Имени адмирала Ф. Ф. Ушакова»

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ АДМИРАЛА Ф.Ф. УШАКОВА»

Крымский филиал

 

Кафедра Судовождения

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Технические средства судовождения»

«Исследование работы и эксплуатационных характеристик дистанционных магнитных компасов»

Вариант № 2

Исполнитель:
Руководитель:	Боков Г. В.
Дата получения задания:
Дата окончания работы:
Дата защиты:
Оценка:

 

Севастополь

 2020

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 3

1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСТАНЦИОННОГО МАГНИТНОГО КОМПАСА. 4

1.1. Назначение и виды дистанционных магнитных компасов. 4

1.2. Технические данные ДМК. 11

1.3. Следящая система компаса. 15

2. ПОДГОТОВКА МАГНИТНОГО КОМПАСА К РЕЙСУ.. 18

2.1. Проверка котелка магнитного компаса и пеленгатора. 18

2.2. Анализ кривой девиации магнитного компаса. 22

2.3. Анализ работы следящей системы. 24

3.РАБОТЫ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ В РЕЙСЕ В СЛУЧАЕ ОТКАЗА ГИРОКОМПАСА 26

3.1. Оценка необходимой точности положения судна при пеленговании. 26

3.2. Измерение девиации МК. 27

3.3. Оценка девиации компаса в открытом море. 29

3.4. Составление таблицы остаточной девиации. 30

3.5. Анализ ситуаций, наблюдаемых во время плавания. 39

4. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ МК.. 40

4.1. Состав профилактических работ. 40

4.2. Разработка схем. 41

Заключение. 41

Список литературы.. 42

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Магнитный компас занимает особое место среди современных технических средств судовождения. Этот древний прибор, переживший не одно тысячелетие, до сих пор несет свою службу на всех флотах мира. Объясняется это тем, что магнитный компас обладает достоинствами, свойственными очень немногим навигационным приборам. Он прост в обращении, недорог, действует автономно и, что самое главное, надежно.

Безотказность действия любого прибора является очень ценным его качеством, но особенно это важно для курсоуказателя.

Пока судно в море, курсоуказатель не должен выходить из строя ни на одну минуту, иначе судно теряет ориентировку и лишается возможности продолжать путь. По существующим правилам ни одно самоходное судно, какими бы новейшими техническими средствами оно ни было оборудовано, не может быть выпущено в море, если на судне отсутствует магнитный компас.

В последнее время появилась возможность применения магнитного компаса в комплексных системах курсоуказания, основанных на фильтрации помех, возникающих в магнитных и гироскопических датчиках, действующих совместно. Это новый шаг в применении магнитного компаса, свойственный новому времени—веку автоматизации. Изучение магнитного компаса как прибора, овладение правилами технической его эксплуатации на судне являются неотъемлемой частью подготовки инженера-судоводителя. Каждый судоводитель должен уметь определить девиацию магнитного компаса и, если она велика, уметь уничтожить ее.

 

Цель курсового проекта: исследование работы и эксплуатационных характеристик дистанционного магнитного компаса, закрепление теоретических и практических знаний по дисциплине «Технические средства судовождения».

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСТАНЦИОННОГО МАГНИТНОГО КОМПАСА.

Электромеханическая система, дистанционной передачи информации.

Электромеханическая система дистанционной передачи информации, как правило, создается на базе индукционного датчика (ИД) ориентации картушки МК. Этот датчик содержит два или три магнитных зонда (часто их называют феррозодами), каждый из которых позволяет определить значение составляющей напряженности измеряемого магнитного поля вдоль своей оси. Совместное использование сигналов этих зондов дает возможность определить направление вектора напряженности магнитного поля, создаваемого картушкой компаса, относительно диаметральной плоскости судна

Современные ДМК.

Магнитный компас КМ145 предназначен для измерения, отображения и трансляции текущего магнитного и определения значения истинного курса, а также определения магнитных пеленгов и курсовых углов. Компас КМ145 обеспечивает трансляцию с помощью дистанционной оптической или закодированной электронной передачи магнитного курса на пост рулевого. Компас КМ145 соответствует международным стандартам, имеет сертификаты Морского и Речного регистров и свидетельство Министерства транспорта РФ.

Из современных российских магнитных компасов только КМ145 имеют полный набор компенсаторов девиации, включая компенсаторы широтной девиации, что делает его идеальным для судов неограниченного плавания. Имеются комплектации с оптической передачей на базе оптоволоконной или геометрической оптики, что позволяет отказаться от путевого компаса.

Компас имеет несколько вариантов исполнения:

КМ145-1:	Наиболее простая комплектация семейства КМ145. Не имеет устройств дистанционной передачи.
КМ145-С1:	Оптическая передача показаний курса телескопического типа
КМ145-2:	Компенсатор электромагнитной девиации с питанием от прибора 3. Может поставляться с приемкой заказчика.
КМ145-3:	Электрическая дистанционная передача показаний курса на основе сельсин-приводов. Выдача информации в коде NMEA (по спец. заказу).
КМ145-4:	Электрическая дистанционная передача показаний курса на основе сельсин-приводов. Выдача информации в коде NMEA (по спец. заказу). Компенсатор электромагнитной девиации с питанием от прибора 3. Может поставляться с приемкой заказчика.
КМ145-5:	Дистанционная оптическая передача на базе оптоволоконной оптики с передачей изображения картушки на оптический репитер (прибор 54). Длина световода 1400 мм или 2800 мм. Большая длина возможна по отдельному заказу.
КМ145-6:	Отличается от КМ145-5 наличием дополнительного компенсатора электромагнитной девиации с питанием от прибора 3. Может поставляться с приемкой заказчика.
КМ145-7:	Электрическая дистанционная передача показаний курса на основе сельсин-приводов. Дистанционная оптическая передача на базе оптоволоконной оптики.
КМ145-7И:	Дополнительно к КМ145-7 оснащается интерфейсом NMEA (IEC 1162-1).
КМ145-8:	Отличается от КМ145-7 наличием дополнительного компенсатора электромагнитной девиации с питанием от прибора 3. Может поставляться с приемкой заказчика.

 

Технические данные ДМК.

Рассмотрим вариант  исполнения КМ145-С1 с оптической передачей показаний курса телескопического типа.

Ниже приведены приборы, входящие в состав комплекта компаса КМ145, и места их установки (рис.1.4)

Основной прибор (прибор 52) служит для определения курса судна и выработки сигнала дистанционной передачи. Он состоит из датчика курса и компенсаторов девиации (рис.1.5). Его устанавливают на верхнем мостике судна.

Центральный прибор (прибор 50) усиливает и преобразует сигнал дистанционной передачи, поступающей от датчика курса. Его устанавливают в ходовой рубке.

Регулировочное устройство (прибор 3) предназначено для регулировки силы тока в обмотках компенсатора электромагнитной девиации. Его устанавливают в ходовой рубке.

Приборы питания (прибор ЗА, прибор ЗБ) вырабатывают напряжения, необходимые для питания электрической схемы компаса. Их устанавливают в ходовой рубке.

Оптический репитер (прибор 54) служит для дублирования показаний датчика курса на оптическом экране, установленном в ходовой рубке. Считывать курс судна на экране оптического репитера можно одновременно нескольким лицам.

Прибор 52 представляет собой нактоуз 7, сверху закрываемый кол­паком5 с вентиляцион-ным грибком 10. В верхней части 14 нактоуза рас­положены: курса 12, компен­сатор электромагнитной девиации 13 и осветитель 9. При пеленгова­нии винты 8 отворачивают, фиксатор 11 оттягивают и осветитель 9 с кронштейном сдвигают в сторо­ну на угол 10°. В средней части нактоуза расположены: девиационный прибор 15 для компенсации полукруговой и креновой девиации, а также до­полнительные вертикальные креновые магниты 18. Вдоль всего на­ктоуза проходит вертикальная труба 16 оптической передачи, в ко­торой находится объектив 19. В нижнем отверстии трубы закреплен входной торец свето-провода. Патрон с силикагелем 20 поглощает влагу и предотвращает запотевание объектива и светопровода.В нактоузе есть окно, закрытое крышкой 17. В девиационном приборе находятся три пары поворотных магнитов, складывающих­ся в виде ножниц: продольные для компенсации силы ВλН, попе­речные для компенсации силы СλН и вертикальные — для компен­сации вертикальной силы Z, создающей креповую девиацию. Ручки управления (В, С и Z), с помощью которых осуществляют раздвиж­ку магнитов, выведены в сторону окна. На рисунке они отмечены по­зицией 6.Снаружи нактоуза, в его верхней части, закреплены безындук­ционные компенсаторы четвертной девиации 4. Они представляют собой набор пластин из мягкого железа, расположенных в пеналах. Кронштейн с компенсаторами 4 может быть развернут вокруг вертикальной оси в пределах ±15°. Угол поворота фиксируют по шкале 3.На нактоузе закреплен широтный компенсатор (флиндерсбар), состоящий из двух верти­кальных стержней 2. По­тенциометр 1, располо­женный на корпусе прибо­ра, служит для регулиров­ки освещенности чувстви­тельного элемента.

 

 

Рис. 1.4. Состав комплекта компаса КМ-145

Главным узлом основ­ного прибора (прибор 52) является датчик курса, изображенный на рис 1.6. Этот датчик представляет собой герметичный корпус 11, запол­ненный жидкостью и закрытый сверху и снизу стеклами 9 и 2. Груз 12 позволяет сохранить отвесное положение корпуса датчика при качке. На грузе закреплен индукционный (феррозондовый) датчик 1, вырабатывающий электрический сигнал для дистанционной пе­редачи курса на репитеры. На верхнем стекле 9 расположен узел подсветки 7, предназначенный для освещения картушки при пелен­говании в ночное время. Внутри корпуса есть круговой экран 5, за которым расположен эластичный (воздушный) компенсатор 4, обеспечивающий компен­сацию изменения объема компасной жидкости при изменении тем­пературы. В нижней части корпуса закреплена опора с подпятником 10, на которую опирается шпилька 8 магнитного чувствительного элемента (МЧЭ) 6. Основу МЧЭ составляет магнитная система, которая состоит из шести горизонтальных постоянных магнитов (стрелок) 3. Они за­креплены в нижней части поплавка, частично компенсирующего вес МЧЭ в компасной жидкости.

 

Рис. 1.5. Прибор 52

Рис. 1.6. Датчик курса магнитного компаса КМ-145

Таблица 1.1.

Следящая система компаса.

Дистанционная электрическая передача магнитного компаса КМ-145 обеспечивает подключение репитеров гирокомпасного типа. На оптическом репитере изображается сектор картушки, равный 30^е.

Электрическая схема компаса рассчитана на подключение ее к су­довой сети напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Компенсаторы элект­ромагнитной девиации подсоединяют к специальной линии постоянно­го тока напряжением 220 В. Имеется аварийный режим питания по­стоянным током (напряжением 27 В), при этом обеспечиваются только подсветка картушки датчика курса и работа оптического репитера.

Рис. 1.7. Функциональная схема следящей системы ДМК

 

Датчик курса магнитного компаса КМ-145 заполнен жидкостью ПМС-5, которая обеспечивает нормальную работу прибора при темпе­ратуре (—55)—(+65) °С.

Функциональная схема магнитного компаса КМ-145. Основным элементом компаса является картушка — магнитный чувствительный элемент (МЧЭ), обеспечивающий непосредственное и дистанционное курсоуказание. Магнитный чувствительный элемент представляет собой систему магнитов, закрепленных на поплавке. Реакция поддерживаю­щей жидкости уравновешивает действие веса картушки, что создает эффект невесомости и снижает трение в опоре. Круговая шкала кар­тушки дает возможность считывать курс судна непосредственно.

Осветительное устройство 8 (рис. 1.7, а) с конденсорными линзами 7 позволяет осуществлять дистанционную оптическую передачу изображения картушки на матовое стекло / прибора 54, установленного в ходовой рубке. Световые лучи, пройдя по трубе 6, фокусируются объ­ективом 5 на торцовой части гибкого волоконного светопровода 4, прони­кают через второй объектив 3, отражаются в зеркале 2 и дают изобра­жение на матовом стекле.

Датчиком дистанционной электрической передачи курса является индукционный чувствительный элемент В1 (рис. 1.7, б), состоящий из двух ортогонально расположенных феррозондов. Датчик В1 закреп­лен в нижней части котелка (вмонтирован в груз, под действием кото­рого котелок занимает отвесное положение).

Феррозонд имеет два пермаллоевых сердечника и две обмотки. Од­на обмотка подключена к источнику переменного тока напряжением 4 В, частотой 400 Гц и служит для подмагничивания сердечников. Она намотана на каждый сердечник в отдельности и образует встречно-по­следовательную цепь. Другая обмотка, охватывающая оба сердечника, является сигнальной. В ней возникает сигнальное напряжение удвоен­ной частоты (800 Гц), амплитуда которого определяется углом ориента­ции стержней феррозонда относительно вектора индукции магнитного поля, создаваемого картушкой в пространстве, где находится феррозонд, т. е. сигнал зависит от курса судна К.

Датчик В1, имеющий два феррозонда, выдает два сигнала: U₁ и U₂, причем один пропорционален синусу курса судна, а другой — косинусу. Сигналы U₁ и U₂ подаются на статорные обмотки вращающего­ся трансформатора В2, где они суммируются. Результирующий сиг­нал U_c с выходной обмотки вращающегося трансформатора В2 посту­пает на предварительный усилитель А1. Помимо усиления, сигнал U_c здесь преобразуется в напряжение частотой 400 Гц, а затем в блоке А2 происходит окончательное усиление сигнала (по мощности).

С выхода усилителя А 2 напряжение (У_вых) подается на управляю­щую обмотку исполнительного двигателя M1 (к основной обмотке этого двигателя подводится питающий ток частотой 400 Гц, напряжением 40 В от прибора ЗБ). Вращение двигателя M1 через редуктор передает­ся на ротор трансформатора В2. Отработка следящей системы продол­жается до тех пор, пока сигнал U_c не станет равен нулю.

В этом заключается компенсационный метод измерения угла ориен­тации феррозондового датчика В1 относительно вектора индукции маг­нитного поля, в котором находится картушка компаса, т.е. определение и дистанционная передача курса судна. Любое изменение курса вы­зывает появление сигнала U_c, который после усиления вызывает враще­ние двигателя M1 и отработку ротора В2 на угол, пропорциональный изменению курса судна.

Одновременно с ротором трансформатора В2 поворачивается ротор сельсина-датчика ВЗ, который передает это вращение на сель­сины-приемники репитерной системы.

В приборе 50 предусмотрен ручной ввод общей поправки магнит­ного компаса А — d + 6 с учетом склонения d и девиации. Значе­ние общей поправки (для данного курса) вводится через дифференциал Е1, после этого на репитерах компаса устанавливается отсчет истин­ного курса. В тех случаях, когда поправка не вводится, ее следует учи­тывать обычным образом, складывая алгебраически ее значение с от­счетом курса (пеленга), снятого с репитера.

Для исключения инструментальной ошибки, обусловленной неточ­ной работой феррозондов, в схеме предусмотрен индукционный кор­ректор A3, который по заранее составленной программе формирует до­полнительное напряжение, подаваемое на вход усилителя А2. Программа корректора реализуется от механизма следящей систе­мы при отработке двигателя M1.

Автоколебания в репитерной системе гасятся посредством введения сигнала ~U_0c обратной связи. Этот сигнал создается генератором G1 только при вращении двигателя M1. Потенциометром R3 выполняется регулировка сигнала обратной связи, уровень которого должен быть достаточным для обеспечения нормальной колебательности шкалы ре­питера. Установку регулятора R3 выполняют в порту.

 

 

ПОДГОТОВКА МАГНИТНОГО КОМПАСА К РЕЙСУ

Измерение девиации МК.

Определение девиации по пеленгам одного створа или отдаленного предмета. Для оценки ве­личины девиации магнитного компаса определяют ее значе­ние на 8-ми главных и четвертных компасных курсах судна. Для этого на этих курсах пеленгу­ют один и тот же не­подвижный ориен­тир. В результате по­лучают 8 значений компасного пеленга (КП) или обратного компасного пеленга (ОКП). Под компасным пеленгом понимают угол между направлением на север, пока­зываемым МК и направлением на пеленгуемый ориентир.

Под обратным компасным пеленгом понимают угол между направ­лением на север по компасу и направлением с ориентира на судно.

Значения КП или ОКП усредняют, в результате чего исключаются полукруговая и четвертная девиации МК. Учитывая, что круговая девиа­ция, как правило, невелика, можно считать что осредненное значение КП или ОКП соответствует магнитному пеленгу (МП) или обратному магнит­ному пеленгу (ОМП). Под МП или ОМП понимают указанные выше углы,  измеренные относительно направления магнитного меридиана. Разница между значением ОМП (МП) и ОКП (КП) на данном курсе и есть девиация МК, т.е. ее вычисляют по фор­муле d = ОМП – ОКП.

Измерение девиации были произведены путем пеленгования удаленного ориентира. Для учебного анализа были взяты данные из лабораторной работы студента очного отделения. Наблюдаемые вели­чины представлены в таблице 3.1, по ним вычисляют девиацию по формуле, приведенной выше.

Таблица 3.1.

 

КК	ОКП	ОМП		ОКП	ОМП	
0	203	226,3	23,3	229	228,1	-0,9
45	194	226,3	32,3	244	228,1	-10,9
90	193	226,3	33,3	240	228,1	-9,9
135	215	226,3	11,3	229	228,1	-0,9
180	248	226,3	-21,7	227	228,1	1,1
225	274	226,3	-40,1	228	228,1	0,1
270	261	226,3	-34,7	216	228,1	12,1
315	222	226,3	4,3	212	228,1	10,1

 

 

Из графика видно, что девиация уменьшилась, изменив свой полукруговой характер на четвертной. Для устранения которого необходимо воспользоваться брусками круглого сечения, установленными продольно в верхней части нактоуза компаса.

 

Изложенный способ определе­ния девиации прост. Для его вы­полнения требуется сравнительно немного времени К недостаткам способа нужно отнести то, что на­блюдатель не имеет возможности повторять наблюдения и контролировать правильность взятых им компасных пеленгов. Следовательно, все ошибки пеленгования це­ликом войдут в наблюдаемую девиацию.

Случайная ошибка в определении девиации может возникнуть и вследствие отклонения судна от заданного курса. Но так как оста­точная девиация компаса, т.е. девиация, наблюдаемая после уничто­жения, не превосходит нескольких градусов и при перемене курса ее величина изменяется медленно, то эта ошибка не имеет практичес­кого значения.

Точность определения девиации зависит также от достоверности величин истинного пеленга и магнитного склонения.

Если в районе, где определяют девиацию, нет нанесенных на карту створов, то необходимо определить магнитный пеленг створа каких-либо приметных возвышенностей, мысов, зданий и т. п. С этой целью следует взять компасные пеленги естественного створа на восьми глав­ных и четвертных компасных курсах, а затем вычислить среднее ариф­метическое из наблюденных КП. Эта величина будет приближенно равна магнитному пеленгу створа. Действительно, значения компас­ных пеленгов для восьми указанных курсов можно представить в сле­дующем виде:

КПN = МП – dN; КПNЕ = МП – dNЕ; …; КПNW = МП – dNW

При вычислении среднего значения КП величины dN, dNЕ, dЕ,..., dNW сократятся, так как каждая из них является суммой перио­дических функций — полукруговой и четвертной девиаций, имею­щих соответственно на обратных и взаимно перпендикулярных курсах разные знаки при одинаковых абсолютных значениях. Поэтому

Полученное равенство является приближенным, так как кроме полукруговой и четвертной девиаций, в выражения dN, dNЕ... вхо­дит постоянная девиация А. Поэтому

III