Тема 3.2. Средства активного управления судном.
Назначение: улучшение управляемости судна при малых скоростях хода.
К средствам активного управления судном относятся: активные рули, поворотные направляющие насадки, подруливающие устройства, винторулевые колонки.
Активный руль (рисунок 3.2.1) представляет собой обычный руль, в пере 1 которого установлен небольшой гребной винт 2 в насадке, приводимый в действие от электродвигателя или гидромотора 3.
Рис. 3.2.1. Устройство активного руля:
1 – перо руля; 2 – гребной винт активного руля; 3 – приводной двигатель; 4 – баллер; 5 – трубопровод; 6 – гребной винт.
При перекладке активного руля этот гребной винт создаёт упор, поворачивающий корму судна даже при отсутствии хода. Активные рули применяют на некоторых промысловых и исследовательских судах.
Поворотная направляющая насадка (рис. 3.2.2) представляет собой профилированный цилиндр 7, диаметр которого несколько больше диаметра гребного винта. Насадка устанавливается на баллере 4 вместо руля так, чтобы она охватывала гребной винт 6. Управление движением судна осуществляется перекладкой насадки с одного борта на другой: при этом изменяется направление отбрасываемого гребным винтом потока воды, и усилие упора винта оказывается направленным под углом к ДП. Кроме того, поворотная насадка позволяет при одинаковой мощности энергетической установки увеличить скорость на 2 4 %.
Рис. 3.2.2. Поворотная насадка.
Поворотные насадки применяются на служебно-вспомогательных и некоторых промысловых судах.
Подруливающие устройства туннельного типа (рисунок 3.2.3) получили широкое распространение.
Рис. 3.2.3. Расположение подруливающего устройства на судне.
В трубе, расположенной в носовой (реже кормовой) оконечности судна перпендикулярно к ДП со сквозными выходами на оба борта, закрываемыми обычно жалюзи, размещают гребной винт, крыльчатый движитель или водомёт. Они создают направленную перпендикулярно ДП судна струю воды, а следовательно и упор, под действием которого поворачивается нос (или корма) судна.
Применяется подруливающие устройства чаще всего на пассажирских и крупнотоннажных грузовых судах. Применение подруливающих устройств позволяет производить швартовку без использования буксиров, что снижает портовые расходы.
Винторулевые колонки (ВРК) (рисунок 3.2.4) представляют собой одновременно и средство создания движения, и средство управления.
Рис. 3.2.4. Винторулевые колонки.
В настоящее время ВРК находят всё более широкое применение на судах. Полноповоротные винторулевые колонки позволяют направить создаваемое гребным винтом усилие под любым углом к ДП, что обеспечивает наилучшую управляемость судна. Обычно на судне устанавливают два таких агрегата на одном шпангоуте – по одному с каждого борта.
Тема 3.3. Якорное устройство.
Назначение: надёжное удержание судна на месте при действии внешних сил, обусловленных ветром, течением и волнением.
Конструкция якорного устройства.
В общем случае судно имеет носовое и кормовое якорное устройство.
Расположение носового якорного устройства показано на рисунке 3.3.1.
Рис. 3.3.1. Расположение якорного устройства.
Носовое ЯУ состоит из двух якорных лилий, по одной на каждом борту.
Основным элементом ЯУ является якорь 5 – кованая, литая или сварная конструкция, создающая необходимое для удержания судна усилие засчёт взаимодействия с грунтом и собственного веса. Усилие, которое якорь способен воспринимать, не смещаясь в грунте, называют держащей силой. Якоря, использующиеся в носовом ЯУ, называют становыми.
Усилие от судна на якорь передаётся якорной цепью 3. Цепь используется для опускания и подъёма якоря. По традиционной технологии, цепь изготавливают, отливая смычки длиной 25 – 27 м. Требуемую общую длину цепи получают, соединяя смычки специальными соединительными звеньями или скобами. Различают якорные (примыкающая к якорю), концевые (соединяющая цепь с корпусом судна) и промежуточные смычки. Для предупреждения закручивания цепи в состав коренной и якорной смычек включают поворотные звенья – вертлюги. Якорные цепи различают по их калибру – диаметру поперечного сечения прутка звена.
В походном положении при поднятом якоре цепи хранятся в цепных ящиках 9, расположенных в форпике. Наибольшее распространение получили ящики цилиндрической формы диаметром 30 – 35 калибров цепи. Практический опыт показывает, что такой диаметр обеспечивает самопроизвольную правильную укладку цепи. Требуется, чтобы при плотной укладке над цепью оставалось свободное пространство высотой 1800 мм. Цепные ящики делают водонепроницаемыми, с внутренней деревянной зашивкой. В нижней части цепного ящика под деревянной решёткой размещают колодец для сбора и последующего удаления попадающей вместе с цепью воды и грязи. В цепном ящике устанавливается устройство для быстрой отдачи якорной цепи 10, имеющее дистанционный привод управления.
Для свободного прохода цепи от якорного механизма в цепной ящик и обратно служит цепной клюз 8 (цепная труба) – труба с раструбами сверху и снизу внутренним диаметром 7 – 8 калибров цепи.
Для обеспечения нормального прохода якорной цепи и размещения якоря по-походному служат якорные клюзы. Форму клюза и его положение выбирают таким образом, чтобы якорь свободно выходил из него при отдаче, не задевая корпусных конструкций, и автоматически занимал правильное положение при подъёме. На большинстве судов применяются нормальные (обычные) клюзы. На рисунке 3.3.1 представлен именно такой клюз, состоящий из трёх частей – палубного клюза 4, бортового клюза 6 и клюзовой трубы 7. Также существуют клюзы с нишами (снижают вероятность повреждения судов при швартовке, буксировке и движении во льдах), выступающие клюзы (применяются на судах с носовым бульбом во избежание ударов якоря о бульб при отдаче) и открытые клюзы (встречаются на низкобортных судах).
Для фиксации якоря и якорной цепи служат якорные стопоры. По выполняемым функциям выделяют стояночные (вспомогательные) стопоры и стопоры для крепления якоря по-походному.
Стояночные стопоры 2 предотвращают передачу усилия на якорные механизмы при стоянке судна на якоре, а также при ремонте якорных механизмов или цепи. В основном применяют винтовые фрикционные и закладные стояночные стопоры.
Для крепления якоря по-походному и обеспечения плотного прилегания его к клюзу применяют цепной стопор 11. Концы цепного стопора крепятся к палубным обухам.
Для выполнения операций с якорем используют якорные механизмы. В качестве якорных механизмов применяются брашпили и шпили.
Брашпиль 1 предназначен для обслуживания одновременно цепей правого и левого борта. Ось цепных звёздочек брашпиля расположена горизонтально. На оси цепных звёздочек по её концам устанавливаются турачки – барабаны для наматывания швартовных тросов при швартовке.
Шпиль предназначен для работы только с одной цепью. Ось цепной звёздочки шпиля располагается вертикально. Благодаря этому редуктор и приводной двигатель шпиля возможно разместить под палубой, оставив над палубой только звёздочку и швартовный барабан.
Шпили, вследствие возможности убрать основные механизмы под палубу, чаще применяются на боевых кораблях, судах ледового плавания и пассажирских судах. На большинстве транспортных судов применяются брашпили. На некоторых крупнотоннажных судах с большим расстоянием между палубными клюзами применяются раздельные полубрашпили с одной звёздочкой, смещённые к соответствующим бортам.
Кормовое якорное устройство по составу практически совпадает с носовым. Вследствие использования только одного якоря в качестве якорного механизма в кормовом ЯУ всегда применяют шпиль. Якорь, применяемый в кормовом ЯУ, называют вспомогательным (или стоп-анкером) – в отличие от станового якоря, предназначенного для удержания судна в заданном месте, он предназначен для удержания судна в заданном положении при одновременном использовании станового якоря. Масса вспомогательного якоря составляет 1/3 массы станового. Соответственно, для него меньше калибр цепи и размеры всех составляющих устройств.
Классификация, конструкция и принцип действия якорей.
По конструкции различают якоря:
безрогие – «мёртвые» якоря (например, грибовидные), предназначенные для закрепления различных плавучих сооружений (плавучих маяков, швартовных рейдовых бочек и т.д.);
однорогие – к ним относятся доковые и ледовые якоря;
двурогие – наиболее распространённый класс, о котором далее речь пойдёт подробнее;
многолапые – количеством рогов (лап) более двух, применяются редко, в основном на малых судах и баржах.
Двурогие якоря в свою очередь делятся на несколько типов:
якоря со штоком, зарывающиеся в грунт одной лапой (адмиралтейский якорь);
якоря с поворотными лапами бесштоковые (якоря Холла, Грузона), нашедшие наибольшее применение в качестве становых якорей на транспортных судах;
якоря с поворотными лапами без штока и со штоком повышенной держащей силы (якоря Матросова, Денфорта); применяемые в качестве становых на военных кораблях.
Конструкция наиболее распространённых якорей представлена на рис. 3.3.2.
Рис. 3.3.2 Якоря:
А – адмиралтейский якорь; б – якорь Холла;
в – якорь Матросова; г – якорь Грузона.
1- скоба; 2 – шток; 3 – веретено; 4 – лапа; 5 – тренд;
6 – рог; 7 – коробка.
Этапы постановки на якорь и снятия с якоря изображены на рис. 3.3.3.
Рис. 3.3.3 Этапы постановки на якорь и снятия с якоря
При отдаче якорь падает на дно (а) и буксируется движущимся судном (b). При этом за счёт действия штока (адмиралтейский) или засчёт своей формы (якоря Холла, Грузона, Матросова) якорь поворачивается лапами к морскому дну, они зарываются в грунт и якорь «зацепляется» (с). При снятии с якоря сначала выбирают якорную цепь (d), которая постепенно принимает вертикальное положение и выдёргивает якорь из грунта (e) – в этот момент якорная цепь испытывает большую нагрузку. После этого происходит подъём якоря (f).
Требования к якорному устройству.
Требования содержатся в Правилах классификации и постройки морских судов РМРС (том 1, раздел III «Устройства, оборудование и снабжение», п.3 «Якорное устройство»). Некоторые общие требования:
1. Каждое судно должно иметь якорное снабжение, параметры которого (количество и масса становых якорей, масса стоп-анкера, длина и калибр якорных цепей) определяются по специальной таблице Правил в соответствии с характеристикой снабжения данного судна.
2. Характеристика снабжения для всех судов, кроме плавучих кранов и буксиров, определяется по формуле:
,
где - объёмное водоизмещение по летнюю грузовую ватерлинию, м3; В – ширина судна, м; h – высота от летней грузовой ватерлинии до верхней кромки настила палубы самой высокой рубки, м; А – площадь парусности в пределах длины судна, считая от летней грузовой ватерлинии, м2 (учитывается только площадь парусности корпуса, надстроек и рубок шириной более 0,25В).
Высота h определяется по формуле:
,
где a – расстояние от летней грузовой ватерлинии до верхней кромки настила верхней палубы у борта на миделе, м; hi – высота в ДП каждого яруса надстройки или рубки, имеющей ширину большую, чем 0,25В.
Контейнеры и другие подобные грузы, перевозимые на палубе, мачты, грузовые стрелы, такелаж, фальшборт и леерное ограждение при определении h и А могут не учитываться.
3. Если число становых якорей, определённое по характеристике снабжения, составляет 3, то третий якорь предполагается запасным.
4. Для снабжения судов допускаются якоря следующих типов: Холла, Грузона, адмиралтейские.
5. Якорные цепи должны комплектоваться из отдельных смычек, соединяемых межу собой соединительными звеньями 5 (рис. 3.3.4). В зависимости от положения различают смычки: якорную А (крепящуюся к якорю), промежуточные Б и коренную В (крепящуюся к устройству для отдачи цепи).
Рис. 3.3.4 Элементы якорной цепи:
А – якорная смычка, Б – промежуточная смычка, В – коренная смычка;
1 – концевая скоба; 2 – концевое звено; 3 – увеличенное звено;
4 – вертлюг; 5 – соединительное звено; 6 – общее звено.
Якорная смычка должна состоять из вертлюга 4, концевого звена 2 и минимального количества увеличенных 3 и общих звеньев, необходимых для оформления цепи в самостоятельную смычку. Якорная смычка соединяется со скобой якоря с помощью концевой скобы 1.
Промежуточные смычки должны иметь длину не менее 25 м и не более 27,5 м, и должны состоять из нечётного количества звеньев 6. Общая длина якорных цепей, приводимая в таблице снабжения, подразумевает под собой сумму длин именно промежуточных смычек (без учёта якорной и коренной). Если полученное общее число смычек нечётное, то на 1 смычку больше должна иметь цепь правого борта.
Коренная смычка должна состоять из специального концевого звена 2, крепящегося к устройству для отдачи цепи, вертлюга 4 и минимального количества увеличенных 3 и общих звеньев, необходимых для оформления цепи в самостоятельную смычку.
6. Цепи калибром менее 15 мм могут не разделяться на смычки и не иметь распорок в звеньях.
7. Требования к якорным механизмам содержатся в Правилах классификации и постройки морских судов РМРС (том 2, раздел IX «Механизмы», п.6.3 «Якорные механизмы»).