Принцип действия механической рулевой машины. Состав, назначение рулевого устройства

§ 31. Рулевое устройство

Рулевое устройство служит для изменения направления движения судна, обеспечивая перекладку пера руля на некоторый угол в заданный промежуток времени.

Основные элементы рулевого устройства показаны на рис. 54.

Руль - основной орган, обеспечивающий работу устройства. Он действует только на ходу судна и в большинстве случаев располагается в кормовой части. Обычно на судне один руль. Но иногда для упрощения конструкции руля (но не рулевого устройства, которое при этом усложняется) ставят несколько рулей, сумма площадей которых должна быть равной расчетной площади пера руля.

Основной элемент руля - перо. По форме поперечного сечения перо руля может быть: а) пластинчатым или плоским, б) обтекаемым или профилированным.

Преимущество профилированного пера руля в том, что сила давления на него превосходит (на 30% и более) давление на пластинчатый руль, что улучшает поворотливость судна. Отстояние центра давления такого руля от входящей (передней) кромки руля меньше, и момент, необходимый для поворота профилированного руля, также меньше, чем у пластинчатого руля. Следовательно, потребуется и менее мощная рулевая машина. Кроме того, профилированный (обтекаемый) руль улучшает работу винта и создает меньшее сопротивление движению судна.

Форма проекции пера руля на ДП зависит от формы кормового образования корпуса, а площадь - от длины и осадки судна (L и Т). У морских судов площадь пера руля выбирается в пределах 1,7-2,5% от погруженной части площади диаметральной плоскости судна. Ось баллера является осью вращения пера руля.

Баллер руля в кормовой подзор корпуса входит через гельм- портовую трубу. На верхней части баллера (голове) крепится на шпонке рычаг, называемый румпелем , служащий для передачи вращательного момента от привода через баллер на перо руля.

Рис. 54. Рулевое устройство. 1 - перо руля; 2 -баллер; 3 - румпель; 4 - рулевая машина с рулевым приводом; 5 -гельмпортовая труба; 6 - фланцевое соединение; 7 - ручной привод.

Судовые рули принято классифицировать по следующим признакам (рис. 55).

По способу крепления пера руля с корпусом судна различают рули:

А) простые - с опорой на нижнем торце руля или со многими опорами на рудерпосте;

Б) полуподвесные - с опорой на специальном кронштейне в одной промежуточной точке по высоте пера руля;

В) подвесные - висящие на баллере.

По положению оси вращения относительно пера руля различают рули:

А) пебалапсириые - с осью, размещенной у передней (входящей) кромки пера;

Б) полубалансирные - с осью, расположенной на некотором расстоянии от передней кромки руля, и отсутствием площади в верхней части пера руля, в нос от оси вращения;

Рис. 55. Классификация судовых рулей в зависимости от способа крепления их с корпусом и расположения оси поворота: а - небалансирные; б- балансирные. 1 - простой; 2 - полуподвесной; 3 - подвесной.

в) балансирные - с осью, расположенной так же, как у полу- балансирного руля, но с площадью балансирной части пера на всю высоту руля.

Отношение площади балансирной (носовой) части ко всей площади руля называется коэффициентом компенсации, который у морских судов лежит в пределах 0,20-0,35, а у речных 0,10-0,25.

Рулевой привод представляет собой механизм, передающий на руль усилия, развиваемые в рулевых двигателях и машинах.

Рулевая машина на судах приводится в действие электрическими или электрогидравлическими двигателями. На судах длиною менее 60 м разрешается вместо машины установка ручных приводов. Мощность рулевой машины выбирается исходя из расчета перекладки руля на предельный угол до 35° с борта на борт за 30 сек.

Рулевой привод предназначается для передачи команд от штурмана из рулевой рубки к рулевой машине в румпельное отделение. Наибольшее применение находят электрическая или гидравлическая передачи. На малых судах применяются валиковые или тросовые приводы, в последнем случае этот привод называют - штуртросовым.

Рис. 56. Активный руль: а - с конической передачей на винт; б - с электромотором водяного исполнения.

Контрольные приборы следят за положением рулей и исправным действием всего устройства.

Приборы управления передают приказания рулевому при управлении рулем вручную. Рулевое устройство - одно из самых важных устройств, обеспечивающих живучесть судна.

На случай аварии рулевое устройство имеет дублирующий пост управления рулем, состоящий из штурвала и ручного привода, расположенных в румпель- ном отделении или вблизи от него.

На малых ходах судна рулевые устройства становятся недостаточно эффективными и порой делают судно совершенно неуправляемым.

Для повышения маневренности на современных судах некоторых типов (промысловых, буксирах, пассажирских и специальных судах и кораблях) устанавливают активные рули, поворотные насадки, подруливающие устройства или крыльчатые движители. Эти устройства позволяют судам самостоятельно выполнять сложные маневры в открытом море, а также проходить без вспомогательных буксиров узкости, входить на акваторию рейда и гавани и подходить к причалам, разворачиваться и отходить от них, экономя на этом время и средства.

Активный руль (рис. 56) представляет собой перо обтекаемого руля, на задней кромке которого установлена насадка с гребным винтом, приводящимся в движение от валиковой кони- ческой передачи, проходящей через пустотелый баллер и вращающийся от электродвигателя, установленного на голове баллера. Существует тип активного руля с вращением винта от электродвигателя водяного исполнения (работающего в воде) вмонтированного в перо руля.

При перекладке активного руля на борт работающий в нем винт создает упор, разворачивающий корму относительно оси поворота судна. При работе гребного винта активного руля на ходу судна скорость судна увеличивается на 2-3 узла. При остановленных главных двигателях от работы гребного винта активного руля судну сообщается малый ход до 5 узл.

Поворотная насадка , установленная вместо руля, при перекладке на борт отклоняет отбрасываемую гребным винтом струю воды, реакция которой вызывает разворот кормовой оконечности судна. Поворотные насадки преимущественно находят применение на речных судах.

Подруливающие устройства выполняются обычно в виде туннелей, проходящих через корпус, в плоскости шпангоутов, в кормовой и носовой оконечностях судна. В туннелях размещается гребной винт, крыльчатый или водометный движитель, создающие струи воды, реакции которых, направленные от противоположных бортов, разворачивают судно. При работе кормового и носового устройства на один борт судно перемещается лагом (перпендикулярно диаметральной плоскости судна), что очень удобно при подходе или отходе судна от стенки.

Крыльчатые движители, установленные в оконечностях корпуса также увеличивают маневренность судна.

Рулевое устройство подводной лодки обеспечивает более разнообразные ее маневренные качества. Устройство предназначается для обеспечения управляемости подводных лодок в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Управление подводной лодкой в горизонтальной плоскости обеспечивает плавание лодки по заданному курсу и осуществляется вертикальным и рулями , площадь которых несколько больше площади рулей надводных судов и определяется в пределах 2-3% от площади погруженной части диаметральной плоскости лодки.

Управление подводной лодкой в вертикальной плоскости на заданной глубине обеспечивается при помощи горизонтальных рулей.

Рулевое устройство горизонтальных рулей состоит из двух пар рулей с их приводами и передачами. Рули делаются парными, т. е. на одном горизонтальном баллере располагаются по бортам лодки два одинаковых пера руля. Горизонтальные рули бывают кормовыми и носовыми в зависимости от места расположения по длине лодки. Площадь кормовых горизонтальных рулей больше площади носовых рулей в 1,2-1,6 раза. Благодаря этому эффективность кормовых горизонтальных рулей в 2-3 раза выше эффективности носовых. Для увеличения момента, создаваемого кормовыми горизонтальными рулями, их обычно располагают за винтами.

Носовые горизонтальные рули на современных подводных лодках являются вспомогательными, их делают заваливающимися и устанавливают в носовой надстройке выше ватерлинии, чтобы не создавать дополнительного сопротивления и не мешать управлению лодкой при помощи кормовых горизонтальных рулей на больших скоростях подводного хода.

Обычно на полной и средней скорости подводного хода управление подводной лодкой производится при помощи одних кормовых горизонтальных рулей.

При малой скорости хода управление лодкой кормовыми горизонтальными рулями становится невозможным. Скорость, при которой лодка теряет управляемость, называется инверсивной скоростью . На этой скорости лодка должна управляться одновременно кормовыми и носовыми горизонтальными рулями.

Основные составные элементы рулевого устройства горизонтальных рулей и вертикальных рулей однотипны.

Рулевая машина - один из основных вспомогательных механизмов судна, так как она обеспечивает его управляемость и безопасность плавания. В соответствии с условиями плавания рулевая машина поворачивает баллер руля или насадку на заданные углы для удержания судна на курсе или для маневрирования.

Рулевые приводы, передающие усилия непосредственно баллеру руля, выполняются с механическими или гидравлическими передачами, а их двигатели могут быть паровыми и электрическими. В настоящее время паровые рулевые машины на новых судах не устанавливаются.

Рулевые машины с механической передачей от электродвигателя принято называть электрическими, а машины с гидравлическими передачами от электродвигателя - гидравлическими. Современные рулевые машины устанавливают непосредственно у головы баллера в румпельном помещении, а для управления ими применяются электрические или гидравлические телепередачи.

Ко всякому рулевому устройству предъявляются следующие требования:

• надежность и безопасность работы при любых навигационных условиях;
• живучесть;
• обеспечение заданного угла и заданной скорости перекладки руля при максимальной скорости судна;
• возможность быстрого перехода от основного вида управления к вспомогательному;
• возможность управления с нескольких мест;
• удобство управления, наименьшие габаритные размеры и масса;
• простота устройства, ухода и обслуживания;
• экономичность.

Правилами Регистра сформулированы следующие основные требования к рулевому устройству судна.

• Рулевое устройство, или устройство с поворотной насадкой, должно иметь два привода: главный и вспомогательный.
• При действии главного рулевого привода рулевое устройство должно обеспечить маневрирование судна с перекладкой полностью погруженного руля (насадки) с борта на борт при максимальной скорости переднего хода; при этом время перекладки, руля (насадки) с 35° одного борта на 30° другого борта не должно превышать 28 с.
• Вспомогательный рулевой привод должен обеспечивать маневрирование судна с перекладкой полностью погруженного руля (насадки) с борта на борт при скорости переднего хода, равной 1/2 максимальной скорости судна, но не менее 7 уз.; при этом время перекладки руля (насадки) с 15° одного борта на 15° другого борта не должно превышать 60 с.
• Вспомогательного привода не требуется, если главный рулевой привод состоит из двух независимо действующих агрегатов, каждый из которых удовлетворяет требованиям к главному приводу. Двигатели рулевых приводов должны допускать их перегрузку по моменту не менее 1,5 расчетного момента в течение 1 мин.
• Вспомогательный ручной привод должен быть самотормозящим или иметь стопорное устройство. Он должен обеспечить требования к нему при работе не более четырех человек с усилием на рукоятках штурвала не более 160Н на каждого работающего.
• Конструкция приводов должна обеспечивать переход с основного рулевого привода на запасной за время не более 2 мин.
• Рулевое устройство должно иметь тормоз или иное приспособление, обеспечивающее удержание руля в любом положении. На рулевом приводе должна быть шкала для определения действительного положения руля с ценой деления не более 1º.
• Все детали рулевого привода должны быть рассчитаны на усилия, соответствующие моменту (кНм) на баллере не менее

М пр = 1,135 R ен d -4

где d - диаметр головки баллера, см; R eн - верхний предел текучести материала баллера, МПа.

При этом напряжения и деталях привода не должны превышать 0,95 предела текучести материала.

При действии расчетного крутящего момента приведенные напряжения в деталях рулевых приводов не должны превышать 0,4 предела текучести материала.

Рулевое устройство предназначено для сохранения заданного курса или изменения его в нужном направлении. В состав рулевого устройства входят руль, рулевой привод, рулевая машина и системы дистанционного управления рулевой машиной с ходового мостика.

Руль. Основными органами управления большинства современных морских судов являются рули: обыкновенные, балансирные и полубалансирные. На некоторых судах улучшение ходкости и управляемости достигается установкой винтов с насадками, активных рулей, подруливающих устройств, крыльчатых движителей и др. Перекладка обычных и активных рулей, а также поворотных насадок с нужной скоростью на требуемый угол (от диаметральной плоскости - ДП) или удержание их в заданном положении производится рулевой машиной.

Рулевой привод . Рулевые приводы делятся на две группы: с гибкой связью (штуртросовые, цепные) и с жесткой связью (зубчатые, винтовые, гидравлические).

Выбор типа рулевого привода обусловливается расположением рулевой машины на судне. На большинстве судов, особенно маломерных, рулевая машина располагается в рулевой рубке или под ней на уровне верхней палубы. При таком расположении рулевой машины ее связь с баллером руля осуществляется обычно через гибкую цепную или тросовую передачу. Охватывающую тяговый барабан рулевой машины цепь направляют через ролики вдоль бортов и присоединяют концами к сектору или румпелю, закрепленному на баллере руля. На. прямолинейных участках цепь часто заменяют стальными штангами. В бортовую проводку включают талрепные стяжки для выборки слабины и амортизирующие буферные пружины, работающие на сжатие.

На рис. 4.1 схематически изображен штуртросовый привод с рычажным румпелем.

Рис. 4.1. Схема штуртросового привода с рычажным румпелем

Румпель 5 представляет собой рычаг, один конец которого жестко насажен на головку баллера руля О. Ко второму концу румпеля присоединен штуртрос 4, выполненный из цепи или стального троса. Штуртрос проходит по направляющим блокам 2 и навивается на барабан 1. При вращении барабана один конец штуртроса навивается и тянет за собой румпель, который поворачивает руль, а второй конец в это время сматывается с барабана. Для смягчения толчков от ударов волн о перо руля в системе штуртроса предусмотрены пружинные амортизаторы 3.

Недостатком описанного рулевого привода является появление неизбежной слабины в штуртросах. Это приводит к неточности перекладки руля, так как при перемене направления вращения штуртросового барабана сначала будет выбираться слабина, т. е. будет мертвый ход.

Провисание штуртроса устранено в штуртросовых приводах с секторным румпелем (рис. 4.2). Замена румпеля сектором позволяет уравнять длины сбегающего и набегающего тросов при перекладке пера руля.

Рис. 4.2. Схема секторного штуртросового привода

Рис. 4.3, Схема секторного зубчатого привода

На внешней стороне сектора 3 имеются две канавки, в которых размещены два противоположных конца штуртроса, закрепленные на ступице в точках 1 и 2. Трос к проушинам крепят через амортизирующие пружины, работающие на сжатие. Провисание штуртроса исключается, так как последний не сходит полностью с сектора при его повороте на углы перекладки руля и обеспечивает постоянство плеча, создающего момент на баллере.

Секторный зубчатый рулевой привод показан на рис. 4.3.

Он состоит из зубчатого сектора 2, свободно сидящего на голове баллера 1 руля, и румпеля 3, жестко укрепленного на баллере. Связь между сектором и румпелем осуществляется с помощью буферных пружин 4, которые предохраняют зубчатую передачу от поломки при ударе волн о перо руля. Зубчатый сектор находится в зацеплении с цилиндрической шестерней 5, вал 6 которой вращается рулевой машиной. Секторный зубчатый привод позволяет осуществлять точную перекладку руля.

Расположение рулевой машины на корме в специальном румпельном отделении обеспечивает надежную связь машины с румпелем, однако при этом требуется довольно длинная кинематическая связь рулевой машины с ходовым мостиком.

В современном судостроении более широко применяются рулевые приводы с жесткой связью. Рулевые машины расположены в непосредственной близости от рулевого привода.

На рис. 4.4 изображен винтовой привод, который может приводиться в действие электродвигателем или ручным штурвалом.

Рис. 4.4. Винтовой привод

Привод состоит из вала 12 с правой и левой резьбами, по которому при вращении движутся в разные стороны ползуны 11 и 4, скользящие вдоль неподвижных направляющих 5 и 10. Тягами 3 и 13 ползуны соединены с концами румпеля 1, насаженного на баллер руля 2. Винтовой вал приводится во вращение червяком 8, сидящим на валу двигателя и находящимся в зацеплении с червячным колесом 7 и парой цилиндрических шестерен 9 и 6. Если при вращении вала ползун 11 пойдет вправо, а ползун 4 - влево, то руль будет перекладываться на правый борт. При обратном движении вала ползуны 11 и 4 будут расходиться и руль будет перекладываться на левый борт.

Рулевой привод такой конструкции часто применяют в качестве запасного ручного привода. Его недостатками являются косвенное влияние конечной длины тяг на точность перемещения ползуна, низкий механический КПД и жесткость соединений.

Рулевое устройство современных судов является достаточно точным, технически надежным и чувствительным. Рулевое устройство рассматривается как одно из наиболее важных устройств и систем управления судном, оказывающее непосредственное влияние на обеспечение безопасности плавания судна. Поэтому современное рулевое устройство строится по принципу «структурной избыточности» (дублирования) систем: если один из элементов рулевого устройства выходит из строя, то обычно хватает нескольких секунд (или десятков секунд) для того, чтобы перейти на альтернативное устройство управления рулем (при условии, что экипаж достаточно натренирован).

Поскольку рулевое устройство играет такую важную роль в обеспечении безопасности плавания судна, поскольку от него так много зависит, а судовые экипажи полагаются на него в такой большой степени, — огромное внимание уделяется вопросам создания эффективных и надежных конструкций рулевого устройства, правильности его монтажа и установки, грамотной технической эксплуатации и эффективному обслуживанию рулевого устройства, своевременному выполнению необходимых проверок, обеспечению должной натренированности экипажей (в первую очередь — судоводителей, электромехаников, матросов) в переходе с одного режима управления рулем на другой.

Основные требования к конструкции, установке и эксплуатации рулевого устройства на судне определены в следующих документах:

1. «СОЛАС-74» — правила, касающиеся технических требований к рулевому устройству;
2. «СОЛАС-74», Правило V/24, — «Использование системы управления курсом и/или системы управления судном по заданной траектории»;
3. «СОЛАС-74», Правило V/25, — «Работа главного источника электрической энергии и/или рулевого привода»;
4. «СОЛАС-74», Правило V/26, — «Рулевой привод: испытания и учения»;
5. Правила Классификационных обществ, касающиеся рулевых устройств;
6. Рекомендации по эксплуатационным требованиям к системам управления курсом (Резолюция MSC.64(67), Приложение 3, и Резолюция MSC.74(69), Приложение 2);
7. «Bridge Procedures Guide», пп. 4.2, 4.3.1-4.3.3, Annex A7;
8. Устав службы на судах Министерства морского флота Союза ССР;
9. «РШС-89»;
10. Документы и «Руководства» по «СУБ» конкретной судоходной компании;
11. Дополнительные требования «Прибрежных Государств».

В соответствии с Правилом V/26(3.1), на ходовом мостике и в румпельном отделении судна должны быть постоянно вывешены простые инструкции по эксплуатации рулевого привода с блок-схемой, показывающей порядок переключения систем дистанционного управления рулевым приводом и силовых агрегатов рулевого привода.

Рулевое устройство: а - обыкновенный руль; b - балансирный руль; с - полубалансирный руль (полуподвесной); d - балансирный руль (подвесной); е - полубалансирный руль (полуподвесной)

«Международная палата судоходства» (ICS) разработала «Руководство по рутинным проверкам рулевого устройства», которое позднее в полном объеме вошло в Правило V/26 «СОЛАС-74»:

• Дистанционное ручное управление рулем — должно быть опробовано всякий раз после продолжительного управления авторулевым и перед входом в районы, где судовождение требует особой осторожности;
• Дублирующие силовые устройства управления рулем: в районах, где судовождение требует особой осторожности, следует использовать более одного силового устройства управления рулем, если возможна одновременная работа нескольких таких устройств;
• Перед отходом из порта — в пределах 12 часов до отхода — выполнить проверки и опробовать рулевое устройство, включая, насколько это применимо, проверку работы следующих узлов и систем:
  • главное рулевое устройство;
  • вспомогательное рулевое устройство;
  • все системы контроля дистанционного управления рулем;
  • пост управления рулем на мостике;
  • аварийный источник питания;
  • соответствие показаний аксиометра действительным положениям пера руля;
  • предупредительная сигнализация об отсутствии питания в системе дистанционного управления рулем;
  • предупредительная сигнализация об отказе силового блока рулевого устройства;
  • другие средства автоматики.
• Контроль и проверки — должны включать:
  • полную перекладку руля с борта на борт и ее соответствие требуемым характеристикам рулевого устройства;
  • визуальный осмотр рулевого устройства и его соединительных связей;
  • проверку связи между ходовым мостиком и румпельным отделением.
• Процедуры перехода с одного режима управления рулем на другой: все члены судового комсостава, имеющие отношение к использованию и/или технической эксплуатации рулевого устройства, должны изучить эти процедуры;
• Тренировки по аварийному управлению рулем — должны проводиться, по крайней мере, каждые три месяца и должны включать непосредственное управление рулем из румпельного отделения, процедуры связи из этого помещения с ходовым мостиком и, где это возможно, использование альтернативных источников питания;
• Регистрация: в судовом журнале должны делаться записи о выполнении контроля и указанных проверок рулевого устройства, а также о проведении тренировок по аварийному управлению рулем.

ВПКМ должен в полном объеме выполнять требования по эксплуатации рулевого устройства и авторулевого, содержащиеся в нормативных и организационно-распорядительных документах.

ВПКМ контролирует правильность удержания судна на курсе авторулевым. Установка отсчет курса на авторулевом и поправки к нему выполняется в соответствии с инструкцией по эксплуатации авторулевого с обязательным участием ВПКМ, т. к. рулевой, самостоятельно устанавливая отсчет, следит за тем, чтобы рыскание судна было симметричным, и невольно вводит собственную поправку в заданный курс.

Сигнализация об отклонении судна от заданного курса, где она имеется, должна быть всегда включена, когда судно управляется авторулевым, и должна быть отрегулирована в соответствии с преобладающими погодными условиями.

Если сигнализация перестает использоваться, капитан должен быть немедленно поставлен в известность.

Использование сигнализации никоим образом не освобождает ВПКМ от обязанности часто контролировать точность удержания авторулевым заданного курса.

Несмотря на сказанное выше, вахтенный ПКМ всегда должен иметь в виду необходимость поставить человека на руль и заблаговременно перейти с автоматического управления рулем на ручное с тем, чтобы безопасным образом разрешить любую потенциально опасную ситуацию.

Если судно управляется авторулевым, то в высшей степени опасно позволить ситуации дойти до такой стадии, когда ВПКМ будет вынужден прервать непрерывное наблюдение, чтобы предпринять необходимые чрезвычайные действия без помощи рулевого.

Вахтенный ПКМ обязан:

• Четко знать порядок перехода с автоматического управления рулем на ручное, а также на запасное и аварийное рулевое управление (все варианты перехода с одного способа управления рулем на другой должны быть ясно изображены на мостике);
• Не менее одного раза за вахту осуществлять переход с автоматического управления рулем на ручное и обратно (переход всегда должен осуществляться либо самим вахтенным ПКМ, либо под его непосредственным контролем);
• Во всех случаях опасного сближения с судами заблаговременно переходить на ручное управление рулем;
• Плавание в стесненных водах, СРД, при ограниченной видимости, в штормовых условиях, во льдах и других сложных условиях осуществлять, как правило, при ручном управлении рулем (в необходимых случаях включать в работу второй насос гидравлического привода рулевой машины).

В соответствии с Правилом V/24 «СОЛАС-74», в районах высокой интенсивности, в условиях ограниченной видимости и во всех других опасных для плавания ситуациях, если используются системы управления курсом и/или по заданному пути, должна быть предусмотрена возможность немедленного перехода на ручное управление рулем.

Судовой мостик

В вышеупомянутых обстоятельствах вахтенный помощник капитана должен иметь возможность без промедления использовать для управления судном квалифицированного рулевого, который в любой момент должен быть готов приступить к управлению рулем.

Переход с автоматического управления рулем на ручное, и наоборот, должен производиться ответственным лицом командного состава или под его наблюдением.

Ручное управление рулем должно испытываться после каждого продолжительного использования систем управления курсом и/или по заданному пути, и перед входом в районы, где судовождение требует особой осторожности.

В районах, где судовождение требует особой осторожности, на судах должно работать более одного силового агрегата рулевого привода, если такие агрегаты могут работать одновременно.

Вахтенный помощник капитана должен отдавать отчет в том, что внезапный выход авторулевого из строя может повлечь риск столкновения с другим судно, посадки судна на мель (при плавании вблизи навигационных опасностей) либо другие неблагоприятные последствия. По этой же причине обеспечение технической надежности и грамотной эксплуатации авторулевых становится объектом все более пристального внимания.

Ситуация: Внезапный разворот лайнера «Norwegian Sky» у входа в пролив Хуан-де-Фука

19 мая 2001 года пассажирский лайнер «Norwegian Sky» (длина 258 м, водоизмещение 6000 тонн) следовал в канадский порт Ванкувер, имея на борту 2000 пассажиров. При входе в пролив Juan de Fuka судно на высокой скорости внезапно пошло на циркуляцию. Неожиданные динамические нагрузки в сочетании с креном судна до 8° привели к ранениям и травмам 78 пассажиров.

По сообщению Береговой Охраны США, которая производила расследование инцидента, внезапное изменение курса судна произошло в тот момент, когда старший помощник капитана (first officer) заподозрил ненадежную работу авторулевого. По информации, СПКМ отключил авторулевой, перешел на ручное управление рулем и вручную вернул судно на заданный курс. Расследование Береговой Охраны должно ответить на ключевой вопрос: когда же именно произошло внезапное изменение курса судна — пока судно управлялось авторулевым либо в процессе некорректного перехода на ручное управление рулем?

Предлагается к прочтению:

Рулевая машина обеспечивает поворот руля в соответствии с сигналом с мостика и является составной частью рулевого устройства.

Рулевое устройство состоит из четырех частей:

– системы управления,

– силового агрегата,

– рулевого привода,

Силовой агрегат и рулевой привод образуют собственно рулевую машину.

Система управления или телепередача передает с мостика сигнал на поворот руля и обеспечивает работу силового агрегата и рулевого привода до тех пор, пока не будет достигнут заданный угол поворота руля. Силовой агрегат создает усилие, необходимое для поворота руля на заданный угол. Рулевой привод – это устройство, посредством которого осуществляется движение непосредственно руля.

Рулевое устройство должно удовлетворять следующим требованиям:

– иметь два независимых средства перекладки руля (при наличии двух силовых агрегатов, вспомогательный или резервный силовой агрегат не требуется);

– мощность и вращающий момент агрегата должны быть такими, чтобы перекладка руля с 35 одного борта на 30 другого осуществлялась при максимальной скорости судна за время не превышающее 28 с;

– вспомогательный рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля с 15 одного борта на 15 другого не более чем за 60 с при скорости переднего хода, равной половине максимальной, но не менее 7 узлов;

– рулевая машина должна быть защищена от ударных нагрузок;

– должно быть предусмотрено аварийное управление рулевой машиной из румпельного отделения;

– танкеры, имеющие валовую вместимость более 10 000 р.т, должны иметь две независимые системы управления рулевой машиной с мостика.

Рулевые машины могут иметь паровой, электрический и гидравлический привод.

На современных морских судах используются рулевые машины с гидравлическим плунжерным либо лопастным приводом.

5.10.2. Электрогидравлические рулевые машины

Электрогидравлические рулевые машины состоят из следующих основных узлов:

– гидравлического рулевого привода – устройства, поворачивающего баллер руля;

– насосного агрегата (насос и двигатель), обеспечивающего питание гидравлических рулевых приводов рабочей жидкостью;

– органов распределения рабочей жидкости и системы управления насосами и распределением рабочей жидкости;

– системы трубопроводов питания, предохранительных клапанов, компенсаторов; динамических нагрузок, ограничителей мощности и других элементов в зависимости от конструкции рулевой машины.

Гидравлические рулевые приводы – это гидродвигатели, обеспечивающие ограниченные углы поворота исполнительного вала, которым является баллер руля. Наиболее широкое распространение получили плунжерные приводы. В зависимости от значения необходимого вращающего момента применяется двух– либо четырех плунжерный привод. Принципиальная схема такого привода показана на рис. 74.

Рис. 74. Принципиальная схема плунжерного привода:

1– электродвигатель насоса, 2– насос, 3– предохранительный клапан, 4– муфта, 5– румпель, 6– цилиндр, 7– цистерна

Плунжеры движутся в гидравлических цилиндрах, поворачивая румпель шарнирной крестовины, находящейся в развилке плунжеров. Привод обслуживается двумя насосами переменной подачи. Каждый из насосов сообщается трубопроводами со всеми гидравлическими цилиндрами рулевого привода для всасывания и нагнетания масла.

Рядом с цилиндрами находится масляная цистерна, которая снабжена невозвратными клапанами для автоматического пополнения утечек масла из системы. Байпасный клапан объединен с предохранительным клапаном и открывается для перепуска масла в случае сильных ударов волны в перо руля. В этом случае плунжера смещаются, что в свою очередь, вызывает изменение подачи насоса, который нагнетает масло в соответствующий цилиндр, и перо руля возвращается в прежнее положение. Для защиты от поломки рычагов управления при ударной нагрузке используется буферная пружина. При обычных условиях эксплуатации работает один из насосов. Если требуется обеспечить ускоренную перекладку руля, оба насоса могут использоваться одновременно.

На рис. 75 показано устройство 4-х плунжерной электрогидравлической рулевой машины.

Такая машина создает больший вращающий момент и имеет повышенную надежность в случае выхода из строя различных частей установки. Каждый насос может работать на все цилиндры или на два цилиндра правого или левого борта.

Наличие блока клапанов управления, объединяющего предохранительные клапаны, запорные клапаны насосов и цилиндров, байпасные клапаны, повышает живучесть рулевой машины.

При нормальных условиях один насос может обеспечить работу всех цилиндров. В аварийной ситуации могут быть использованы два насоса с ручным управлением для работы двух плунжеров правого борта, двух – левого борта, двух носовых или двух кормовых плунжеров.

Рис. 75. 4-х плунжерная электро-гидравлическая рулевая машина:

1 ,23,25 – насосы переменной подачи, 2,9,19,22 – запорные клапаны цилиндров, 3,10,18,21 – гидравлические цилиндры с плунжерами, 4,8,17,24 – воздушные и манометровые запорные клапаны, 5,7,40,47,48 – масляные трубопроводы цилиндров,6,16,20 – электродвигатели, 11,27 – байпасные клапаны, 12,37 – соединительные звенья, 13,26 – плавающие рычаги, 14 – тяга буферной пружины, 15 – румпель, 28 – маховик местного поста управления, 29,30,31,32,33,34 – невозвратные всасывающие пополнительные клапаны, 35 – приемник телемотора, 36– соединительная тяга насосов, 38,39,49,50,51,52 – запорные клапаны насосов, 41,42,43, 44,45,46,53,54 – масляные трубопроводы между клапанами, 55 – цистерна пополнения масла.

Для того, чтобы система была готова к работе, необходимо заполнить маслом каждый цилиндр рулевого привода, затем установить на место наполнительные пробки и закрыть воздушные краны. Байпасные клапаны при этом должны быть открыты, а цистерна для пополнения заполнена. Воздушные краны на насосах оставляют открытыми до тех пор, пока вытекающее масло содержит пузырьки воздуха. Используя механизм ручного управления, насосы ставят в положение минимальной подачи и проворачивают их вручную, удаляя воздух сначала из одной а затем из другой пар цилиндров. После этого включают электродвигатель насоса и приступают к проверке рулевой машины в действии. При этом еще раз удаляют воздух из цилиндров и насосов через соответствующие краны.

В электрогидравлических рулевых машинах с роторным лопастным приводом рис. 76 лопастной ротор прочно закреплен на баллере.

Рис. 76. Лопастной электро-гидравлический привод:

а – принципиальная схема, б – разрез, 1 – электродвигатель, 2 – насосы, 3 – предохранительный клапан, 4 – корпус, 5 – баллер, 6 – ротор, 7 – масляная полость, 8 – масляная цистерна, 9 – крышка

Ротор может поворачиваться в корпусе, который крепится к судовому набору. Пространство между лопастями ротора и перемычками корпуса образуют полости, объем которых изменяется при повороте ротора. Полости уплотнены специальной набивкой. С обеих сторон поворотных лопастей подведены трубопроводы, каждый из которых имеет кольцевой коллектор. При подаче масла во все полости с левой стороны поворотных лопастей и при всасывании масла из всех полостей с правой стороны обеспечивается поворот ротора по часовой стрелке. Для поворота в противоположном направлении всасывание и нагнетание меняются местами.

Привод обычно имеет три лопасти, благодаря чему обеспечивается перекладка руля на 70 0 .

Перемычки корпуса выполняют функцию стопоров, ограничивающих поворот руля.