Классификация судовых рулей.

 

ПО КОНСТРУКЦИИ рули различаются на ПРОСТЫЕ (плоские) и ОБТЕКАЕМЫЕ (профилированные).

Обыкновенный ПЛОСКИЙ РУЛЬ имеет ось вращения у передней кромки руля. Перо руля, изготовленное из стального листа толщиной 20-30 мм, имеет ребра жесткости, которые идут попеременно с одной и другой стороны пера. Они отлиты или откованы заодно с утолщенной вертикальной кромкой руля – РУДЕРПИСОМ, имеющим ряд петель с надежно закрепленными в них штырями. 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.

 

Двухслойные ОБТЕКАЕМЫЕ РУЛИ имеют полое перо, образуемое двусторонней обшивкой, подкрепленной двумя вертикальными и несколькими горизонтальными диафрагмами. В диафрагмах выполняют отверстия, которые облегчают конструкцию и в то же время позволяют заполнить всю внутреннюю полость каким-либо легким пористым материалом, предотвращающим попадание воды внутрь руля. Верхнюю и нижнюю торцевые диафрагмы изготовляют сплошными; они служат для закрепления в них отливок, образующих верхний горизонтальный фланец и нижний штырь. Как у однослойных, так и у двухслойных рулей верхний фланец предназначен для соединения пера руля с БАЛЛЕРОМ, а нижний штырь – для крепления руля в пятке ахтерштевня.

 

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.

 

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.

 На картинке - ПОДВЕСНОЕ ПЕРО РУЛЯ сухогрузного судна река-море плавания «Нева-Лидер 8»

 

ПО ПОЛОЖЕНИЮ ОСИ ВРАЩЕНИЯ относительно пера руля различают рули:

а) НЕБАЛАНСИРНЫЕ;

б) БАЛАНСИРНЫЕ;

в) ПОЛУБАЛАНСИРНЫЕ (ВЕРХНЯЯ ЧАСТЬ НЕБАЛАНСИРНАЯ, НИЖНЯЯ ЧАСТЬ РУЛЯ - БАЛАНСИРНАЯ)

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 ДВИЖЕТИЛИ, АЗИПОДЫ. 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 представляет собой перо обтекаемого руля, на задней кромке которого установлена насадка с ГРЕБНЫМ ВИНТОМ, приводящимся в движение от ВАЛИКОВОЙ конической 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 узлов.

Активный руль может быть использован на судах любых размеров и любого назначения и в комбинации с любым видом двигателя. Особенно большую пользу он может принести на судах с одним гребным винтом. При плавании в открытом море активный руль улучшает управляемость судна и повышает его способность точно удерживаться на курсе в условиях бурного моря и сильного ветра и течения.

При плавании в гаванях и узкостях, а также при частых швартовках, особенно в открытом море, активный руль, позволяющий разворачивать судно на обратный курс в пределах его собственной длины.

Особенно широко активный руль может быть распространен на относительно небольших судах, которые по роду своей работы должны иметь очень маленькую циркуляцию и обладать способностью, располагая одной машиной, поворачиваться на одном месте. К таким судам относятся очень многие промысловые, буксирные и спасательные суда, а также суда специального назначения и т. д.

На крупных судах установка активного руля позволит не только уверенно плавать в любых условиях, но и обходиться в гаванях и других ограниченных пространствах без помощи буксирных судов. Очень удобен активный руль при швартовке в гаванях и, особенно, в условиях открытого моря.

Конструкция двигателя активного руля, устанавливаемого в пере руля, довольно проста. Двигатель не требует особой защиты от доступа воды. Вода служит смазкой его трущихся частей и охлаждает двигатель. Питание на двигатель активного руля подается от вспомогательного генератора или других судовых источников тока. Ток на двигатель активного руля подается при помощи гибких освинцованных водонепроницаемых бронированных кабелей, проходящих через специальную полость в голове и пере руля.

Двигатель активного руля может быть включен на непрерывную работу, что бывает нужно:

1) для увеличения скорости судна на курсе при плавании в сложных условиях;

2) при швартовке судна в гавани или в открытом море, когда требуется малая скорость и большая поворотливость;

3) при необходимости развернуться на месте в пределах длины своего судна без работы главного винта.

 

РУЛЬ БЕККЕРА.

Если конструкции гребных винтов развивались в последнее время достаточно активно, то конструкции рулей, казалось бы, претерпели меньше изменений.

Руль с закрылком, или руль Беккера – это рулевой механизм, который состоит из главного руля и подвижного закрылка. Подвижный закрылок поворачивается вместе с главным рулём для большего уклона руля. По сравнению с обычными судовыми рулями, рули с закрылком имеют более высокую эффективность управления и лучшие гидродинамические свойства. Данный вид рулей широко применяются по всему миру. Легкий и высокопроизводительный руль Беккера требует минимального количества топлива для максимальной скорости.

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. Обычно устанавливают две насадки, которые работают ОДНОВРЕМЕННО и поворачиваются в одном направлении, но в рулевом устройстве используется и вариант, когда каждая ПОВОРОТНАЯ НАСАДКА управляется отдельно, что еще повышает маневренность судна.

 

АЗИПОДЫ.

Само слово «АЗИПОД» (по-английски «Azipod»), это сокращение от нескольких иностранных слов AZ imuthing electric PO dded D rive, или азимутальный электрический конический привод. В русском техническом языке есть синоним - винто-рулевая колонка (ВРК), или азимутальная подруливаящая колонка (АПК).

Это просто один из разновидностей судового движителя.

Поскольку АЗИПОД имеет в своём определении слово «электрический», то это уже как бы намекает на то, что суда, на которые устанавливают азиподы, можно отнести к дизель-электроходам.

Дизель-электрическая схема привода движения судна имеет ряд преимуществ перед так называемой классической схемой – двигатель-вал-винт.

 

ПРИЕМУЩЕСТВА АЗИПОД:

- Сочетание в себе НЕСКОЛЬКИХ ФУНКЦИЙ ОДНОВРЕМЕННО. Она одновременно является двигателем, движителем и средством управляемости судна;

- ПОВЫШЕННАЯ МАНЕВРЕННОСТЬ в тяжелых ледовых условиях.

- ПРОЧНАЯ механическая КОНСТРУКЦИЯ И ПРОСТОТА.

- ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА на 15 %.

- ЭКОНОМИЯ ПРОСТРАНСТВА. Эта установка не только оптимально размещает весь винто­рулевой комплекс в подводной части судна, но и значительно упрощает ком­поновку машинного отделения обслуживающими системами и механизмами. Исходя из этого, удалось сократить размеры машинного отделения, стоимость постройки, а также упростить ряд технологических операций.

- ПЛАВНОЕ ИЗМЕНЕНИЕ СКОРОСТИ. Применение частотного преобразователя энергии позволяет плавно изменять скорость, а также обеспечивать контроль кру­тящего момента.

- НЕБОЛЬШОЙ ДИАМЕТР ВИНТА. Удалось уменьшить внешний диаметр гребного винта, сохранив все его гидродинамические характеристики.

- Работа всех устройств и механизмов имеет НИЗКУЮ ШУМНОСТЬ И ВИБРАЦИЮ.

- МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ. Усовершенствование конструкции электродвига­теля позволило значительно сократить потери мощности, а также эффективно применить систему охлаждения. Наиболее оптимальным стало использование воды в качестве охлаждающей среды.

- Требуется меньше места для размещения дизель-генераторов, ОТПАДАЕТ НЕОБХОДИМОСТЬ В УКЛАДКЕ ДЛИННОГО ГРЕБНОГО ВАЛА.

- СИСТЕМА КОНТРОЛЯ. Она позволяет постоянно контролировать скорость двига­теля, держа угол атаки винта в заданном режиме работы, и не превышать пре­дельно допустимых значений.

 

НЕДОСТАТКИ АЗИПОД:

- Потери при двойном превращении энергии, сначала из механической в электрическую, а потом снова в механическую.

- Основными недостатками комплекса AZIPOD являются ВЫСОКАЯ СТОИМОСТЬ УСТАНОВКИ И ТРУДНОСТЬ РЕМОНТА В РЕЙСЕ.

 

ПОДРУЛИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО.

Подруливающее устройство предназначено для активного управления судном; рабочий орган подруливающего устройства - винт в сквозном канале.

Управляемость судна, т. е. способность следовать по заданной траектории или изменять направление движения по воле судоводителя, является одним из важных мореходных качеств, определяющих не только эксплуатационные возможности судна, но и в значительной мере безопасность плавания.

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.

Подруливающие устройства предназначены для управления судном на предельно малых скоростях хода и без хода. Они могут создавать боковую силу при любой, сколь угодно малой скорости судна.

 

КРЫЛЬЧАТЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ.

Представляет собою конструктивное устройство, состоящее из горизонтально вращающегося цилиндра с вертикально расположенными на нем 6-8 лопастями мечевидной, обтекаемой формы, поворачивающимися вокруг своих осей маятниковым рычагом, управляемым из рулевой рубки.

При вращении диска на лопастях, как на крыле, возникает подъемная сила, составляющая которой создает УПОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ. При повороте лопастей изменяется величина упора и его направление, что дает возможность варьировать направление движения судна без помощи руля (НА СУДНЕ С ЭТИМ ДВИЖИТЕЛЕМ РУЛЬ НЕ УСТАНАВЛИВАЕТСЯ), а также величину упора движителя от «ПОЛНОГО ВПЕРЕД» до «ПОЛНОГО НАЗАД» или останавливать судно, не изменяя скорости и направления вращения (без реверса) главной силовой установки.

 

КПД (коэффициент полезного действия) КРЫЛЬЧАТОГО ДВИЖИТЕЛЯ почти равен КПД ГРЕБНОГО ВИНТА, но КРЫЛЬЧАТЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ ЗНАЧИТЕЛЬНО СЛОЖНЕЕ по конструкции. Выступающие лопасти часто ломаются. Однако в последнее время этот движитель находит все более широкое применение, обеспечивая судам хорошую маневренность.

Они устанавливаются, как правило, на судах ПОРТОФЛОТА (подразделение порта, которое осуществляет постановку, швартовку и отвод грузовых судов от причалов), повышают их маневренность, так как появляется возможность перемещаться не только вперед и назад, но и лагом (бортами). Эти движители нашли широкое применение на буксирах (толкачах), плавучих кранах, паромах, судах-снабженцах и других, которые работают в сложных стесненных условиях акватории порта.

 

ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ.

Относится к серии ВОДОПРОТОЧНЫХ движителей. Современные водометные движители делают трех типов: С ВЫБРОСОМ ВОДЯНОЙ СТРУИ В ВОДУ, В АТМОСФЕРУ и с ПОЛУПОДВОДНЫМ выбросом.

Гребной винт работает как насос, засасывающий воду в канал через трубу, проходящую в днище корпуса впереди винта. Для защиты от попадания на винт посторонних предметов в начале канала укрепляется защитная решетка.

КПД (коэффициент полезного действия) такого движителя составляет только 35-45%, ЧТО ОЧЕНЬ МАЛО, но отсутствие всяких выступающих частей в подводной части судна обеспечивает ему БОЛЬШУЮ ПРОХОДИМОСТЬ НА МЕЛКОВОДЬЕ, в узкостях и на засоренных фарватерах. Для судна с таким движителем не являются препятствием даже плавающие предметы, через которые оно свободно переходит.

Перечисленные преимущества водометного движителя сделали его применение особенно удобным на речных судах, в первую очередь на лесосплаве.

В последние годы водометные движители стали применяться и на быстроходных судах, таких, как суда на подводных крыльях, развивающие скорость хода до 95 км/час.

Использование современных газотурбинных установок позволяет успешно применить водометные движители на крупных морских судах, где по расчетам КПД ВОДОМЕТНОГО ДВИЖИТЕЛЯ может достичь около 83%, что на 11% выше КПД ГРЕБНОГО ВИНТА, запроектированного для того же судна.

К недостаткам судов с этим движителем следует отнести потери судном грузоподъемности на величину веса прокачиваемой воды и потери объема внутренних помещений, занимаемого каналом.