Принцип и устройство работы гидродинамического лага

Действие гидродинамического лага (рис. 6.1) основывается на измерении скоростного напора встречного потока. В качестве приемного устройства лага, воспринимающего гидродинамическое давление, служит приемная трубка, опускаемая на днище. При движении судна уровень в трубке поднимается на некоторую высоту, которая связана с давлением следующей зависимостью:

где - скорость судна, см/сек; g- ускорение силы тяжести, см/сек²; Р - статическое давление воды, г/см²; γ- удельный вес жидкости, г/см³.

Таким образом, давление в динамической линии приемного устройства определяется двумя составляющими: динамической (скоростной напор), равной , и статической, равной . Скоростной напор зависит от скорости судна, а статическое давление - от его осадки. Это уравнение справедливо для идеальной жидкости, не обладающей вязкостью.

Для того чтобы это уравнение имело практическое применение к слоям морской воды, необходимо, чтобы отверстие приема суммарного давления было расположено за пределами пограничного, прилегающего к корпусу судна слоя. В этом случае лаг будет показывать скорость судна относительно воды.

Возникающее при движении судна суммарное давление в приемном устройстве не может быть использовано непосредственно для определения скорости из-за наличия статической составляющей, так как это привело бы к зависимости отсчета скорости от осадки судна. Для исключения влияния осадки на показания лага в конструкции прибора предусмотрена компенсация статического давления с помощью сильфонного аппарата (см. рис.1).

Рисунок 6.1. Схема, поясняющая принцип действия гидродинамического лага

Сильфонный аппарат 1 представляет собой камеру, разделенную диафрагмой 2 на две полости - нижнюю и верхнюю. При работе лага под днище судна опускают приемную трубку с каналами 3 и 4.

При движении судна в обе полости сильфонного аппарата поступают давления, действующие друг другу навстречу. Поскольку давления, действующие на диафрагму 2 по направлению противоположны, результирующее давление, испытываемое диафрагмой, будет равно динамической составляющей суммарного давления воды, пропорциональной скоростному напору (скорости судна).

Следовательно, величина давления на диафрагму может быть использована для определения скорости судна. В этом случае уравнение примет вид:

Для того чтобы найти зависимость между давлением на диафрагму 2 и скоростью судна, умножим обе части уравнения на величину удельного веса воды. Тогда

Величина представляет собой вес столба жидкости высотой . Обозначив величину получим

Величина называется гидродинамическим давлением. Это уравнение дает теоретическую зависимость между гидродинамическим давлением воды и скоростью судна .

Для учета реальных гидродинамических условий, в которых находится приемное устройство, необходимо в последнюю формулу ввести коэффициент (коэффициент Пито), учитывающий физические свойства жидкости, конструктивные особенности корпуса судна, а также влияние места установки приемных трубок лага. Тогда уравнение примет вид:

Гидродинамический коэффициент в действительных условиях несколько больше или меньше единицы.

Механизмы центрального прибора лага – узел скорости (УС) и узел пройденного расстояния (УПР) автоматически решают это уравнение и вырабатывают величину скорости судна в узлах и пройденное расстояние в милях.

Независимо от конструктивных особенностей типовой проект гидравлического лага состоит из следующих основных узлов:

- приемной трубки (двухканальной или одноканальной);

- клинкета для установки приемной трубки в днище судна;

- приемника давления или сильфонного аппарата;

- кранового распределителя с трубопроводами для соединения приемной трубки с приемником давления;

- центрального прибора лага;

- приборов - повторителей (репитеров) скорости и пройденного расстояния;

- станции лага для управления и контроля за работой лага.

Диафрагма приемного устройства при движении судна постоянно находится под напряжением, что ухудшает работу лага. Металл, из которого сделана диафрагма, «устает», параметры меняются, и в показаниях лага появляется ошибка.

Для улучшения работы сильфонного аппарата лаги имеют специальное компенсационное устройство К (рис.6.1), которое разгружает диафрагму приемника давления, компенсируя гидродинамическое давление.

Сущность компенсационного устройства состоит в следующем. Как только при движении судна диафрагма сильфонного аппарата отклонится от нейтрального положения, механизм центрального прибора начнет отрабатывать значение скорости, соответствующее определенному гидродинамическому давлению. Одновременно компенсационное устройство центрального прибора, состоящее из коноида, пружины и рычагов, начнет оказывать на диафрагму противодействие. Как только значение скорости, соответствующее динамическому давлению, будет отработано, сила противодействия (компенсации) возвратит шток и связанную с ним диафрагму в нейтральное положение. Таким образом, деформация диафрагмы происходит только при изменении скорости судна, а следовательно, упругость диафрагмы не будет влиять на работу лага.

Гидродинамические лаги имеют сложную электромеханическую конструкцию, требуют регулярного обслуживания и обладают невысокими точностными и надежностными характеристиками. В настоящее время на транспортных судах эти лаги практически не используются, а знакомство с их принципом работы представляет собой лишь исторический интерес.