Рулевое и подруливающее устройства

Рулевое устройство (рис. 60), в состав которого входят руль и привод руля, предназначено для управления судном.

Руль (рис. 61) состоит из пера и баллера.

Перо — это плоский или, чаще, двухслойный обтекаемый щит с внутренними подкрепляющими ребрами, площадь которого у морских судов составляет 1/40 — 1/60 площади погруженной части ДП (произведения длины судна на его осадку LT). Внутреннюю полость пера руля заполняют пористым материалом, предотвращающим попадание воды внутрь. Основу пера руля составляет рудерпис — массивный вертикальный стержень, к которому крепят горизонтальные ребра пера руля. Вместе с рудерписом отливают (или отковывают) петли для навешивания руля на рудерпост (его иногда заменяют жесткой сварной конструкцией).

Баллер — это стержень, при помощи которого поворачивают перо руля. Нижний конец баллера имеет обычно криволинейную форму и заканчивается лапой — фланцем, служащим для соединения баллера с пером руля при помощи болтов. Это разъемное соединение баллера с пером руля необходимо для съема руля при ремонте. Иногда вместо фланцевого применяют замковое или конусное соединение.

Баллер руля входит в кормовой подзор корпуса через гельмпортовую трубу и поддерживается специальным упорным подшипником, расположенным на одной из платформ или палуб.

Верхняя часть баллера проходит через второй подшипник и соединяется с румпелем.

В зависимости от расположения руля относительно оси вращения различают (см. рис. 62): обыкновенные рули, у которых перо полностью расположено в корму от оси вращения; балансир осью вращения на две неравные части: большая — в корму от оси, меньшая — в нос; полубалансирные рули отличаются от балансирных тем, что балансирная часть сделана не по всей высоте руля.

Рис. 60. Рулевое устройство с навесным небалансирным рулем:

1 - перо руля; 2 — нижний опорный подшипник; 3—баллер; 4 — верхний опорный подшипник; 5 — электрогидравлическая рулевая машина; 6 — ограничитель поворота баллера; 7 — гельмпортовая труба; 8 — верхний штырь; 9 — нижний штырь; 10—опорный

ные рули, у которых перо разделено

Балансирные и полубалансирные рули характеризуются коэффициентом

компенсации, т. е. отношением площади балансирной части к полной площади руля (обычно он равен 0,25—0,35). Для их перекладки требуется меньше усилий и, следовательно, менее мощная рулевая машина. Однако крепление таких рулей к корпусу судна сложнее, поэтому на тихоходных судах, на которых требуются небольшие усилия для перекладки руля с борта на борт, применяют обыкновенные рули.

Рис. 61. Основные типы рулей:

а — обыкновенный; б — балансирный; в - балансирный подвесной;

г — полубалансирный одновинтового судна

Разновидностью балансирного руля является широко известный руль типа Симплекс (рис. 7.4) со съемным неподвижным шпинделем, заменяющим

рудерпост, на который навешивают перо руля. Эти рули более надежны, обладают большей жесткостью крепления к корпусу судна и их удобнее демонтировать.

Рис. 62. Балансирный руль типа Симплекс.

1 — перо руля; 2 — лапа баллера;

3 — неподвижный шпиндель

Привод руля состоит из механизмов и устройств, предназначенных для перекладки руля на борт. В их число входят рулевая машина, рулевой привод, т. е. устройство для передачи вращающего момента от рулевой машины к баллеру, и привод управления рулевой машиной (рулевая передача). По Правилам Регистра каждое морское судно должно иметь три привода, действующих независимо друг от друга на руль: основной, запасной и аварийный. Обычно для основного привода применяют рулевые машины, а запасной и аварийный делают ручными, за исключением судов, у которых диаметр головы баллера руля больше 335 мм, а также пассажирских судов с диаметром головы баллера более 230 мм; для них требуется механический запасной привод.

Рулевую машину обычно размещают в специальном румпельном отделении, поблизости от руля, а на малых судах и катерах — в посту управления судном.

Рис. 63. Общий вид и схема действия электрогидравлической рулевой машины.

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

В качестве приводов для рулевых машин в настоящее время используют электродвигатели, электрогидравлические, гидравлические и, реже, паровые машины. Наиболее распространены электрогидравлические машины (рис. 63).

Мощность рулевой машины в основном рулевом приводе должна обеспечить на максимальном переднем ходу судна перекладку руля с 35°одного борта до 30° на другой борт не более чем за 28 с. На небольших судах допускается и ручной основной привод в тех случаях, если при выполнении изложенных выше условий усилие на рукоятке штурвала не превысит 160 кН (16 кгс), а число оборотов штурвала будет не более 25 за одну полную перекладку.

Передача на руль усилий, развиваемых в рулевой машине, осуществляется с помощью рулевого привода в виде тросов, цепей или гидравлической системы либо путем жесткой кинематической связи между рулевой машиной и рулем (зубчатые секторы, винты и пр.). Различают румпельный, секторный и винтовой приводы.

Румпельный привод представляет собой одноплечий рычаг — румпель, один конец которого соединен с верхним концом баллера, а другой — с тросом, цепью или гидросистемой, предназначенными для связи с рулевой машиной или постом управления (рис. 64).

Рис. 64. Рулевые приводы:

а — румпельный; б — винтовой.

1 — перо руля; 2 — баллер; 3 — румпель; 4 — штур трос; 5 — зубчатый сектор;

6 — пружинный амортизатор; 7 — винтовой шпиндель; 8 — ползун

Этот привод, называемый иногда продольно-румпельным, применяют на небольших судах, а также спортивных и несамоходных судах внутреннего плавания. В отличие от него поперечно-румпельный привод представляет собой румпель в виде двух-плечего рычага. Он широко распространен на крупных судах, обслуживаемых четырехплунжерными гидравлическими рулевыми машинами.

Секторный привод широко применяют при передаче усилий на руль от электрических рулевых машин. В этом случае находящаяся в зацеплении с сектором шестерня вращается от электродвигателя. Для компенсации ударных нагрузок на руль в секторе устанавливают пружинные компенсаторы.

Винтовой привод обычно бывает запасным, его ставят непосредственно у руля в румпельном отделении. Вращение от штурвала передается винтовому шпинделю, имеющему по концам резьбу противоположных направлений. Перемещающиеся при вращении шпинделя ползуны с правой и левой резьбой через систему тяг воздействуют на плечи поперечного румпеля, насаженного на баллер руля. Винтовой привод компактен и позволяет снизить до необходимого предела усилия на штурвал благодаря возможному большому передаточному числу. Недостатком его является более низкий КПД из-за потерь при трении винтовой пары.

Привод управления рулевой машиной (рулевая передача) служит для передачи команд из рулевой рубки на рулевую машину, находящуюся обычно на большом расстоянии от мостика. На современных крупных судах наиболее распространены электрический и гидравлический приводы. Реже применяют тросовый или валиковый приводы.

Положение пера руля контролируется специальными указателями. Для обеспечения бесперебойной работы рулевого устройства пост управления машиной дублируют, располагая запасный пост в румпельном отделении или рядом с ним.

На малых судах, не имеющих рулевых машин, перекладка руля вручную

при вращении штурвала выполняется с помощью штуртросовой проводки, состоящей из троса, прикрепленного с двух сторон к румпелю и проведенного

через направляющие ролики от румпеля к штурвалу. Закрепленные на барабане

штурвала штуртросы при вращении штурвала навиваются на барабан или сматываются с него, усилие передается на румпель, а затем на руль. Для устранения возникающей при повороте румпеля слабины штуртроса в схему вводят пружинные компенсаторы или ползуны, перемещающиеся вдоль румпеля.

Разновидностью ручного привода с секторной передачей усилия на баллер руля является валиковая передача. Она состоит из нескольких валиков,

соединенных при помощи муфт и карданных шарниров, а в местах крутых изломов — коническими передачами. Вращение от штурвала через валиковую передачу сообщается шестерне, сцепленной с сектором руля. Валиковая передача обладает большим КПД, чем штуртросовая.

Рис. 65. Активный руль (а) и поворотная насадка (в).

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

Дополнительные средства управления. Для улучшения маневренности судна на малых ходах, когда обычное рулевое устройство недостаточно эффективно, особенно при швартовке судна у пирса и движении в узких местах (каналы, шхеры, ограниченный фарватер), устанавливают дополнительные средства управления: носовые рули, а также средства активного управления (САУ) — направляющие насадки, активные рули, подруливающие устройства и вспомогательные движительно- рулевые колонки (ВДРК).

Носовой руль размещают в нижней части носовой оконечности. Его применяют на паромах так называемого челночного типа, т. е. плавающих попеременно носом и кормой. Широкого распространения не получил.

Активный руль (рис. 65) — это небольшой гребной винт, установленный в пере обычного руля и приводимый в действие от электродвигателя, расположенного либо непосредственно вместе с ним в пере руля, либо в баллере. При перекладке руля с работающим в нем гребным винтом последний создает упор, поворачивающий кормовую оконечность судна, даже если оно не имеет хода.

Работающий гребной винт активного руля может также сообщать судну малый ход вперед. Активные рули применяют на траулерах, паромах, исследовательских и других судах. Недостатком их является вызываемое дополнительное сопротивление движению судна на полном ходу и в связи с этим некоторое снижение скорости.

Поворотная насадка (рис. 65, б) представляет собой кольцеобразное тело, укрепляемое на баллере, ось которого расположена в плоскости диска гребного винта. При повороте насадки (устанавливаемой вместо руля) отбрасываемая гребным винтом струя воды отклоняется, что и вызывает поворот судна.

Поворотная насадка не только значительно улучшает поворотливость судна на малых ходах (особенно на заднем), но и позволяет при постоянной мощности увеличить скорость на 4—5 %. Поворотные насадки широко применяют на речных судах, толкачах-буксирах и некоторых рыбопромысловых судах.

Подруливающее устройство (рис. 66, а) — это расположенная в носовой

(реже, в кормовой) оконечности труба, перпендикулярная к ДП, со сквозными выходами на оба борта, закрываемыми обычно жалюзи. В этой трубе размещают гребной винт или крыльчатый движитель, образующий направленную перпендикулярно к ДП судна струю воды, создающую упор, под действием которого и поворачивается нос (или корма) судна. При установке двух подруливающих устройств (в носу и корме) эффективность их действия возрастает благодаря возможности одновременной работы в разные стороны. При работе обоих устройств в одном направлении судно может перемещаться лагом, что очень удобно при швартовке у пирса. Подруливающие устройства обеспечивают высокую маневренность в дрейфе и на малых ходах (при скорости не более 2—6 уз), поэтому их обычно ставят на судах, имеющих частые швартовки (например, на пассажирских судах, паромах, спасателях и др.). Подруливающее устройство на океанских пассажирских лайнерах и крупнотоннажных судах позволяет им входить в порты, подходить к причалу и отходить от него без помощи буксиров.

Рис. 66. Подруливающее устройство и вспомогательная движительно-рулевая колонка

В последнее время на некоторых танкерах встречается подруливающее устройство в виде водометного движителя, использующего энергию балластного, или грузового насоса. Интересны также применяемые на некоторых паромах, промысловых и исследовательских судах и на судах технического флота ВДРК — выдвигаемые под днищем поворотные колонки с гребным винтом, создающим упор в нужном направлении (рис. 66, б).

Как показывают расчеты, для удовлетворительной управляемости на малых ходах подруливающее устройство должно создавать упор, равный 40—60 кН (4—6 кгс) на каждый квадратный метр площади подводной части ДП судна.