船舶舾装工程-1-舵设备

船舶舾装工程主讲人：杨晓宁第一章舵设备舵设备的作用和组成舵的作用原理舵的分类舵叶水动力性能计算舵设备零部件尺寸确定舵参数的选择和布置操舵装置特种舵舵设备的作用舵设备是船的主要操纵设备。作用是使船舶保持所需航向、改变原来行向、进行旋回运动。舵的作用原理当舵角为零，舵处于正中位置，舵叶两面流线对称，舵上不产生水动力。船航向不会改变。当舵转过某一舵角，舵叶两侧流线对称性破坏，两侧形成压力差。船航向发生改变。舵角1.影响舵力大小的因素：舵力大小与舵角、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，舵力也明显增大，当航速一定时，转船力矩则随舵角而变，当海船舵角达到35°（满舵）时，转船力矩也达到最大值。若继续增大舵角，转船力矩反而降低。舵角3.舵角处于25°－32°之间时，舵效最好。一般船舶的最大有效舵角在32°－35°之间，将35°称为使用极限舵角，超大型船舶的使用极限舵角在35°－40°之间。4.几何舵角：船舶的几何极限舵角一般在35°－38°之间。舵设备的组成对舵设备的要求舵设备的各部分应能在规定的时间内将舵转动；能够限制舵的转动角度；能将舵可靠地停止在限制舵角内的任何位置上；能够从驾驶室内监视舵位；能迅速地由主要操舵装置转换为备用的或应急的操舵装置。整套舵设备应坚固、可靠、耐用，在满足使用要求的前提下，应该能够尽量减少各个部分的外形尺寸和重量。舵的种类舵是舵设备中承受水动力以产生转船力矩的构件，一般安装在船尾螺旋桨后面。舵的种类－－按舵叶剖面形状划分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，也称复板舵，海船广泛使用特点：⑴构造比较复杂，舵叶剖面呈流线型，强度高；⑵内部空心水密，能够产生一定浮力，减少舵承上的压力；⑶水动力性能好，舵的升力系数大，阻力小，舵效高。舵的种类－－按舵杆轴线位置划分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，舵钮支点多，舵杆强度容易满足，需要较大的转舵力矩。2.平衡舵，海船广泛应用特点：⑴舵杆位于舵叶的前后缘之间；⑵舵杆轴线之前的舵叶起平衡作用；⑶所需的转舵力矩小，进而可相应减小舵机功率。3.半平衡舵，应用于形状复杂船舶特点：下半部分为平衡舵，上半部分为不平衡舵。舵的种类－－按舵的支撑方式划分1.支撑舵：分多支撑舵和双支撑舵多支撑舵：与船体尾柱连接有三个及以上支撑点的舵。双支撑舵：除上支撑外，在舵根处还设有一个下支撑舵。2.半悬挂舵：指下支撑的位置设在舵叶中间的舵。3.悬挂舵：指只有上支撑，没有下支撑，舵叶全部悬挂在船体外的舵杆上。舵参数的选择和布置舵的数目除特殊要求外，趋向于取最少数目的舵；舵与螺旋桨配合，单桨单舵、双桨双舵应用最为广泛舵的形式不平衡舵通常设置在单桨船的舵柱后面；平衡舵通常设置在有导框底骨，无舵柱的单桨船上；半悬挂舵，在双桨单舵船舶、无尾柱的单桨舵船舶及多桨多舵船舶上使用较广；悬挂舵在无尾柱的单桨或多桨船舶上均有应用，且应尽可能设置在螺旋桨后面。舵面积的确定船型确定以后，舵面积的选择将直接影响船舶的操纵性。舵面积比：χ＝A/LT×100％确定舵面积的方法主要有：母型船法、统计资料法、规范计算法、图谱分析法计算舵的水动力特性布置舵设备通常由舵叶、舵杆、舵销或舵轴、上下舵承、止跳装置、舵角限位装置、舵机及其控制系统等组成。双支点平衡舵：通常为设置一个或者两个舵销，或是带有舵轴等形式半悬挂舵通常设置一个或两个舵销，并固定于挂舵臂或尾柱上悬挂舵：悬挂舵的舵杆和舵叶通常采用锥体连接操舵装置分类按公约和规范要求：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，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。按动力源分类：人力操舵、电动操舵、液压操舵操舵装置的基本性能和要求应配备满意的主、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。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。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。

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。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。

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。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。驾驶室与舵机室之间应设有通信设施。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。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。安全阀：开启压力应不小于1.25倍的最大工作压力。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。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。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)