Для обеспечения маневренности судна на очень малом ходу, когда рулевое устройство становится неэффективным, применяют подруливающие устройства, Их устанавливают в поперечных туннелях (в носу, корме) судна для создания упора с помощью ВРЩ. Применяют эти устройства на различных судах, чаще всего на пассажирских, контейнеровозах, танкерах, ро-ро.
Подруливающие устройства особенно эффективны при швартовках судов: сокращается время швартовных операций и повышается безопасность мореплавания; если условия порта позволяют, то швартовка возможна даже без буксиров, что сокращает портовые расходы.
В подруливающем устройстве (рис. 12.51) электродвигатель 1 через муфту 2 приводит в действие ВРШ, размещенный в поперечном туннеле 4. Упор винта и направление тяги регулируют поворотом лопастей 3 с помощью специальной системы гидропривода.
Принцип действия типовой гидравлической системы заключается в следующем (рис. 12.52). Насос 4 постоянной подачи через фильтр 3 принимает рабочую жидкость из цистерны 1 и подает через невозвратный 5 и запорный 7 клапаны к золотниковому распределителю 24. Управление им осуществляется с помощью исполнительного механизма 22 дистанционной электрической системы.
Предположим, что управляющий рычаг ОА повернулся из нулевого положения по часовой стрелке на угол α3 и занял положение ОА1. При этом дифференциальный рычаг ВС занимает положение ВС1, а золотник 24 перемещается вверх. Рабочая жидкость из трубопровода «а» поступает в трубопровод «б» и далее в полость «в» цилиндра изменения шага винта. Цилиндр 31 перемещается вправо по штоку 34 относительно неподвижного поршня 33. Это приведет к повороту лопастей 32. Масло из противоположной полости «г» выталкивается по трубопроводу «б» через золотник 24 в трубопровод «ж» и далее на слив через клапан 37 и фильтр 40.
Перемещение цилиндра 31 передается через подвижное соединение 27, рычаги DE и EF, угловой рычаг FGH, штангу НВ на дифференциальный рычаг ВС, который, вращаясь относительно точки А1 переходит из положения ВС1 в положение В1С. При этом золотник 24 возвращается в нулевое положение, запирает гидроцилиндр, перепускает масло из трубопровода «а» в сливной трубопровод «ж». Поворот лопастей завершен. Фактическое значение угла α, соответствующее заданному углу α3, передается на мостик с помощью датчика 20.
Как видим, золотниковый распределитель 24, гидроцилиндр 31 и рычажный механизм обратной связи представляют следящую систему. Для изменения угла а необходимо новое задание угла α3.
Отрицательный управляющий сигнал вызывает поворот рычага ОА против часовой стрелки, и золотник 24 опускается. При этом нагнетательный трубопровод «а» соединяется с трубопроводом «б», а сливной «ж» с трубопроводом «б». Цилиндр 31 перемещается влево и с помощью рычажного механизма вновь возвращает золотник 24 в нулевое положение.
Расходный бак 11 с клапанами 10, 17 и трубопроводами 12, 16 служит для создания подпора в корпусе редуктора (28 + 29) в целях предотвращения протечек забортной воды, а также пополнения редуктора и цистерны 1 рабочей жидкостью. Бачки 18, 19 обеспечивают контроль состояния уплотнений 30 основного вала и уплотнений ведущего вала 28. Маслоохладитель 35 с клапанами 36 используют при необходимости для предотвращения перегрева масла.
Клапан 6 предохраняет насос и регулируется на максимальное давление примерно 5 МПа. Клапан 39 перепускает масло при значительном загрязнении фильтра 40. Трубопровод 13 с фильтром 14 и клапаном 15 служит для пополнения бака 11, а ручной насос 25 - для откачивания масла из корпуса редуктора. Подруливающее устройство установлено в поперечном туннеле 26. Поплавковое устройство 2 служит для сигнализации о понижении уровня масла в цистерне 1.
Датчик давления 8 и манометры 9 обеспечивают контроль работоспособности гидросистемы. Винтовые соединения 21 и 23 служат для регулирования среднего положения золотника 24 и рычажного механизма обратной связи. Клапан 38 предохраняет маслоохладитель 35 от повышенного давления.
На рис. 12.53 показан основной узел подруливающего устройства - механизм изменения шага (МИШ) лопастей. Он расположен внутри герметичного корпуса 2, соединенного болтами с конусной муфтой 9, которая насажена на основной вал 8. МИШ состоит из подвижного цилиндра 5 и неподвижного поршня 7, имеющего уплотнение 6 и соединенного с корпусом 2 с помощью штока 16. Втулка 15 является рабочей поверхностью подвижного соединения с цилиндром 5.
Герметичность корпуса 2 обеспечивается уплотнениями 3 лопастей 4 и 14 и уплотнениями 13. Обтекатель 1 также имеет свои уплотнении. Муфта 9 вращается вместе с валом 8, поэтому уплотняется устройством 10.
Механизм изменения шага действует следующим образом. Рабочая жидкость от насосного агрегата подается, например, по трубе 12 в направлении стрелки «б» и поступает в правую полость «в» цилиндра 5. Он перемещается вправо. Жидкость из левой полости «г» отводится в направлении стрелки «д» по наружной трубе 11 и наоборот (буквенные обозначения соответствуют рис. 12.52).
На внешней поверхности цилиндра 5 имеются сухари специальной формы, которые входят в пазы, расположенные на торцах лопастей 4 и 14 (всего четыре лопасти). Такое соединение превращает линейное перемещение цилиндра во вращательное движение лопастей 4 и 14.
Имеется система дистанционного управления ПУ, а также предусмотрено местное управление, которое используется в случае отказа дистанционной системы. Блокировка отключает систему управления, если при пуске ПУ лопасти находятся не в нулевом положении. Система управления отключается также в случае падения давления в гидросистеме (датчик давления 8, см. рис. 12.52).
Подруливающие устройства изготовляют многие зарубежные фирмы. В качестве примера приведем характеристики ПУ (Россия). Они установлены на судах серии «Инженер Ермошкин» в носовом и кормовом поперечных туннелях, марка - ПУ500-ОМ4.1. Технические характеристики следующие:
Масса - 14100 кг, диаметр винта 2 м, четыре лопасти, поворот лопастей ±21°, частота вращения 244 мин-1, направление - правое, ресурс до заводского ремонта 10 тыс. ч, ресурс непрерывной работы 500 ч. Параметры приводного электродвигателя: тип АКМ500-4ВКОМ4, напряжение 380 В, мощность 500 кВт, частота вращения 1475 мин-1. Параметры гидропривода: наибольшее рабочее давление 5 МПа, масло — АУП в количестве 0,15 м3 время реверса лопастей 20 с. Редуктор полностью заполнен маслом Тп 46 в количестве 0,54 м3.
В зависимости от типа и размеров судна могут устанавливаться от одного (в носовой части судна) до четырех (два в носу и два в корме) подруливающих устройств.
В процессе технического обслуживания подруливающих устройств, как и других машин и механизмов, необходимо руководствоваться фирменной инструкцией. Обычно выполняют следующие работы.
В ходе ежедневного осмотра проверяют герметичность соединений трубопроводов и уровни масла в баках. При осмотре через 50 ч работы берут пробу масла на обводненность.
В ежемесячный осмотр входит проверка работы ПУ в течение 10 мин на различных режимах, всех рабочих параметров электродвигателей и насоса, а также видов управления, блокировок и сигнализаторов.
Ежегодно дополнительно проверяют качество масла, которое при необходимости заменяют, контрольно-измерительные приборы и регулирование предохранительного клапана, промывают фильтры.
Каждые 5 лет эксплуатации заменяют резинотехнические изделия. Срок их службы 7 лет, из них 2 года приходятся на хранение и 5 - на период эксплуатации. При хранении свыше двух лет срок эксплуатации сокращается.
В процессе эксплуатации ПУ возможны следующие типовые неисправности.
При задании нулевого положения лопасти устанавливаются с большой ошибкой. Такую неисправность устраняют регулированием механизма обратной связи с помощью соединений 21 и 23 (см. рис. 12.52). При задании определенного угла лопасти могут продолжать поворачиваться до предельного угла. Это происходит в случае обрыва рычагов в обратной связи DEFGHBC.
Во время включения ПУ лопасти винта могут не поворачиваться. При этом необходимо проверить работу элементов блокировки. Возможны также обрывы в электрической системе управления.
Замедленная скорость поворота лопастей связана, как правило, с утечками рабочей жидкости в системе из-за износа уплотнений. Замена их возможна только в доке.
Лопасти могут не поворачиваться на полный угол вследствие нарушения регулирования предохранительного клапана. Возможно заедание золотника 24 в крайних положениях, а также значительный износ насоса. При наличии в системе гидрозамков их износ может вызвать аналогичную неисправность.
Многие неисправности связаны с загрязнением рабочей жидкости или ее обводнением. Необходим периодический контроль за состоянием жидкости и чистотой фильтров.
