船舶舾裝工程-1-舵設(shè)備

1、船舶舾裝工程主講人：楊曉寧第一章 舵設(shè)備舵設(shè)備的作用和組成舵的作用原理舵的分類舵葉水動(dòng)力性能計(jì)算舵設(shè)備零部件尺寸確定舵參數(shù)的選擇和布置操舵裝置特種舵舵設(shè)備的作用舵設(shè)備是船的主要操縱設(shè)備。作用是使船舶 保持所需航向、 改變?cè)瓉?lái)行向、 進(jìn)行旋回運(yùn)動(dòng)。舵的作用原理當(dāng)舵角為零，舵處于正中位置，舵葉兩面流線對(duì)稱，舵上不產(chǎn)生水動(dòng)力。船航向不會(huì)改變。當(dāng)舵轉(zhuǎn)過(guò)某一舵角，舵葉兩側(cè)流線對(duì)稱性破壞，兩側(cè)形成壓力差。船航向發(fā)生改變。舵角1.影響舵力大小的因素：舵力大小與舵角、舵葉浸水面積、舵相對(duì)水流的前進(jìn)速度和舵的斷面形狀等因素有關(guān)。2.最大有效舵角：舵的進(jìn)速增大，舵力也明顯增大，當(dāng)航速一定時(shí)，轉(zhuǎn)船力矩則隨舵角而變，

2、當(dāng)海船舵角達(dá)到35（滿舵）時(shí)，轉(zhuǎn)船力矩也達(dá)到最大值。若繼續(xù)增大舵角，轉(zhuǎn)船力矩反而降低。舵角3.舵角處于2532之間時(shí)，舵效最好。一般船舶的最大有效舵角在3235之間，將35稱為使用極限舵角，超大型船舶的使用極限舵角在3540之間。4.幾何舵角：船舶的幾何極限舵角一般在35 38之間。舵設(shè)備的組成對(duì)舵設(shè)備的要求舵設(shè)備的各部分應(yīng)能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將舵轉(zhuǎn)動(dòng)；能夠限制舵的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；能將舵可靠地停止在限制舵角內(nèi)的任何位置上；能夠從駕駛室內(nèi)監(jiān)視舵位；能迅速地由主要操舵裝置轉(zhuǎn)換為備用的或應(yīng)急的操舵裝置。整套舵設(shè)備應(yīng)堅(jiān)固、可靠、耐用，在滿足使用要求的前提下，應(yīng)該能夠盡量減少各個(gè)部分的外形尺寸和重量。舵的種類舵是

3、舵設(shè)備中承受水動(dòng)力以產(chǎn)生轉(zhuǎn)船力矩的構(gòu)件，一般安裝在船尾螺旋槳后面。舵的種類按舵葉剖面形狀劃分1.平板舵，也稱單板舵，僅用于小船特點(diǎn)：阻力較大，舵效隨著舵角的增大而變差，失速現(xiàn)象發(fā)生早。2.流線型舵，也稱復(fù)板舵，海船廣泛使用特點(diǎn)：構(gòu)造比較復(fù)雜，舵葉剖面呈流線型，強(qiáng)度高；內(nèi)部空心水密，能夠產(chǎn)生一定浮力，減少舵承上的壓力；水動(dòng)力性能好，舵的升力系數(shù)大，阻力小，舵效高。舵的種類按舵桿軸線位置劃分1.不平衡舵，又稱普通舵，適用于小船特點(diǎn)：舵葉全部位于舵桿軸線之后，舵鈕支點(diǎn)多，舵桿強(qiáng)度容易滿足，需要較大的轉(zhuǎn)舵力矩。2.平衡舵，海船廣泛應(yīng)用特點(diǎn)：舵桿位于舵葉的前后緣之間；舵桿軸線之前的舵葉起平衡作用；所需的

4、轉(zhuǎn)舵力矩小，進(jìn)而可相應(yīng)減小舵機(jī)功率。3.半平衡舵，應(yīng)用于形狀復(fù)雜船舶特點(diǎn)：下半部分為平衡舵，上半部分為不平衡舵。舵的種類按舵的支撐方式劃分1.支撐舵：分多支撐舵和雙支撐舵多支撐舵：與船體尾柱連接有三個(gè)及以上支撐點(diǎn)的舵。雙支撐舵：除上支撐外，在舵根處還設(shè)有一個(gè)下支撐舵。2.半懸掛舵：指下支撐的位置設(shè)在舵葉中間的舵。3.懸掛舵：指只有上支撐，沒(méi)有下支撐，舵葉全部懸掛在船體外的舵桿上。舵參數(shù)的選擇和布置舵的數(shù)目除特殊要求外，趨向于取最少數(shù)目的舵；舵與螺旋槳配合，單槳單舵、雙槳雙舵應(yīng)用最為廣泛舵的形式不平衡舵通常設(shè)置在單槳船的舵柱后面；平衡舵通常設(shè)置在有導(dǎo)框底骨，無(wú)舵柱的單槳船上；半懸掛舵，在雙槳單舵

5、船舶、無(wú)尾柱的單槳舵船舶及多槳多舵船舶上使用較廣；懸掛舵在無(wú)尾柱的單槳或多槳船舶上均有應(yīng)用，且應(yīng)盡可能設(shè)置在螺旋槳后面。舵面積的確定船型確定以后，舵面積的選擇將直接影響船舶的操縱性。舵面積比：A/LT100確定舵面積的方法主要有：母型船法、統(tǒng)計(jì)資料法、規(guī)范計(jì)算法、圖譜分析法計(jì)算舵的水動(dòng)力特性布置舵設(shè)備通常由舵葉、舵桿、舵銷或舵軸、上下舵承、止跳裝置、舵角限位裝置、舵機(jī)及其控制系統(tǒng)等組成。雙支點(diǎn)平衡舵：通常為設(shè)置一個(gè)或者兩個(gè)舵銷，或是帶有舵軸等形式半懸掛舵通常設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)舵銷，并固定于掛舵臂或尾柱上懸掛舵：懸掛舵的舵桿和舵葉通常采用錐體連接操舵裝置分類按公約和規(guī)范要求：分主操舵裝置和輔助操舵裝

6、置。 主操舵裝置：系指在正常情況下為駕駛船舶而使舵產(chǎn)生動(dòng)作所必需的機(jī)械、轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、舵機(jī)裝置動(dòng)力設(shè)備(如設(shè)有)以及附屬設(shè)備和向舵桿施加轉(zhuǎn)矩的設(shè)施(如舵柄或舵扇)。主操舵裝置應(yīng)在駕駛室和舵機(jī)室都設(shè)有控制器。 輔助操舵裝置：系指在主操舵裝置失效時(shí)，為駕駛船舶所必需的設(shè)備。這些設(shè)備不應(yīng)屬于主操舵裝置的任何部分，但可共用其中的舵柄、舵扇或作同樣用途的部件。按動(dòng)力源分類：人力操舵、電動(dòng)操舵、液壓操舵操舵裝置的基本性能和要求應(yīng)配備滿意的主、輔助操舵裝置。其布置應(yīng)使兩者之一在發(fā)生故障時(shí)，不致導(dǎo)致另一裝置不能工作。監(jiān)控與供電要求： 1)應(yīng)在駕駛室和適當(dāng)?shù)闹鳈C(jī)控制位置裝設(shè)指示其電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備。 2)供電獨(dú)立

7、，其中之一可以由應(yīng)急配電板供電。主操舵裝置和舵桿1)具有足夠強(qiáng)度，并能在船舶最大航海吃水和最大營(yíng)運(yùn)前進(jìn)航速時(shí)進(jìn)行操舵，能使舵自任一舷35轉(zhuǎn)至另一舷35，并且于相同條件下在自一舷的35轉(zhuǎn)至另一舷30所需的時(shí)間不超過(guò)28s；2)當(dāng)舵柄處的舵桿直徑(不包括航行冰區(qū)的加強(qiáng))大于120mm時(shí)，操舵裝置應(yīng)為動(dòng)力操縱； 3)在最大后退航速時(shí)不致?lián)p壞，但不需驗(yàn)證。 輔助操舵裝置：1)具有足夠的強(qiáng)度和足以在可駕駛的航速下操縱船舶，并能在應(yīng)急情況下投入工作；2)應(yīng)能在船舶最大航海吃水和以最大營(yíng)運(yùn)前進(jìn)航速的一半但不小于7kn時(shí)進(jìn)行操舵，使舵自一舷15轉(zhuǎn)至另一舷15，且所需時(shí)間不超過(guò)60s；3)當(dāng)舵柄處的舵桿直徑(不

8、包括航行冰區(qū)的加強(qiáng))大于230mm時(shí)，操舵裝置應(yīng)為動(dòng)力操縱。人力操舵裝置允許裝船使用的條件是： 操舵力不超過(guò)160N，且其結(jié)構(gòu)不致對(duì)操舵手輪產(chǎn)生破壞性的反沖作用。當(dāng)主操舵裝置具有2臺(tái)或2臺(tái)以上相同的動(dòng)力設(shè)備時(shí)，則可不必設(shè)置輔助操舵裝置。 主操舵裝置和輔助操舵裝置動(dòng)力設(shè)備的布置應(yīng)：1)當(dāng)動(dòng)力源發(fā)生故障失效后又恢復(fù)輸送時(shí)，能自動(dòng)再起動(dòng)； 2)能從駕駛室控制使其投入工作；3)任一臺(tái)操舵裝置動(dòng)力設(shè)備的動(dòng)力源發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)在駕駛室里發(fā)出聲、光警報(bào)。操舵裝置控制系統(tǒng)的布置：1)主操舵裝置，應(yīng)在駕駛室和舵機(jī)室兩處都設(shè)有控制器；2)主操舵裝置應(yīng)設(shè)置兩套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，且每套系統(tǒng)均應(yīng)能在駕駛室控制。但不要求設(shè)雙

9、套操舵手輪或手柄。如控制系統(tǒng)是由液壓遙控傳動(dòng)裝置組成，則除10000總噸及以上的油船、化學(xué)品船或氣體運(yùn)輸船外，不必設(shè)置第二套獨(dú)立控制系統(tǒng)； 3)對(duì)輔助操舵裝置為動(dòng)力操縱的，則也應(yīng)能在駕駛室和舵機(jī)室進(jìn)行控制，并應(yīng)獨(dú)立于主操舵裝置的控制系統(tǒng)。駕駛室與舵機(jī)室之間應(yīng)設(shè)有通信設(shè)施。舵角位置1)主操舵裝置為動(dòng)力操縱的，應(yīng)在駕駛室顯示。舵角的顯示裝置應(yīng)獨(dú)立于操舵裝置的控制系統(tǒng)；2)在舵機(jī)室內(nèi)能看到舵角的指示。液壓動(dòng)力操舵裝置應(yīng)滿足 液壓系統(tǒng)的循環(huán)油箱應(yīng)設(shè)低位警報(bào)器，在駕駛室和機(jī)器處所內(nèi)易于觀察的地方發(fā)出聲、光警報(bào)。 安全閥：開(kāi)啟壓力應(yīng)不小于1.25倍的最大工作壓力。 操舵裝置的應(yīng)急動(dòng)力：當(dāng)舵柄處舵桿直徑大于

10、230 mm(不包括航行冰區(qū)加強(qiáng))時(shí)，應(yīng)設(shè)有能在45s內(nèi)向操舵裝置自動(dòng)供電的應(yīng)急電源或位于舵機(jī)室內(nèi)的獨(dú)立動(dòng)力源。在10000總噸及以上的每艘船舶上，替代動(dòng)力源應(yīng)具有足夠供應(yīng)至少連續(xù)工作30min的能量，在任何其他船舶上則至少為10min。10000總噸及以上的每艘油船、化學(xué)品船或氣體運(yùn)輸船和70000總 噸及以上的每艘其他船舶，其主操舵裝置應(yīng)設(shè)有兩臺(tái)或兩臺(tái)以上相同 的動(dòng)力設(shè)備。10000總噸及以上的每艘油船、化學(xué)品船、液化氣體運(yùn)輸船的操舵 裝置還應(yīng)滿足： 1)當(dāng)主操舵裝置的一個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)的任何部分(除舵柄、舵扇或?yàn)橥?樣目的服務(wù)的部件或因轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)卡住以外)發(fā)生單項(xiàng)故障以致喪失操舵 能力時(shí)，能

11、在45s內(nèi)重新獲得操舵能力； 2)主操舵裝置應(yīng)包括： (1)兩個(gè)獨(dú)立和分開(kāi)的動(dòng)力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)；或 (2)至少兩個(gè)相同的動(dòng)力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)中同時(shí)工作時(shí)能滿足要 求。 3)非液壓型式的操舵裝置應(yīng)能達(dá)到同等的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)10000總噸及以上但小于100000載重噸的油船、化學(xué)品船或液化 氣體運(yùn)輸船的操舵裝置，舵機(jī)制造廠應(yīng)使其產(chǎn)品符合IMO通過(guò)的非雙套轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)的驗(yàn)收準(zhǔn)則的要求，并經(jīng)船級(jí)社認(rèn)可。操舵儀一般(總)特點(diǎn)： 增加舵效； 提高螺旋槳推進(jìn)效率；種類： 反應(yīng)舵、主動(dòng)舵、整流帽舵、 襟葉舵、導(dǎo)流管舵、組合舵、 首舵和首推進(jìn)器等。 特種舵 1)反應(yīng)舵(又稱迎流舵)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：舵葉前緣以 螺旋槳軸線為界分別向

12、相反方向扭曲一定角度， 使其迎著螺旋槳排出的 旋狀水流。右旋螺旋槳， 舵葉下部向右扭，上部 向左扭曲，左旋螺旋槳 則 舵葉扭曲方向相反。作用：使尾流中的軸向 誘導(dǎo)速度增大，減少了 阻力，增加了推力。反應(yīng)舵2)整流帽舵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在流線型舵正對(duì)螺旋槳軸線部位，裝設(shè)一個(gè)圓錐形的流線型體，俗稱整流帽。作用：改善螺旋槳排出流的亂流狀態(tài)，從而提高螺旋槳的推力，消除螺旋槳帽后的腐蝕現(xiàn)象，改善船尾的振動(dòng)情況。整流帽舵3)主動(dòng)舵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：將普通舵同小型導(dǎo)管螺旋槳組合為一體。作用：在轉(zhuǎn)舵的同時(shí)螺旋槳隨之轉(zhuǎn)動(dòng)并發(fā)出推力，從而增加了轉(zhuǎn)船力矩。即使在低速甚至主機(jī)停車的情況下，這種舵也能獲得轉(zhuǎn)船力矩，大大提高了船舶的操縱

13、性。主動(dòng)舵4)襟翼舵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在普通流線型舵的后緣加一流線型尾，形成主舵和襟翼的組合體。作用：所產(chǎn)生的流體動(dòng)力更大，提高了轉(zhuǎn)船力矩和舵效。廣泛采用。優(yōu)缺點(diǎn)：所需的轉(zhuǎn)舵力矩較小，可相應(yīng)減小舵機(jī)功率。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 5)科特導(dǎo)流管舵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在螺旋槳外圍套裝導(dǎo)流管并在其后端處裝一舵葉。有兩種形式，一種是導(dǎo)流管固定焊接在船尾骨架上，舵葉可以轉(zhuǎn)動(dòng)；另一種導(dǎo)流管與舵葉可在允許角度內(nèi)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。作用：增加推進(jìn)效率，保護(hù)螺旋槳，防止繩索纏入。 固定式導(dǎo)流管舵 轉(zhuǎn)動(dòng)式導(dǎo)流管舵 6)組合舵(又稱希林舵或工字型舵)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在流線型舵葉的上下兩端各安裝一塊制流板。舵的剖面設(shè)計(jì)成象魚(yú)的形狀，肥大部分占20%弦長(zhǎng)。為能控制更多的尾流，舵桿中心線通常在距導(dǎo)邊 40%弦長(zhǎng)的位置