бронзы или нержавеющей стали, который плотно насаживается на шейку баллера.

Подшипники баллера обеспечивают беспрепятственный поворот руля, воспринимая и передавая на корпусные конструкции усилия, действующие на баллер (вместе с собственным весом баллера и руля). Различают подшипники опорные, воспринимающие нагрузки, действующие только в поперечном по отношению к оси баллера направлении, и опорно-упорные, способные воспринимать и осевые нагрузки. Так как нижние подшипники баллеров препятствуют попаданию воды внутрь корпуса, они должны быть водонепроницаемыми.

Особое внимание должно быть обращено на надежность и ремонтопригодность подшипника. Надежность достигается использованием износоустойчивых материалов для втулок и других трущихся частей. При этом должны быть обеспечены свободный доступ к сальникам в процессе эксплуатации, легкий демонтаж и разъем подшипников в период ремонта.

Опорные узлы подшипников баллера выполняются в виде подшипников качения и подшипников скольжения. Большое значение для снижения трения имеет подбор материала трущихся пар. В корпус подшипника запрессовывается втулка, высота которой принимается равной 1-1,2 диаметра баллера. Одним из критериев при определении размеров подшипника является удельное давление

Для изготовления втулок используются нержавеющая сталь, бронза, бакаут, текстолит, сталь с наплавкой бронзы и латуни. Допустимое удельное давление для различных комбинаций материалов не должно превышать следующих величин: 236 Н/см 2 для нержавеющей стали или бронзы по бакауту; 441 Н/см 2 для нержавеющей стали по баббиту; 655 Н/см 2 для нержавеющей стали по бронзе. Толщина втулок обычно составляет 5-10 % диаметра баллера.

Рулевые приводы

Расчет основных параметров рулевого привода при его проектировании выполняется исходя из условий, соответствующих ходовому и маневренному режимам движения судна.

Ходовой режим судна с эксплуатационной скоростью характеризуется частыми перекладками руля на угол 4-6°. Число включений привода в час составляет в среднем около 400 при ручном управлении и до 1500 при автоматическом управлении. Количество перекладок руля в целом зависит от степени устойчивости судна на курсе, внешних условий (ветра, волнения, течения) и ряда других факторов. Большое количество перекладок руля приводит к повышенному нагреву вращающихся пар привода, поэтому ходовой режим движения судна является расчетным для рулевого привода по условиям нагрева.

Режим маневрирования на больших скоростях хода судна связан с возникновением на руле максимальных моментов. Этот режим является определяющим для выбора типа привода, расчета прочности основных его элементов, расчета потребной мощности и частоты вращения исполнительного двигателя рулевой машины. Время перекладки руля регламентируется Правилами Регистра, а также может быть определено из условия реального и безопасного маневрирования судна.

Главный и вспомогательный рулевые приводы или по крайней мере один из них рекомендуется располагать над самой высокой грузовой ватерлинией. Если это невозможно, то на судне предусматривается аварийный рулевой привод, располагаемый выше палубы переборок. Аварийный рулевой привод должен обеспечивать перекладку полностью погруженного руля (поворотной насадки) с борта на борт при скорости переднего хода судна не менее 4 уз.

Главный и вспомогательный рулевые приводы должны действовать на баллер руля или поворотной насадки независимо один от другого, в противном случае допускается, чтобы главный и вспомогательный рулевые приводы имели некоторые общие части (румпель, сектор, редуктор или цилиндрический блок), при этом конструктивные размеры общих частей должны быть увеличены.

Румпель-тали можно использовать как вспомогательные или аварийные рулевые приводы только на самоходных судах валовой вместимостью менее 500 peг. т и на несамоходных судах.

Рулевые приводы должны иметь устройство, прекращающее его действие прежде, чем руль дойдет до упора ограничителя поворота руля.

Электропривод рулевого устройства должен обеспечивать: автоматическое удержание руля при отрицательных моментах со стороны пера руля; ограничение момента двигателя вплоть до его остановки под напряжением; автоматический переход двигателя на рабочий режим после прекращения перегрузки; изменение направления вращения пера руля на тот или иной борт; разгон привода; остановку привода без применения механических тормозов; большое число включений.

Подруливающие устройства

Классификация и основные характеристики подруливающих устройств.

Подруливающие устройства относятся к активным средствам управления судами, т. е. позволяют создавать управляющее силовое воздействие на судно, даже если оно не движется.

Подруливающие устройства должны:

Подруливающие устройства подразделяются на подруливающие устройства туннельного типа и выдвижные винтовые колонки различных типов.

Основные геометрические характеристики проточного канала подруливающего устройства туннельного типа следующие (рис. 15.20): диаметр проточной части туннеля D_t; диаметр выходного отверстия сопловой части D_с; заглубление оси (диска) движителя Н_в; отстояние диска движителя от основной плоскости h_в; длина проточной части туннеля l_т; длина сопловой части l_с; угол наклона борта в районе сопловой части λ₀.

Площадь поперечного сечения проточной части вычисляется по формуле:

а площадь поперечного сечения сопловой части по формуле:

Для движителя подруливающего устройства добавляются следующие характеристики: диаметр ступицы движителя d_ст; диаметр гондолы редуктора угловой передачи d_r.

Основные геометрические характеристики выдвижной винтовой колонки показаны на рис. 15.22.

Источник

Рулевое устройство судна

Рулевое устройство служит для изменения направления движения судна или удерживать его на заданном курсе.

В последнем случае задачей рулевого устройства является противодействие внешним силам, таким как ветер или течение, которые могут привести к отклонению судна от заданного курса.

Рулевые устройства известны с момента возникновения первых плавучих средств. В древности рулевые устройства представляли собой большие распашные весла, укрепленные на корме, на одном борту или на обоих бортах судна.

Во времена средневековья их стали заменять шарнирным рулем, который помещался на ахтерштевне в диаметральной плоскости судна. В таком виде он и сохранился до наших дней.

Рулевое устройство состоит из руля, баллера, рулевого привода, рулевой передачи, рулевой машины и поста управления (рис. 1.34).

Рулевое устройство должно иметь два привода: главный и вспомогательный.

Вспомогательный рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля с 150 одного борта на 150 другого борта не более чем за 60 секунд при максимальной эксплуатационной осадке судна и скорости, равной половине его максимальной эксплуатационной скорости переднего хода.

Управление вспомогательным рулевым приводом должно быть предусмотрено из румпельного отделения. Переход с главного на вспомогательный привод должен выполняться за время, не превышающее 2 минуты.

По положению пера руля относительно оси вращения баллера различают (рис. 1.35):

В зависимости от принципа действия различают пассивные и активные рули. Пассивными называются рулевые устройства, позволяющие производить поворот судна только во время хода, точнее сказать, во время движения воды относительно корпуса судна.

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

Рис. 1.36 Активный руль

Рис. 1.37. Раздельные поворотные насадки

Подруливающие устройства (рис. 1.38). Необходимость создания эффектив- ных 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 оборудовано большое количество судов самого разного назначения. В сочетании с винтом и рулем ПУ обеспечивает высокую маневренность судна, возможность разворота на месте при отсутствии хода, отход или подход к причалу практически лагом.

Рис. 1.38. Подруливающие устройства

В последнее время получила распространение электродвижущаяся система AZIPOD (Azimuthing Electric Propulsion Drive), которая включает в себя дизель-генератор, электромотор и винт (рис. 1.39).

Дизель-генератор, расположенный в машинном отделении судна, вырабатывает электроэнергию, которая по кабельным соединениям передается на электро-мотор. Элетромотор, обеспечивающий вращение винта, расположен в специальной гондоле. Винт находится на горизонтальной оси, уменьшается количество механических передач. Винторулевая колонка имеет угол разворота до 3600, что значительно повышает управляемость судна.

экономия времени и средств при постройке;

уменьшается вибрация корпуса судна;

отсутствует эффект резонанса гребного винта.

На рис. 1.41. показана схема расположения приборов и пультов управления: один пульт для управления судном при движении вперед, второй пульт для управления судном при движении кормой вперед и два пульта управления на крыльях мостика.

Рис. 1.40. Танкер двойного действия – Double Acting Tanker (DAT) TEMPERA

Рис. 1.41. Панель управления судна оснащенного двумя модулями AZIPOD

Перед каждым выходом в море рулевое устройство готовят к работе: тщательно осматривают все детали, устраняют обнаруженные неисправности, трущиеся части очищают от старой смазки и смазывают вновь.
Затем под руководством вахтенного помощника капитана проверяют исправность рулевого устройства в действии путем пробной перекладки руля. Перед перекладкой надо убедиться, что под кормой чисто и никакие плавсредства и посторонние предметы не мешают повороту пера руля.
Одновременно проверяют легкость вращения руля и отсутствие даже незначительных заеданий. Во всех положениях пера руля сличается соответствие показаний рулевых указателей и время, затрачиваемое на перекладку.

Между ходовым мостиком и румпельным отделением должны быть установлены две независимо действующие линии связи.

По прибытии в порт и по окончании швартовки руль ставят в прямое положение, выключают энергию на рулевой двигатель, осматривают рулевой привод и если все найдено в должном порядке, закрывают румпельное отделение.

Источник

Как управлять судном?

С помощью рулевого устройства можно изменять направление движения судна или удерживать его на заданном курсе. В последнем случае задачей рулевого устройства является противодействие внешним силам, таким как ветер или течение, которые могут привести к отклонению судна от заданного курса. Рулевые устройства известны с момента возникновения первых плавучих средств. В древности рулевые устройства представляли собой большие распашные весла, укрепленные на корме, на одном борту или на обоих бортах судна. Во времена средневековья их стали заменять шарнирным рулем, который помещался на ахтерштевне в диаметральной плоскости судна. В таком виде он и сохранился до наших дней.

Типы рулей

а — обыкновенный руль; b —балансирный руль; с — полубалансирный руль (полуподвесной); d — балансирный руль (подвесной); е — полубалансирный руль (полуподвесной); f — активный руль; g — носовое подруливающее устройство (гребные винты противоположного вращения); h — носовое подруливающее устройство (реверсивный гребной винт)

В зависимости от принципа действия различают пассивные и активные рули. Пассивны ми называются рулевые устройства, позволяющие производить поворот судна только во время хода, точнее сказать, во время движения воды относительно корпуса судна. В отличие от него активный руль позволяет осуществлять поворот судна независимо от того, движется оно или стоит. Пассивное рулевое устройство состоит из штурвальной колонки с передачей, рулевой машины и пера руля. В старых конструкциях использовались однослойные рули. В настоящее время главным образом применяют профильные фигурные рули (рис. а). Перо такого руля состоит из двух выпуклых наружных оболочек, имеющих с внутренней стороны ребр а и вертикальные диафрагмы для повышения жесткости. В целом конструкция пера руля цельносварная и полая внутри. Существуют различные способы крепления руля. Его можно на шарнирах прикрепить к ахтерштевню (рис. а) или установить в подпятнике (рис. b). Другие способы закрепления показаны на рисунках с, е.

По положению пера руля относительно оси вращения баллера различают:

— обыкновенный руль — плоскость пера руля расположена за осью вращения;

— полубалансирный руль — только большая часть пера руля находится позади оси вращения, за счет чего возникает уменьшенный момент вращения при перекладке руля;

— балансирный руль — перо руля так расположено по обеим сторонам оси вращения, что при перекладке руля не возникают какие-либо значительные моменты.

Типы рулей

f — активный руль; g — носовое подруливающее устройство (гребные винты противоположного вращения); h — носовое подруливающее устройство (реверсивный гребной винт)

Пример рулевого устройства с активным рулем приведен на рисунке f. В перо руля встроен электродвигатель, приводящий во вращение гребной винт, который для защиты от повреждений помещен в насадку. За счет поворота пера руля вместе с гребным винтом на определенный угол возникает поперечный упор, обусловливающий поворот судна. Активный руль выполняет свои функции и тогда, когда судно стоит на якоре. Такой руль используется на специальных судах, таких как плавучие рыбозаводы, китобойные, ремонтные и вспомогательные. Кроме того, активный руль можно применять как аварийный двигатель. Рули, как правило, помещаются в корме судна. Только в особых случаях (например, на речных паромах или на судах для каналов) используют также носовые рули. Для повышения маневренности судна довольно часто применяют подруливающие устройства, относящиеся к группе активных рулей без пера. Носовые или кормовые подруливающие устройства устанавливают поперек судна в туннеле. В этом туннеле находятся также два гребных винта или ротор осевого насоса. При вращении одного гребного винта вода течет через туннель. За счет этого возникает упор, и корпус судна совершает движение. В подруливающих устройствах все чаще вместо двух гребных винтов или одного ротора осевого насоса используют гребные винты с переменным шагом. Как уже было указано, для того чтобы рулевая установка действовала, перо пассивного руля должно стоять под определенным углом. Баллер руля приводится во вращение рулевой машиной, установленной под палубой в корме судна. Существуют паровые, электрические и гидравлические рулевые машины.

Рулевое устройство с электрическим приводом

а — расположение рулевого устройства

1 — рулевая машина; 2 — рулевой штырь; 3 — полубалансирный руль; 4 — баллер руля

b — секторная рулевая передача с электрическим приводом

1 — ручной штурвальный привод (аварийный привод); 2 — румпель; 3 — редуктор; 4 — рулевой сектор; 5 — двигатель; 6 — пружина; 7 — баллер руля; 8 — профильный фигурный руль; 9 — сегмент червячного колеса и тормоза; 10 — червяк

На рис. b показана устаревшая конструкция электрической рулевой машины. Электродвига тель через редуктор приводит в движение рулевой сектор, который крепится на баллере руля. Две пружины, воспринимающие удары волн о перо руля, соединяют сектор руля с румпелем; последний в свою очередь через призматическую шпонку соединен с баллером руля, на котором помещен профильный руль. Если необходимо повернуть перо руля, нужно запустить мотор с определенной частотой вращения. При неисправности электрической рулевой машины руль приводится в движение с помощью управляемого вручную механизма, состоящего из штурвальной тумбы и штурвала. Путем поворота штурвала приводятся в движение червячное колесо и взаимодействующий с ним аварийный приводной сегмент, укрепленный непосредственно на баллере руля. Штурвальная тумба аварийной рулевой установки обычно монтируется в корме на верхней палубе судна. На современных судах, как правило, применяют гидравлические рулевые машины. При вращении рулевого колеса на мостике срабатывает датчик телемотора, Протекающее под давлением в трубопроводе масло вызывает перемещение приемника телемотора, за счет чего рулевой насос приводится в движение в соответствующем направлении.

Рулевое устройство с гидравлическим приводом

а — схема гидропривода рулевого устройства типа Атлас с телемоторами; b — поршень гидравлической рулевой машины

1 — подключение к бортовой сети; 2 — кабельные соединения; 3 — запасная кани стра; 4 — рулевой насос; 5 — рулевая колонка с датчиком телемотора; 6 — индикаторный прибор; 7 — приемник телемоторов; 8 — двигатель; 9 — гидравлическая рулевая машина; 10 — баллер руля; 11 — датчик указателя положения руля

Источник