Классификация судов по типу движителя

Классификация судов по типу движителя

Судовой движитель– устройство для преобразования механической энергии двигателя или другого источника энергии в работу по перемещению транспортной машины (в данном случае – судна).

На судах используют следующие типы судовых движителей:

1. гребной винт, выполненный по поверхности винта Архимеда (он может иметь 2÷9 лопастей от широкой до узкой формы, симметричные в виде лепестка и изогнутые в виде сабли); гребные винты выполняются фиксированного и регулируемого шага, а их количество может быть от одного до трёх (см. рис. 7.1,а,б);

2. Гребной винт в насадке (рис. 7.1,в) – позволяет повысить пропульсивный КПД винта, при этом насадка заменяет руль;

3. соосные противоположно вращающиеся гребные винты (рис. 7.1, г), позволяющие увеличить эффективность судового движителя (имеют сравнительно сложную конструкцию валопровода и главной передачи);

Рис. 7.1. Судовой движитель: а – гребной винт с неподвижными лопастями (винт фиксированного шага); b – винт регулируемого шага; с – гребной винт в насадке; d – соосные гребные винты

4. винторулевая колонка (см. рис. 7.2), позволяющая исключить руль (она может подниматься для уменьшения осадки судна и опускаться, уменьшая возможность кавитации гребного винта);

Рис. 7.2. Угловая поворотная откидная винторулевая колонка (крыло может быть необязательным)

5. крыльчатый движитель (насадка с поворотными лопастями – для изменения скорости и для реверса) – обычно на речных судах и судах типа река–море (см. рис. 7.3);

Рис. 7.3. Крыльчатый движитель: а – принцип действия; b – движитель Фойта–Шнейдера (вид сбоку); с – движитель Фойта Шнейдера (вид сверху); d – буксир с движителем Фойта–Шнейдера в носовой части судна; е – буксир с движителем Фойта–Шнейдера в кормовой части судна:

1 – Стоп; 2 – Передний ход; 3 – Задний ход; 4 – Поворот на левый борт; 5 – Поворот на левый борт (на заднем ходу); 6 – Поворот на правый борт; 7 – управляющий механизм; 8 – привод; 9 – лопасти; 10 – распределительные рычаги и тяги

6. водомётный движитель (см. рис. 7.4)– для небольших пассажирских и специальных судов (его основное преимущество заключается в закрытости рабочего колеса водомёта от различного рода повреждений);

Рис. 7.4. Водомётный движитель:

1 – движение вперёд (струя воды отбрасывается назад); 2 – движение назад (струя воды отбрасывается вперёд с помощью заслонки)

7. воздушные винты фиксированного и изменяемого шага (см. рис. 7.5) – для СПК, СВП и экранопланов;

Рис. 7.5. Воздушный винт изменяемого шага

активные рули (АР) имеют установленные на них вспомогательные винты, расположенные обычно на задней кромке пера руля (см. рис. 7.6); АР перекладывается с борта на борт на углы до 70÷90° и используется на малых скоростях до 5 уз (при больших скоростях винт АР отключается, и перекладка руля осуществляется в обычных пределах – до 35° на каждый борт).

Рис. 7.6. Активный руль

8. Электродвижущаяся система Azipod (Azimuth Pod – азимутальная гондола), которая включает в себя дизель–гене-ратор, электромотор и винт (рис. 7.7), уменьшая количество механических передач и достигая максимального пропульсивного коэффициента; имеет угол разворота до 360°, что повышает управляемость судна (при этом уменьшается расход топлива на 10÷20 % и вибрация корпуса судна);

9. CRP (contra–rotating propeller) технология – винты располагаются друг против друга и имеют противоположное направление вращения, чем достигается наибольший двигательный эффект (см. рис. 7.8), и которая используется для обеспечения большой скорости доставки груза или пассажиров.

Рис. 7.7. Система Azipod

Рис. 7.8. Contra–rotating propeller (CRP)

10. Раздельные поворотные насадки (РПН) – это стальные кольца, профиль которых представляет элемент крыла (площадь входного отверстия насадки больше площади выходного), агребной винт располагается в наиболее узком её сечении, что повышает его КПД (см. рис. 7.9);РПН поворачивается до 40° на каждый борт, что имеет большую эффективность, чем обычный руль (РПН устанавливаются на двухвинтовых судах и имеют конструкцию привода, позволяющую выполнять раздельную их перекладку, обеспечивая высокие манёвренные характеристики);

Рис. 7.9. Раздельные поворотные насадки

11. гребное колесо – как правило для речных судов на реках с малыми глубинами;

12. подруливающие устройства являются эффективным средством управления носовой (иногда и кормовой) оконечностью судна (см. рис. 7.10);они создают силу тяги в направлении, перпендикулярном диаметральной плоскости судна независимо от работы главных движителей и рулевого устройства;

13. турбореактивный двигатель (см. рис. 7.11) –в котором сжатиерабочего телана входе в камеру сгорания и высокое значение расхода воздуха через двигатель достигается за счёт совместного действия встречного потока воздуха икомпрессора, размещённого в тракте двигателя сразу после входного устройства, перед камерой сгорания. Используется на СПК, СВП и экранопланах.

14. Турбовинтовой двигатель (см. рис. 7.12) –в котором основная часть энергии горячих газов используется для приводавоздушного винтачерез понижающий частоту вращенияредуктор, и лишь небольшая часть энергии составляет выхлоп реактивной тяги. Используется на СПК, СВП и экранопланах.

Рис. 7.10. Подруливающие устройства

Рис. 7.11. Турбореактивный двигатель

15. паруса, расположенные на мачтах (носовая – фок, средняя – грот, кормовая – бизань), использующие кинетическую энергию ветра;

16. вёсла, использующие движущую энергию человека или двигателя.

Рис. 7.12. Турбовинтовой двигатель

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.007 сек.)

Типы рулей

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.

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.

Общие сведения о судовых движителях

Для обеспечения движения судна необходимо приложить к его корпусу движущую силу — силу тяги, равную по величине и противоположную по направлению силе сопротивления среды (воды и воздуха). Такая постоянно действующая на судно сила может быть создана при помощи различных продолжительно работающих источников энергии: мускулов человека, ветра и разного рода двигателей. Для преобразования энергии двигателей в энергию поступательного движения судна используют специальные механизмы, называемые движителями. Таким образом, основным назначением судовых движителей является создание и поддержание требуемой величины тяги Р_е. При равномерном прямолинейном движении судна суммарная сила тяги его движителей соответствует сопротивлению движения R и направлена в противоположную сторону: Р_е = R.

Подводимая к движителям мощность — суммарная валовая мощность N_р должна быть больше полезной (буксировочной) мощности N_б = R·v из-за неизбежных потерь при работе комплекса движитель – корпус. Степень совершенства движителя, работающего в сочетании с корпусом, оценивается величиной пропульсивногокоэффициента движителя: η_д = N_р / N_б. Чем больше пропульсивный коэффициент движителя, тем он совершеннее. Движители судов должны обладать высокой надежностью, обеспечивать судну высокие пропульсивные качества, работать с минимальным уровнем шума и быть простыми в эксплуатации. Эти требования могут быть реализованы только на судостроительных производствах с высоким уровнем конструкторско-технологической базы. Без преувеличения можно считать судовой движитель одним из самых сложных и дорогостоящим механизмом на судне.

По принципу действия современные судовые движители являются гидрореактивными. Они создают силу тяги за счет реактивного воздействия массы воды, захватываемой движителями и отбрасываемой в направлении, противоположном направлению движения судна. Их отличают только по методу сообщения отбрасываемой жидкости кинетической энергии. Различают лопастные и водопроточные движители. К числу лопастных движителей относятся гребные винты и крыльчатые движители, а к числу водопроточных — водометы.

Рисунок 5.1 − Гребной винт:

а) − фиксированного шага; б) − регулируемого шага

Самым распространенным судовым движителем является гребной винт. Это объясняется простотой конструкции гребного винта, малым весом, надежностью и высоким КПД. Пропульсивный коэффициент современных гребных винтов составляет 60 65%, в отдельных случаях превышая 75%. На морских судах устанавливают гребные винты диаметром от нескольких дециметров до 11 и более метров; мощность, потребляемая гребным винтом, доходит до 70 000 кВт. Гребные винты располагаются обычно в корме и только у некоторых специальных типов судов (ледоколов и паромов челночного типа) — в носу.

Гребной винт представляет собой конструкцию в виде ступицы с размещенными на ней лопастями, которые расположены радиально на равных угловых расстояниях друг от друга. Различают винты фиксированного шага (ВФШ) и винты регулируемого шага (ВРШ).

ВФШ (рис. 5.1, а) изготавливаются цельнолитыми и со съемными лопастями. ВРШ (рис. 5.1, б) внутри полой ступицы имеют механизм, изменяющий разворот лопастей. Благодаря ряду преимуществ, винты регулируемого шага нашли самое широкое применение на промысловых судах различных назначений. Для повышения эффективности работы гребных винтов используют специальные направляющие устройства (рис. 5.2).

Рисунок 5.2 − Гребной винт в Рисунок 5.3 − Крыльчатый движитель:

направляющей насадке 1 − привод; 2 − передаточный

механизм; 3 – корпус; 4− лопасти;

Крыльчатый движитель (рис. 5.3) представляет собой диск, установленный заподлицо с плоской частью подзора кормы. В воде находятся только рабочие детали движителя — крылообразные вертикальные лопасти, число которых составляет 4 8. Если к хордам профилей крыльев провести нормали, то они все пересекутся в единой точке N, расположенной эксцентрично относительно центра диска и называемой центром управления. При вращении диска лопасти устанавливаются в определенное положение относительно потока, совершая по отношению к диску колебательные движения вокруг вертикальной оси. Закон этого колебательного движения выбирается таким, чтобы каждая лопасть за время полного оборота диска создавала силу, направленную всегда в сторону движения судна. Оси всех лопастей совершают движение по циклоиде, и каждая лопасть обтекается циклоидальным (криволинейным) потоком. Это достигается перемещением центра управления лопастями N вдоль диаметра движителя. Меняя положение точки N, можно создавать силы различной величины.

Перемещением центра управления в стороны от основного диаметра при неизменном направлении вращения можно получить любые направления силы упора движителя. Таким образом, без реверсирования движителя можно изменить направление движения судна на обратное, а также объединить в одном устройстве функции движителя и рулевого органа. Изменение положения центра управления N относительно центра диска О обычно осуществляется дистанционно с мостика.

Рисунок 5.4 − Схема сил при движении судна

с крыльчатым движителем:

а − передний ход; б − поворот налево; в − поворот направо;

г − движение лагом при двух крыльчатых движителях;

N − центр управления; О − центр движителя

На рис. 5.4 приведены схемы сил, развиваемых на крыльчатом движители при изменении эксцентриситета и обеспечивающих движение судна прямо и повороты налево и направо (рис. 5.4, а − в).

При установке на судно двух крыльчатых движителей, оно получает возможность двигаться лагом (рис. 5.4, г). Благодаря этому

свойству крыльчатые движители устанавливают на портовых буксирах, паромах, плавучих кранах и других судах, для которых характерны высокие маневренные качества. Недостатком крыльчатого движителя является сложность его конструкции при невысоком пропульсивном коэффициенте.

Водометный движитель представляет собой установку, которая расположена внутри корпуса судна, состоящую из водопроточной трубы (канала) и мощного насоса. Насос засасывает воду через приемное отверстие в днищевой части корпуса и выбрасывает ее с повышенной скоростью через напорный канал. Реакция выбрасываемой струи и является той силой, которая движет судно в сторону, противоположную направлению выброса струи. Напорный канал водомета, расположенный в кормовой оконечности судна, обычно снабжается на конце поворотными насадками, реверсивными рулями или иными устройствами для управления судном путем изменения направления струи воды.

В качестве рабочего органа водометной установки вместо насоса может использоваться размещенный в канале водомета гребной винт с направляющим аппаратом (контрпропеллером). Такой водометный движитель может быть как одноступенчатым, так и многоступенчатым, т.е. состоять из одного или нескольких гребных винтов специальной конструкции с направляющими устройствами между ними. На рис. 5.5 показана схема двухступенчатого водомета.

Рисунок 5.5 − Схема двухступенчатого водометного движителя:

1, 2 − первая и вторая ступени (а − винт; б − контрпропеллер);

3 − сопло, обеспечивающее поджатие струи; 4 − водозаборник;

5 − водометная труба

Положительными качествами водометных движителей являются: способность эффективно работать при малых осадках судна; хорошая защищенность от повреждений при движении судна по засоренному фарватеру; лучшие кавитационные и эрозионные качества, меньшие вибрация и шумность по сравнению с обычным гребным винтом; возможность использования без дополнительных передач мощных высокооборотных двигателей.

К недостаткам водометных движителей по сравнению с гребными винтами относятся их более сложная конструкция и несколько меньший КПД.

Что такое крыльчатый двигатель

Буксирное судно, буксир — судно технического (вспомогательного) флота, предназначенное для вождения (буксировки) несамоходных судов, различного типа барж, плотов, доков, и т.п., а также обеспечения проводки больших самоходных судов в стесненных водах и портах. Исходя из способа буксировки разделяются на два основных типа: буксировщики, тянущие судно за собой (при помощи буксировочного троса), и толкачи, имеющие в носу специальное сцепное устройство, толкающие баржи либо составы барж. Существуют также комбинированные, так называемые «толкачи-буксиры» (Pusher tugs) — которые совмещают в себе функции толкачей и буксировщиков.

На некоторых типах буксиров-толкачей имеется устройство, поднимающее и опускающее рулевую рубку, что позволяет повысить обзорность и обеспечить безопасный проход под мостами. Буксировка, как правило, применяется в море, а способ толкания используется на озерах и реках. Заметим, что толкание обеспечивает существенное увеличение тяги (макс. до 20%), если сравнивать с буксировочными операциями.

Исходя из района плавания буксирные суда делятся на морские и речные.

Морские это:

• портовые буксиры, которые обеспечивают проводку крупных судов в порты, а также швартовку и кантовку;
• рейдовые буксиры, обслуживают суда, находящиеся на рейдах;
• линейные буксиры (океанские), буксирующие на большие расстояния, как правило, снабжены автоматическими лебедками (для травления и выбирания троса при различных нагрузках);
• буксиры-спасатели, выполняющие спасательные операции;
• многоцелевые буксиры, могут быть использованы в качестве спасательных судов либо для буксировки.

Речные делятся на:

• портовые (рейдовые) буксиры и толкачи, осуществляют формирование составов из барж и обеспечивают швартовку судов;
• линейные толкачи и толкачи-буксиры, используются для вождения барж либо составов на реках;
• линейные буксиры, используются в устьях крупных рек и на водохранилищах, где нет возможности использовать способ толкания;
• шлюзовые толкачи-буксиры, обеспечивают безопасный проход судов через шлюзы;

Крупные спасательные буксиры имеют тягу на гаке до 1-1,25 МН, максимальная скорость может достигать 20 узлов. Удельная тяга находится обычно в пределах 1,4 — 2 кН/кВт, а у некоторых типов буксиров-кантовщиков достигает 2,5 кН/кВт. При буксировке крупных объектов, таких, к примеру, как добывающие платформы может использоваться сразу группа буксиров.

Если разделять буксирные суда по типу движителей, то на сегодняшний день можно выделить следующие: азимутальные ASD-tug (англ. Azimuth Stern Drive) — винты оборудованы поворотными насадками, которые могут вращаться на 360 градусов и буксиры с крыльчатыми движителями Фойта — Шнайдера (англ. Voith Schneider Propeller). Также широко используются винты ВФШ, ВРШ, а на мелких глубинах предпочтительными являются буксиры с водометными движителями.

Azimuthing stern-drive tug (ASD) – «Азимутальный буксир» — буксир с кормовым расположением азимутальных «полноповоротных» винторулевых колонок. Он подобен по типу традиционному двухвинтовому буксиру, однако обычный винт и гребной вал заменены на азимутальные винторулевые устройства.

Азимутальные устройства состоят из обычных винтов, оборудованных поворотными насадками, которые могут вращаться на 360 градусов для предоставления тяги в любом направлении без использования рулей. Наиболее распространена конструкция, получившая название «Z-Drive» благодаря особенности вала который горизонтален на выходе из двигателя, вертикален по отношению к корпусу и снова горизонтален на ступице винта, в целом образует собой форму подобную букве «Z», также устанавливаются конструкции типа «L-Drive».

Как правило, буксиры типа ASD имеют буксирную лебедку на баке, но иногда и на корме. В большинстве случаев буксиры ASD используются как портовые буксиры, для сопровождения судов в акватории порта и в открытом море. Среднее тяговое усилие составляет порядка 65 тонн (и более).

Voith Schneider Propeller (VSP) – крыльчатый движитель Фойта-Шнайдера, это устройство, которое обеспечивает тягу во всех направлениях. Он объединяет в себе движитель и систему управления. Оборудованному VSP судну не требуется руль. Упор и рулевое усилие могут быть получены в любом направлении.

Движитель состоит из круглой пластины, вращающейся вокруг вертикальной оси, со множеством вертикальных лопастей. Каждая лопасть вращается вокруг вертикальной оси по эпициклоиде при помощи внутреннего механизма, который изменяет угол атаки лезвий в синхронизации с вращением пластины, так чтобы каждая лопасть могла обеспечить толчок в любом положении.

VSP устанавливается на судне так, что только лопасти выступают из корпуса судна.

Еще один современный тип – это роторные буксиры (Rotor tug), отличаются от ASD наличием азимутальных подруливающих устройств, не только в корме, но и в носовой части, что обеспечивает высокую маневренность этих судов. Этот тип буксирных судов признан наиболее эффективным во многих портах по всему миру.