《第五章舵设备》PPT课件.ppt
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1、第四章 舵设备,第一节 舵设备的作用与组成第二节 舵的种类第三节 操 舵 装 置 第四节 操舵装置控制系统 第五节 自 动 舵 第六节 自适应舵与自动驾驶仪 第七节 舵设备的检查、保养和试验第八节 操舵工作要领和基本方法,第一节 舵设备的作用与组成一、舵设备的作用与舵角1、作用舵设备是操纵船舶的主要设备, 其作用是使在航船舶保持所需 航向、改变原来航向或进行旋 回运动。,2022/11/16,第五章 舵设备 伍生春,3,2.舵角1)影响舵力大小的因素:舵力的大小与舵角、舵叶浸水面积、舵相对水流的前进速度和舵的断面形状等因素有关。2)最大有效舵角:舵的进速增大,舵力也就明显增大;当舵速一定时,转
2、船力矩则随舵角而变,当海船舵角达35时(满舵) ,转船力矩也达最大值。若继续增大舵角,转船力矩反而开始下降。舵角处于2532之间时,舵效最好。一般船舶的最大有效舵角在3235之间,把35舵角称为使用极限舵角,超大型船舶的使用极限舵角一般在3540之间。3)几何舵角:船舶的几何极限舵角一般在3538之间。,二、舵设备的组成舵设备主要由舵、操舵装置(舵机及其转舵装置)、操舵装置控制系统及其它附属装置等组成:1.舵:2.舵机及其转舵装置:舵机和转舵装置统称为操舵装置。3.操舵装置控制系统:,2022/11/16,第五章 舵设备 伍生春,5,第二节 舵的种类舵是舵设备中承受水动 力以产生转船力矩的构
3、件,一般安装在船尾螺 旋桨后面。一、按舵叶的剖面形状分1、平板舵:也称单板舵, 仅用于小船。特点:阻力较大,舵效 随着舵角的增大而变差, 失速现象发生早。,2、流线型舵(又称复板舵):海船广泛采用。特点:舵叶剖面呈流线型,强度高;因内部空心和水密,从而产生一定浮力,减少了舵承上的压力;水动力性能好,舵的升力系数大,阻力小,舵效高(舵力大);舵的构造比较复杂。,2022/11/16,第五章 舵设备 伍生春,7,二、按舵杆轴线位置分1、不平衡舵:又称普通舵, 适用于小船。特点:舵叶全部位于舵杆 轴线之后,舵钮支点较多, 舵杆强度容易得到保证。 需要较大的转舵力矩。,2、平衡舵:海船广泛应用。特点:
4、舵杆轴线位于舵叶的前后缘之间;舵杆轴线之前的舵叶起平衡作用,这部分的面积与舵叶全部面积之比称为平衡比度或平衡系数,一般在0.20.3之间。所需的转舵力矩小,进而可相应减小舵机功率。,2022/11/16,第五章 舵设备 伍生春,9,3、半平衡舵:一般用于尾柱形状比较复杂的船舶。特点:舵的下半部为平衡舵,上半部为不平衡舵,平衡比度介于平衡舵和不平衡舵之间,即0.2以下。,三、按舵的支承方式分1、支承舵:分多支承舵和双支承舵两种。多支承舵:与船体尾柱连接有三个及以上支承点的舵。其支承点可分为舵承、舵钮和舵托等。舵的重量由船体内的支承和舵托来支承。双支承舵:指除上支承外,在舵根处还设有一个下支承的舵
5、。,2、悬挂舵:只有上支承而无下支承,其舵叶全部悬挂在船体外的舵杆上。广泛应用。3、半悬挂舵:指下支承的位置设在舵叶中间的舵。,2022/11/16,第五章 舵设备 伍生春,12,四、特种舵1、一般(总)特点:增加舵效;提高推进效率;减小旋回圈直径;改善大型船舶在低速时操纵 性能。2、种类:特种舵有:反应舵、 主动舵、整流帽舵、襟叶舵、 导流管舵、组合舵、首舵和 首推进器等。1)反应舵(又称迎流舵)结构特点:舵叶前缘以螺旋 桨轴线为界分别向相反方向扭 曲一定角度,使其迎着螺旋桨 排出的旋状水流。作用:使尾流中的轴向诱导 速度增大,减少了阻力,增加 了推力。,反应舵,2022/11/16,2)主
6、动舵结构特点:作用:在转舵的同时螺旋桨随之转动并发出推力,从而增加了转船力矩。即使在低速甚至主机停车的情况下,这种舵也能获得转船力矩,大大提高了船舶的操纵性。 3)整流帽舵结构特点:在流线型舵正对螺旋桨轴线部位,装设一个圆锥形的流线型体,俗称整流帽。作用:改善螺旋桨排出流的乱流状态,从而提高螺旋桨的推力,改善船尾的振动情况。,主动舵,整流帽舵,4)襟翼舵结构特点:作用:所产生的流体动力更大,提高了转船力矩和舵效。广泛采用。优缺点:所需的转舵力矩较小,可相应减小舵机功率。但结构较复杂。,2022/11/16,15,5)科特导流管舵结构特点:在螺旋桨外围套装导流管并在其后端处装一舵叶。有两种形式,
7、一种是导流管固定焊接在船尾骨架上,舵叶可以转动;另一种导流管与舵叶可在允许角度内一起转动。作用:增加推进效率,保护螺旋桨,防止绳索缠入。,固定式导流管舵 ,转动式导流管舵 ,2022/11/16,第五章 舵设备 伍生春,16,6)组合舵(又称希林舵或工字型舵)结构特点:在流线型舵叶的上下两端各安装一块制流板。舵的剖面设计成象鱼的形状,肥大部分占20%弦长。为能控制更多的尾流,舵杆中心线通常在距导边 40%弦长的位置处。 舵角可在75范 围内使用。作用:减少舵叶 上下两端的绕流损 失,提高舵压力, 进一步改善舵的流 体性能。特点:具有低速 时操纵性好,浅水 中舵效无显著下降 的优点。,2022/
8、11/16,第五章 舵设备 伍生春,17,7)侧推器(首、尾);舵和螺旋桨功能合二为一的螺旋桨舵及可转动双螺旋桨舵等。,尾侧推器,舵、桨合一的螺旋桨舵,可转动双螺旋桨舵,侧推器,2022/11/16,第五章 舵设备 伍生春,18,第三节 操 舵 装 置一、操舵装置分类1.按动力源分类:分电动操舵装置和液压操舵装置;2.按公约和规范分类:分主操舵装置和辅助操舵装置。主操舵装置:系指在正常情况下为驾驶船舶而使舵产生动作所必需的机械、转舵机构、舵机装置动力设备(如设有)以及附属设备和向舵杆施加转矩的设施(如舵柄或舵扇)。主操舵装置应在驾驶室和舵机室都设有控制器。辅助操舵装置:系指在主操舵装置失效时,
9、为驾驶船舶所必需的设备。这些设备不应属于主操舵装置的任何部分,但可共用其中的舵柄、舵扇或作同样用途的部件。,2022/11/16,第五章 舵设备 伍生春,19,二、电动操舵装置1.组成:舵扇松套、舵柄键套在舵杆上。2.基本原理:3.主要组成部分的作用:1)蜗杆蜗轮:减速比大,转 矩大;其机械传动中的自锁 作用,可防止舵叶在受外界 冲击作用下发生逆转现象, 从而起到保护电动机的作用。2)缓冲弹簧:刚性大,正常 情况下可顺利地传递转舵力 矩。当舵叶受到外界巨大冲 击力作用时,能吸收冲击能 量,起保护舵机的作用。 4.特点与应用:结构简单、 操作方便、传动可靠、维修 方便,噪声大、占用面积大。 较广
10、泛地应用于中小型船。,2022/11/16,第五章 舵设备 伍生春,20,三、液压操舵装置1.一般原理:液压操舵 装置主要是指液压舵机, 液压舵机也称电动液压 舵机或电液舵机。2.特点与应用:噪声小、 体积小、重量轻、转矩 大、传动平稳,能实现 无级调速,易于遥控和 容易管理,操作方便, 在操舵次数频繁时仍有 较高可靠性等优点。广 泛采用。 3.种类:有柱塞式和转 叶式两大类。,1)柱塞式液压舵机 柱塞式液压舵机也称往复式液压舵机,有二缸柱塞式和四缸柱塞式。一 般由动力源、转舵机构和操纵追随机构三大部分组成。动力源:转舵机构:将柱塞的直线运动转变成 舵柄绕舵杆作旋转运动的 装置有:滑式(十字头
11、)、 滚轮式及摇摆式三种,大 型船均使用滑式。操纵追随机构:由减速 器、螺杆、滑块、操纵杆、 连杆(也称浮动杆)、反馈 杆(也称追随杆)等一系列 拉杆组成,主要作用是控 制主油泵的工作状态。,2022/11/16,第五章 舵设备 伍生春,22,2)转叶式液压舵机转叶式液压舵机由转舵机构和动力源两大部分组成。转舵机构:由油缸、回转体组成。回转体键套在舵杆上。动力源:由电动机、主油泵、辅油泵和安全控制阀箱等组成。,2022/11/16,第五章 舵设备 伍生春,23,四、舵角限位器1.作用:防止操舵时实际舵角超过最大有效舵角。2.种类:有机械、电动和角铁架式等几种。3.位置:机械舵角限位器一般设在舵
12、叶上侧、下舵杆与舵 柱的上部、舵柄两侧极限舵角位置处。4.限制角:流线型舵一般为32,平板舵为35。 五、操舵装置的基本性能和要求1.应配备满意的主、辅助操舵装置。其布置应使两者之一 在发生故障时,不致导致另一装置不能工作。2.监控与供电要求:1)应在驾驶室和适当的主机控制位置装设指示其电动机正 在运转的设备。2)供电独立,其中之一可以由应急配电板供电。,2022/11/16,第五章 舵设备 伍生春,24,3.主操舵装置和舵杆:1)具有足够强度,并能在船舶最大航海吃水和最大营运前进航速时进 行操舵,能使舵自任一舷35转至另一舷35,并且于相同条件下在 自一舷的35转至另一舷30所需的时间不超过
13、28s;2)当舵柄处的舵杆直径(不包括航行冰区的加强)大于120mm时,操舵 装置应为动力操纵; 3)在最大后退航速时不致损坏,但不需验证。4.辅助操舵装置:1)具有足够的强度和足以在可驾驶的航速下操纵船舶,并能在应急情 况下投入工作;2)应能在船舶最大航海吃水和以最大营运前进航速的一半但不小于7kn 时进行操舵,使舵自一舷15转至另一舷15,且所需时间不超过 60s;3)当舵柄处的舵杆直径(不包括航行冰区的加强)大于230mm时,操舵 装置应为动力操纵。人力操舵装置允许装船使用的条件是:操舵力不超过160N,且其结构 不致对操舵手轮产生破坏性的反冲作用。,2022/11/16,第五章 舵设备
14、 伍生春,25,5.主操舵装置和辅助操舵装置动力设备的布置应:1)当动力源发生故障失效后又恢复输送时,能自动再起动; 2)能从驾驶室控制使其投入工作;3)任一台操舵装置动力设备的动力源发生故障时,应在驾驶室里发出 声、光警报。6.当主操舵装置具有2台或2台以上相同的动力设 备时,则可不必设置辅助操舵装置。7.操舵装置控制系统的布置:1)主操舵装置,应在驾驶室和舵机室两处都设有控制器;2)主操舵装置应设置两套独立的控制系统,且每套系统均应能在驾驶 室控制。但不要求设双套操舵手轮或手柄。如控制系统是由液压遥 控传动装置组成,则除10000总吨及以上的油船、化学品船或气体运 输船外,不必设置第二套独
15、立控制系统; 3)对辅助操舵装置为动力操纵的,则也应能在驾驶室和舵机室进行控 制,并应独立于主操舵装置的控制系统。,2022/11/16,第五章 舵设备 伍生春,26,8.驾驶室与舵机室之间应设有通信设施。9.舵角位置1)主操舵装置为动力操纵的,应在驾驶室显示。舵角的显示装置应独立 于操舵装置的控制系统;2)在舵机室内能看到舵角的指示。10.液压动力操舵装置应满足液压系统的循环油箱应设低位警报器,在驾驶室和机器处所内易于观察的地方发出声、光警报。 11.安全阀:开启压力应不小于1.25倍的最大工作压力。 12.操舵装置的应急动力:当舵柄处舵杆直径大于230mm(不 包括航行冰区加强)时,应设有
16、能在45s内向操舵装置自动供电的应急电 源或位于舵机室内的独立动力源。在10000总吨及以上的每艘船舶上, 替代动力源应具有足够供应至少连续工作30min的能量,在任何其他船 舶上则至少为10min。,2022/11/16,第五章 舵设备 伍生春,27,13.10000总吨及以上的每艘油船、化学品船或气体运输船和70000总 吨及以上的每艘其他船舶,其主操舵装置应设有两台或两台以上相同 的动力设备。14.10000总吨及以上的每艘油船、化学品船、液化气体运输船的操舵 装置还应满足:1)当主操舵装置的一个动力转舵系统的任何部分(除舵柄、舵扇或为同 样目的服务的部件或因转舵机构卡住以外)发生单项故
17、障以致丧失操舵 能力时,能在45s内重新获得操舵能力;2)主操舵装置应包括:(1)两个独立和分开的动力转舵系统;或(2)至少两个相同的动力转舵系统在正常运转中同时工作时能满足要 求。3)非液压型式的操舵装置应能达到同等的标准。17.对10000总吨及以上但小于100000载重吨的油船、化学品船或液化 气体运输船的操舵装置,舵机制造厂应使其产品符合IMO通过的非双套转舵系统的验收准则的要求,并经船级社认可。,2022/11/16,第五章 舵设备 伍生春,28,第四节 电力操舵装置控制系统电力操舵装置控制系统是指将舵令由驾驶室传至舵机装置动力设备之间的一系列设备。由发送器、接受器、电动机、电动机控
18、制器和电缆等组成。主要优点有:轻便灵敏,便于遥控和操舵自动化,线路易于布置,不受温度变化和船体变形的影响,工作可靠,维修管理方便。具有自动、随动和应急操舵三种功能。海船都应配备随动操舵控制系统和应急操舵系统。且两套系统的线路独立布置,当一套系统发生故障时,可立即转换使用另一套。,一、随动操舵系统设有舵角反馈装置,并能进 行追随控制的操舵系统称为 随动操舵系统。有液压舵机 的随动操舵系统和电动舵机 的电动操舵系统。1、液压舵机的随动控制原理 舵角信号放大力矩马达 伺服电机倾斜盘倾斜 油泵排出高压油柱塞舵 柄转舵反馈信号力矩马 达伺服电机倾斜盘非倾 斜舵叶停在所需位置,2022/11/16,第五章
19、 舵设备 伍生春,30,2、电动舵机的随动控制系统 主要是通过舵角反馈来控制电桥平衡。,电动舵机的随动控制原理图,二、手柄控制系统又称直接或应急控制系统。在自动和随动操舵装置发生故障时使用。电源 独立(由直流船电供电),操舵手柄、开关或按钮直接控制继电器或其他相 应装置来启动舵机,无反馈装置,开关合上舵机转动,左开关合上左转, 右开关合上右转,开关脱开舵机停止。一般应急操舵装置在驾驶室和舵机 间各设有一套应急操舵的开关或手柄。操舵时,应注意掌握:按舵角操舵:舵角到及时松开手柄;按航向操舵:应结合改向大小,船舶的回转惯性,合理使用舵角,及时 断电,才能使船舶准确到达所需的航向。,2022/11/
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