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.
Главный рулевой привод - это механизмы, исполнительные приводы перекладки руля, силовые агрегаты рулевого привода, а также вспомогательное оборудование и средства приложения крутящего момента к баллеру (например, румпель или сектор), необходимые для перекладки руля с целью управления судном в нормальных условиях эксплуатации.
Вспомогательный рулевой привод
- это оборудование необходимое для управления судном в случае выхода из строя главного рулевого привода, за исключением румпеля, сектора или других элементов, предназначенных для той же цели.
Главный рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля с 350 одного борта на 350 другого борта при максимальной эксплуатационной осадке и скорости переднего хода судна не более чем за 28 секунд.
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.
Руль - основная часть рулевого устройства. Он располагается в кормовой части и действует только на ходу судна. Основной элемент руля - перо, которое по форме может быть плоским (пластинчатым) или обтекаемым (профилированным).
По положению пера руля относительно оси вращения баллера различают (рис. 1.35):
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.
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.
Активный руль
- это руль с установленным на нем вспомогательным винтом, расположенным на задней кромке пера руля (рис. 1.36). 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 используется на малых скоростях до 5 узлов.
При маневрировании на стесненных акваториях активный руль может использоваться в качестве основного движителя, что обеспечивает высокие маневренные качества судна. При больших скоростях винт активного руля отключается, и перекладка руля осуществляется в обычном режиме.
Раздельные поворотные насадки
(рис. 1.37). Поворотная насадка - это стальное кольцо, профиль которого представляет элемент крыла. Площадь входного отверстия насадки больше площади выходного.
Гребной винт располагается в наиболее узком ее сечении. Поворотная насадка устанавливается на баллере и поворачивается до 40° на каждый борт, заменяя руль.
Раздельные поворотные насадки установлены на многих транспортных судах, главным образом речных и смешанного плавания, и обеспечивают их высокие маневренные характеристики.
(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.
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.
Достоинства AZIPOD:
экономия времени и средств при постройке;
великолепная маневренность;
уменьшается расход топлива на 10 - 20 %;
уменьшается вибрация корпуса судна;
из-за того, что диаметр гребного винта меньше - эффект кавитации снижен;
отсутствует эффект резонанса гребного винта.
Один из примеров использования AZIPOD - танкер двойного действия (рис. 1.40), который на открытой воде двигается как обычное судно, а во льдах двигается кормой вперёд как ледокол. Для ледового плавания кормовая часть DAT оснащена ледовым подкреплением для ломки льда и AZIPOD.
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.
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.
Румпельное отделение всегда должно быть на замке. Ключи от него хранятся в штурманской рубке и в машинном отделении на специально отведенных постоянных местах, аварийный ключ - у входа в румпельное отделение в запертом шкафчике с застекленной дверцей.
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.
Конструкция рулевых устройств с пассивным рулем зависит от следующих факторов:
Конструктивных особенностей кормового подзора судна;
Типа рулей;
Типа соединения руля с баллером;
Типа рулевого привода.
Рули . Судно может иметь один (в ДП), два (за винтами на двухвинтовых судах), а также три и более рулей.
Современный судовой руль (рис.208) представляет собой вертикальное крыло с внутренними подкрепляющими ребрами, вращающееся вокруг вертикальной оси, площадь которого у морских судов составляет 1/40–1/60 площади погруженной части ДП (произведения длины судна на его осадку: LT).
На форму руля значительное влияние оказывает форма кормовой оконечности судна и расположение ГВ.
По форме профиля пера рули делятся на плоские и профильные обтекаемые . Профильный руль состоит из двух выпуклых наружных оболочек, имеющих с внутренней стороны ребра и вертикальные диафрагмы, сваренных друг с другом и образующих каркас для повышения жесткости, который с обеих сторон покрыт приваренными к нему стальными листами.
Профильные рули имеют перед пластинчатыми ряд преимуществ: более высокое значение нормальной силы давления на руль; меньший момент, необходимый для поворота руля. Кроме того, обтекаемый руль позволяет улучшить пропульсивные качества судна. Поэтому они нашли наибольшее применение.
Внутреннюю полость пера руля заполняют пористым материалом, предотвращающим попадание воды внутрь. Перо руля крепится к рудерпису
с помощью штырей (рис. 209, 210). Рудерпис отливают (или отковывают) заодно с петлями для навешивания руля на рудерпост (отливку иногда заменяют сварной конструкцией), являющийся неотъемлемой частью ахтерштевня.
По способу соединения с корпусом и количеству опор пера пассивные рули разделяют:
На простые (многоопорные) (рис. 211, а , б, в );
Полуподвесные (одноопорные – подвешенные на баллере и опертые на корпус в одной точке) (рис. 211, в );
Подвесные (безопорные, подвешенные на баллере) (рис. 211, г ).
По положению оси баллера относительно пера различают рули небалансирные (обычные), у которых ось баллера проходит вблизи передней кромки пера, и балансирные, ось баллера у которых расположена на некотором расстоянии от передней кромки руля. Полуподвесные балансирные рули называют также полубалансирными (см. рис. 211).
Небалансирные рули устанавливают на одновинтовых судах, полубалансирные и балансирные – на всех судах. Применение подвесных (балансирных) рулей позволяет снизить мощность рулевой машины за счет уменьшения крутящего момента, необходимого для перекладки руля.
Наиболее важными геометрическими характеристиками руля являются:
Площадь S r ;
Относительное удлинение l r = S r /b 2 r = h 2 r /S r ;
- средняя ширина руля b r
;
Высота пера руля h r ;
Форма и относительная толщина профиля.
Величина площади пера руля зависит от типа судна и его назначения. Для ориентировочной оценки необходимой площади руля обычно используют отношение S r /LT ,которое для морских транспортных судов с одним рулем составляет 1,8–2,7, для танкеров – 1,8– 2,2; для буксиров – 3– 6; для судов прибрежного плавания – 2,3– 3,3.
Баллер
руля
(см. рис. 211, 213) – это массивный вал, при помощи которого поворачивается перо руля. Нижний конец баллера обычно имеет криволинейную форму и заканчивается лапой
– фланцем, служащим для соединения баллера с пером руляболтами, что облегчает съем руля при ремонте (рис.212). Иногда вместо фланцевого (рис. 212, а
) применяют замковое (рис. 212, б
) или конусное соединение. Крепление пера руля к баллеру и корпусу на многих типах судов имеет много общего и отличается незначительно. Конструкции верхнего узла крепления приведены на рис. 209, а нижнего – на рис. 211, а, б
) Установка под штырь чечевицы
из закаленной стали для уменьшения трения в точке опоры пера руля показана на рис. 210, а
.
Баллер руля входит в кормовой подзор корпуса через гельмпортовую трубу, обеспечивающую непроницаемость корпуса, и имеет не менее двух опор (подшипников) по высоте. Нижняя опора располагается над гельмпортовой трубой и, как правило, имеет сальниковое уплотнение, препятствующее попаданию воды в корпус судна; верхняя опора размещается непосредственно у места закрепления сектора или румпеля. Обычно верхняя опора (опорно-упорный подшипник) воспринимает массу баллера и пера руля, для чего на баллере делают кольцевой выступ.
Рулевые приводы . На судах морского флота эксплуатируются разнообразные рулевые приводы, среди которых преимущественное распространение получили рулевые машины с электрическими и гидравлическими приводами отечественного и зарубежного производства.
Они обеспечивают передачу усилий рулевого двигателя к баллеру. Среди них широко известны два основных типа приводов:
- механический секторно-румпельный привод от электромотора (рис.213, 214);
Силовой плунжерный привод от гидроцилиндров (рис.215).
Рулевые передачи,
посредством которых осуществляется связь поста управления с исполнительным механизмом рулевого привода, имеют различное устройство. На современных судах применяют в основном электрические и гидравлические передачи.
Рулевое устройство с механическим секторно-румпельным приводомприменяется на судах малого и среднего водоизмещения. Кинематическая схема передачи усилия от рулевой машины к перу руля этого привода хорошо показана на рис.213.
В таком приводе румпель жестко скреплен с баллером руля. Сектор, свободно насаженный на баллер, связан с румпелем при помощи пружинного амортизатора, а с рулевым двигателем - зубчатой передачей. Перекладка руля осуществляется электромотором через сектор и румпель, а динамические нагрузки от ударов волн гасятся амортизаторами.
Схема управления секторно-рулевой машиной с электрической передачей приведена на рис.214.
В составсхемы управления рулевым устройством входят:
Пост управления со следящей электрической системой;
Электрическая передача от поста управления к электромотору;
Основной пост управления
находится в рулевой рубке у путевого компаса и репитера гирокомпаса. Штурвал или пульт управления рулем монтируют обычно на одной колонке с авторулевым агрегатом. Основным элементом электрической передачи
являются система контроллеров, помещенных в штурвальной колонке и связанных электропроводкой электродвигателем основного привода в румпельном отделении. Крутящий момент от электродвигателя передается на зубчатый сектор, соединенный с румпелем и баллером, через червячно-редукторную передачу. Все механизмы смонтированы в виде самостоятельного агрегата. Румпель крепится на баллере на двух шпонках и связан с сектором двумя пружинными амортизаторами.
Рулевые устройства с гидравлическим приводом в упрощенном виде показаны на
рис.215; 216). В его состав входят два (или четыре) гидроцилиндра, маслонасос, телемотор и гидросистема.
Работа устройства осуществляется следующим образом. При вращении штурвала, размещенного в рулевой рубке, телединамический датчик поста управления формирует командный сигнал в виде давления масла, которое гидросистемой нагнетается в цилиндр телемотора. Под действием этого сигнала телемотор приводит в действие рычажную систему обратной связи, которая открывает доступ силового масла в один из гидроцилиндров. При этом масло под давлением насоса перепускается из одного цилиндра в другой, двигая поршень и поворачивая румпель, баллер и перо руля в нужную сторону. После этого регулировочная тяга возвращается в нулевое положение, а датчик и репитор фиксируют новое положения руля.
Чтобы давление масла в гидроцилиндрах не повышалось при ударах о перо руля сильной волны или большой льдины, гидросистема снабжена предохранительными клапанами и амортизационными пружинами.
В случае выхода из строя телемотора управление рулевой машиной можно осуществлять из румпельного отделения вручную.
При выходе из строя обоих масляных насосов переходят на ручную перекладку руля, для чего трубы гидросистемы напрямую соединяют с гидроцилиндрами, создавая в них давление вращением штурвала в посту управления.
Более подробная схема управления рулевым устройством с двухплунжерной рулевой машиной приведена на рис. 215, а ее компоновка – на рис.217.
Схема гидропривода четырех плунжерной рулевой машины с аналогичным принципом действия показана на рис.216. Эти машины получили наибольшее распространение на современных судах, так как они обеспечивают наивысший коэффициент полезного действия всего рулевого устройства. В них давление рабочего масла в гидроцилиндрах непосредственно преобразуется сначала в поступательное движение плунжера, а затем через механическую передачу - во вращательное движение баллера руля, который жестко связан с румпелем. Необходимое давление масла и мощность рулевой машины формируется радиально-поршневыми насосами переменной производительности, а раздачу его по цилиндрам осуществляет телемотор, который получает команду от штурвала с рулевой рубки.
Поворот судна выполняется с помощью руля, который установлен в корме судна. При отклонении или, как принято говорить, при перекладке руля на тот или иной борт на руль будет действовать сила давления воды. Эта сила создает вращающий момент, поворачивающий судно в сторону того борта, на который был переложен руль. Чтобы переложить руль, к нему прикладывают некоторый момент, величина которого, а следовательно, и мощность рулевой машины зависят от силы давления воды на руль и отстояния точки приложения равнодействующей сил давления от оси вращения.
В зависимости от расположения оси вращения рули делятся на два типа (рис. 73): небалансирные и балансирные. Ось вращения небалансирного руля проходит по передней кромке пера руля, а балансирного - через перо руля. У балансирного руля точка приложения сил давления находится ближе к оси вращения, поэтому для его перекладки нужна меньшая мощность, что является существенным преимуществом.
Перо руля на судах старой постройки выполняли из толстого стального листа, подкрепленного коваными ребрами. Такие плоские рули при движении судна создавали значительное сопротивление и сейчас применяются редко (на мощных ледоколах) .
Рис. 73. Типы рулей: а - небалансирный; б - балансирный
Современные суда в основном имеют пустотелые (обтекаемые) рули (рис. 74), перо которых состоит из рамы, с двух сторон обшитой лист>-вой сталью. Такая конструкция уменьшает сопротивление воды движению судна. Для еще большего уменьшения сопротивления потоку воды к перу руля на уровне гребного вала добавляется иногда обтекатель в виде грушевидной наделки.
Рама пустотелого руля состоит из горизонтальных ребер и вертикальных диафрагм. Сверху и снизу перо руля закрыто торцовыми листами. Внутреннее пространство для обеспечения водонепроницаемости и защиты от коррозии заполняют смолистым веществом или самовспенивающимся пенополиуретаном.
В верхней части перо руля на фланцах или с помощью конуса соединено с баллером. При фланцевом соединении на нижнем конце баллера и в верхней части пера руля имеются горизонтальные фланцы, скрепленные болтами. Иногда баллер внизу конусный и вставлен в такое же отверстие верхней части пера руля. Так как фланец обычно несколько смещен относительно оси вращения, то образуется плечо, облегчающее поворот руля.
Верхний конец баллера выведен на одну из палуб, на которой расположен рулевой привод. Чтобы вода не проникала в корпус судна через вырез для пропуска баллера, последний помещают в гельмпортовую трубу, соединение которой с наружной обшивкой и настилом палубы водонепроницаемо. В верхней части трубы устанавливают сальник, предотвращающий попадание воды в корпус судна. Выше сальника ставят подшипник, который является верхней опорой баллера руля. В зависимости от способа крепления к корпусу судна рули бывают навесные, подвесные, полуподвесные и со съемным рудерпостом.
Рис. 74. Перо пустотелого руля: 1- баллер; 2- фланеи; 3- торцовый лист; 4-грушевидная наделка-обтекатель; 5- вертикальные диафрагмы; б - горизонтальные ребра; 7-обшивка
Рис. 75. Рули; а-навесной; б - подвесной; в - полуподвесной, г - со съемным рудерпостом; /-гельмпортовая труба; 2- баллер; 3- фланец; 4- рулевая петля, 5- съемный кожух; 6- рудерпост; 7- подпятник; 8- перо руля; 9- гайка; 10- шайба; 11- рулевой штырь; 12- бронзовая облицовка; 13- бакаут; 14- бронзовая втулка; 15- упорный стакан; 16- упорно-опорный подшипник; 17- гельмпортовая труба; 18- упор; 19- подшипник; 20- корпус; 21- сальник; 22- упорно-опорный подшипник; 23- обтекатель; 24- конус баллера; 25- конусное гнездо пера руля; 26- фланец рудерпоста; 27-съемный рудерпост; 28- вертикальная труба
Навесной руль (рис. 75, а) навешивают на рудерпост при помощи рулевых штырей. Нижняя часть штыря имеет цилиндрическую форму, а верхняя - коническую с небольшим уклоном. Часть штыря, расположенная выше конуса, имеет резьбу. Штырь конической частью вводят в отверстие рулевой петли и затягивают гайкой, что обеспечивает его плотную посадку. В петли рудерпоста штыри ставят с небольшим зазором, поэтому они могут свободно вращаться. Для уменьшения трения цилиндрическая часть штыря имеет бронзовую облицовку, а петля рудерпоста - втулку из бакаута или текстолита. В подпятник для уменьшения трения под штырь ставят упорный стакан, который воспринимает вертикальную нагрузку.
Обтекаемый навесной руль обычно навешивают на рудерпост на двух штырях, что дает возможность почти вплотную приблизить перо руля к рудерпосту и уменьшить вихреобразование в зазоре между рудерпостом и рулем. Рудерпост в этом случае имеет обтекаемую форму, что дополнительно уменьшает сопротивление воды. На ледоколах руль навешивают на 3-4 штыря, что повышает надежность крепления.
Перо подвесного руля (рис. 75, б) не имеет опор и поддерживается только баллером, который опирается на опорные и упорные подшипники, установленные внутри корпуса.
Перо полуподвесного руля (рис. 75, в) имеет только один штырь в нижней части пера руля. В верхней части перо руля поддерживается баллером. Вертикальная нагрузка у полуподвесного руля может передаваться как на штырь, так и на баллер. В первом случае штырь в подпятнике Д9лжен опираться на упорный стакан, а во втором баллер снабжают упорным подшипником.
В последнее время все более широкое распространение получают рули со съемным рудерпостом (рис. 75, г). Перо такого руля имеет открытую
Вертикальную трубу, через которую проходит съемный рудерпост. Нижним концом рудерпост закрепляют конусом в подпятнике, а верхним фланцем крепят к ахтерштевню. Так как рудерпост в этом случае является осью, на которой вращается руль, то внутри трубы устанавливают подшипники, а рудерпост в этих местах имеет бронзовую облицовку.
Рулевое устройство обеспечивает управляемость судна, т. е. позволяет удерживать судно на заданном курсе и изменять направление его движения. Составными частями рулевого устройства являются: руль, рулевой двигатель, рулевой привод, пост управления и рулевая передача.
Руль служит непосредственно для сохранения или изменения направления движения судна. Он состоит из стальной плоской или обтекаемой пустотелой конструкции - пера руля и вертикального поворотного вала - баллера, жестко соединенного с пером. На верхний конец баллера (головку), выведенный на одну из палуб, насаживается сектор или рычаг - румпель.
К нему прилагается внешнее усилие, поворачивающее баллер. При установке пера руля в диаметральной плоскости движущегося судна оно будет сохранять направление движения.
Если перо руля отклонить от этого положения, то сила давления воды, действующая на перо, создаст вращающий момент, который повернет судно. Рулевой двигатель - паровая, электрическая, гидравлическая или электрогидравлическая машина, приводящая в действие руль.
Рулевой двигатель устанавливается у румпеля и соединяется с ним непосредственно, без промежуточных передач, или отдельно от румпеля.
Рулевой привод
передает усилие от рулевого двигателя к баллеру. Пост управления устанавливается в рулевой рубке. Он служит для дистанционного управления рулевой машиной через штурвал, контроллер или кнопочный пульт управления.
Органы управления монтируют обычно на одной колонке с авторулевым агрегатом, рядом устанавливают путевой магнитный компас и репитер гирокомпаса. Для контроля за положением пера руля относительно диаметральной плоскости судна на колонке управления и на лобовой переборке рубки устанавливают рулевые указатели - аксиометры.
Рулевая передача
служит для связи поста управления с пусковым механизмом рулевого двигателя. Наиболее простыми передачами являются механические, непосредственно соединяющие штурвал с пусковым устройством рулевого двигателя.
Но они имеют ряд существенных недостатков (низкий КПД, требуют постоянного ухода и др.) и на современных судах не применяются. Основными видами рулевых передач являются электрические и гидравлические.
рис. 61 Рули
а - обыкновенный плоский; б - обтекаемый; в - балансирный, г - полубалансирный
По конструкции пера рули могут быть плоскими и обтекаемыми.
Обыкновенный плоский руль
имеет ось вращения у передней кромки руля (рис. 61, а). Перо руля 1, изготовленное из стального листа толщиной 20-30 мм, имеет ребра жесткости 2, которые идут попеременно с одной и другой стороны пера.
Они отлиты или откованы заодно с утолщенной вертикальной кромкой руля - рудерписом 3, имеющим ряд петель 4 с надежно закрепленными в них штырями 5. Этими штырями руль навешивается на петли 6 рудерпоста 9. Штыри имеют бронзовую облицовку, а петли рудер-поста - бакаутовые втулки. Нижний штырь рудерписа входит в углубление пятки ахтерштевня 10, в которое для уменьшения трения вставляется бронзовая или бакаутовая втулка с закаленной стальной чечевицей на дне. Пятка ахтерштевня через чечевицу воспринимает на себя весь вес руля.
Для предупреждения смещения руля вверх
один из штырей, обычно верхний, на нижнем конце имеет головку. Верхняя часть рудерписа соединяется с баллером руля 8 при помощи специального фланца 7. Фланец несколько смещен от оси вращения, благодаря чему образуется плечо и облегчается поворот пера руля.
Смещенный фланец позволяет во время ремонта пера руля снять его с петель рудерпоста без подъема баллера, разобщив фланец и развернув перо и баллер в разные стороны.
Обыкновенные плоские рули просты по конструкции, отличаются прочностью, но создают большое сопротивление движению судна и требуют большого усилия для их перекладки. Поэтому на современных судах вместо плоских рулей применяются обтекаемые.
Перо обтекаемого руля
(рис. 61, б) представляет собой сварной металлический каркас, обшитый листовой сталью (стальная оболочка водонепроницаемая). Перу придают обтекаемую форму. Для уменьшения сопротивления воды движению судна на пере руля устанавливают специальные наделки - обтекатели и придают обтекаемую форму рудерпосту.
В зависимости от положения пера руля относительно оси его вращения рули подразделяются на обыкновенные, или небалансирные, балансирные и полубалансирные.
У балансирного руля
(рис. 61, в) часть пера расположена к носу судна от оси вращения. Площадь этой части, называемой балансирной, составляет от 20 до 30% всей площади пера. При перекладке руля давление встречных потоков воды на балансирную часть пера содействует повороту руля, уменьшая тем самым нагрузку на рулевую машину.
Балансирные рули, как правило, обтекаемые. Полубалансирный руль (рис. 61, г) отличается от балансирного тем, что его балансирная часть имеет меньшую высоту, чем основная.
Крепление балансирных и полубалансирных рулей осуществляется по-разному в зависимости от конструкции кормы и ахтерштевня судна. Кроме рассмотренных основных типов рулей, на некоторых судах применяются специальные рули и подруливающие устройства, позволяющие значительно улучшить маневренные качества судна. К ним относятся: активные рули, поворотные насадки, дополнительные носовые рули и подруливающие устройства.
Активные рули имеют обтекаемую форму.
В каплевидной наделке на пере руля вмонтирован электродвигатель, который приводит во вращение небольшой гребной винт, установленный за задней кромкой пера. Питание на электродвигатель подается через пустотелый баллер.
Активный руль упором рулевого винта позволяет эффективно разворачивать судно, имеющее малую скорость движения или не имеющее хода, что очень важно при плавании в узкостях, при швартовке и в других случаях.
Поворотная насадка представляет собой массивное кольцо
, закрепленное на баллере по типу балансирного руля. При повороте насадки струя воды, отбрасываемая гребным винтом, изменяет свое направление и этим обеспечивается поворот судна.
Такие насадки применяются на буксирах. Носовые рули балансирного типа устанавливаются в дополнение к основным для улучшения управляемости на заднем ходу. Они применяются на паромах и некоторых других судах.
Для улучшения маневренности судна используются также подруливающие устройства. Их гребные винты, насосы или крыльчатые движители создают упор в направлении, перпендикулярном ДП судна, чем способствуют эффективному развороту судна. Управляют подруливающими устройствами из рулевой рубки.
Рулевое устройство включает рулевую машину с румпельным, секторным, винтовым или гидравлическим приводом и собственно руль, основной и ручной (запасной) привод руля.
К основным требованиям, предъявляемым к рулевым устройствам, относят:
Максимальный угол перекладки руля для морских судов должен
быть равен 35 градусам, а для судов речного флота может достигать 45 градусов;
Длительность перекладки руля с одного борта до другого борта должна быть не более 28 с;
Рулевые машины должны обеспечивать надёжную работу
рулевого устройства в условиях качки судна с креном до 45 градусов, длительного крена —
до 22,5 градусов и дифферента — до 10 градусов.
Дефектоскопия и ремонт . К характерным дефектам рулевого устройства относят:
Изнашивание шеек баллера руля, его изгиб и скручивание;
Изнашивание подшипников, штырей, чечевицы;
Повреждения соединения баллера с пером руля;
Коррозионные и эрозионные разрушения, трещины пера руля;
Нарушение центрирования руля.
Техническое состояние рулевого устройства определяют перед каждым очередным освидетельствованием судна (на плаву или в доке), до и после ремонта судна и при подозрении о появлении неисправности.
Дефектоскопию рулевого устройства проводят в два этапа.
На первом этапе, без каких-либо демонтажных работ, определяют общее техническое состояние рулевого устройства методом внешнего осмотра (со шлюпки и водолазный осмотр): соответствие положения пера руля и указателей (для определения величины скручивания баллера руля); зазоры в подшипниках и высоту от пятки ахтерштевня до пера руля (Н) (проседание руля):
На втором этапе рулевое устройство демонтируют и разбирают.
Демонтаж, разборка. Перед демонтажем руля в кормовой части устанавливают настил, подвешивают тали, готовят стропы, домкраты и необходимый инструмент. Разборка включает следующие операции:
Разбирают ручной привод руля, тормозное устройство и выводят из зацепления зубчатый сектор механического привода;
Снимают с головной части баллера руля зубчатый сектор, румпель;
Разбирают подшипники баллера руля, разъединяют и разобщают баллер с рудерписом;
Поднимают и выводят перо руля из кормового подзора и опускают на палубу дока, судна или на причал;
Опускают застропленный баллер через гельмпортовую трубу на палубу;
Выбивают чечевицу из гнезда пятки ахтерштевня через отверстие, имеющее в ней.
Втулку-подшипник, запрессованную в пятке ахтерштевня, в случае большого изнашивания, разрезают по длине и после смятия её краев выбивают из гнезда.
При разборке рулевого устройства наибольшую сложность представляет демонтаж румпеля с баллера руля. Как правило, румпель напрессован на головную часть баллера в горячем состоянии с натягом. Иногда головку румпеля для снятия разрезают газовым резаком во время разборки и проводят детальную дефектоскопию с последующим ремонтом деталей рулевого устройства.
Изнашивание шеек баллера устраняют проточкой (допустимое уменьшение диаметра шейки баллера — не более 10% номинального значения), либо электронаплавкой с последующей механической обработкой.
Изогнутый баллер правят в горячем состоянии с нагревом до температуры 850-900 С, а после правки его подвергают отжигу и нормализации. Точность правки считается удовлетворительной, если биение баллера в месте изгиба будет находиться в пределах 0,5-1 мм. После правки и нормализации плоскость фланца баллера и шейки протачивают на токарном станке.
При скручивании баллера до 15 градусов заваривают старый шпоночный
паз, выполняют термообработку этого участка для снятия напряжений скручивания,
размечают и фрезеруют новый шпоночный паз в плоскости пера руля.
При изнашивании втулки-подшипника и чечевицы их заменяют. Чечевицу изготавливают из стали с последующей закалкой.
Дефект фланцевого соединения баллера с пером руля устраняют их проворачиванием, шабрением шпоночного паза и установкой новой шпонки.
К наиболее частым повреждениям пера руля относят вмятины и разрывы листов обшивки пера руля. При общем изнашивании обшивки пера руля (более 25% толщины) листы заменяют.
Трещины и коррозионные разрушения сварных швов устраняют разделкой и сваркой. Перед заменой обшивки пера руля из её внутренней полости удаляют варпек (продукт перегонки каменного угля), который представляет собой твёрдую стекловидную массу чёрного цвета. После ремонта во внутреннюю полость пера руля опять заливают варпек в горячем состоянии (при нагревании варпек становится жидким).
До постановки простого руля на место проверяют центрирование отверстий петель ахтерштевня методом натянутой струны. За базу при центровке петель ахтерштевня принимают оси гельмпортового подшипника и подшипника пятки ахтерштевня.
Качество ремонта и монтажа рулевого устройства оценивают по результатам центрирования, величине установочных зазоров в подшипниках, соответствию положений пера руля и указателей.
Критерием общего технического состояния рулевого устройства является время перекладки руля во время ходовых испытаний судна, которое не должно превышать 28 с. Испытания рулевого устройства должны проходить при волнении моря не более 3 баллов, на полном переднем ходу судна при номинальной частоте вращения гребного вала.
Методика контроля рулевого устройства по техническому состоянию.
Методика предусматривает определение общего технического состояния рулевого устройства на основе его наружных осмотров без каких-либо демонтажных работ (осмотр со шлюпки, водолазный осмотр) и контроля следующих параметров:
Уровня виброускорения баллера руля; .
Времени перекладки руля с борта на борт;
Давления жидкости в гидравлических цилиндрах для электрогидравлических рулевых машин;
Силы рабочего тока исполнительного электродвигателя для электрических рулевых машин;
Наличия металлических и абразивных продуктов изнашивания в рабочей жидкости.
По уровню виброускорения баллера руля контролируют состояние зазоров в подшипниках руля.
Периодичность контроля параметров рулевого устройства приведены в таблице:
Достижение предельно-допустимого значения хотя бы одним из параметров говорит о необходимости проведения технического обслуживания (ремонта) рулевого устройства.
На основе контроля фактического технического состояния рулевого устройства могут выполняться следующие работы: замена или пополнение смазки в подшипниках, замена подшипников, плунжерных пар; кроме того, решается вопрос о необходимости постановки судна в док для демонтажа баллера из-за увеличенных зазоров в его подшипниках и повреждений пера руля.