Кормилно (рулево) устройство и спомагателни кормила

Кормилното (рулевото) устройство е предназначено за управление на кораба и включва кормилото и задвижването му.

Кормилно у-во:

1. перо на руля;
2. рудерпис;
3. балер;
4. долен лагер;
5. опорен лагер;
6. горен лагер;
7. фундамент на рулевата машина;
8. шахта на балера.

Рулят (кормилото) се състои от перо и балер.

Перото е плоска или по-често дшуслойна обтекаема пластина с вътрешни ребра. Площта му при морските кораби представлява 1/40 – 1/60 от площта на потопената част на ДР (произведението от дължината на кораба и неговото газене). Вътрешната кухина на перото на кормилото се запълва с порест материал, предпазващ от попадане на вода вътре. Основата на перото представлява рудерписът – масивна вертикална ос, към която са закрепени хоризонталните ребра на перото на кормилото. Заедно с рудерписа се отливат (или заковават) куки за закачване на кормилото на рудерпоста (понякога се заменят с неразглобяема заварена конструкция).

Балер – това е ос, с помощта на която се завърта перото на кормилото. Долният край на балера има обикновено криволинейна форма и завършва с фланец, служещ за свързване на балера с перото на кормилото с болтове. Това разглобяемо сединение на балера с перото на кормилото е необходимо, за да може да се сваля кормилото при ремонт. Понякога вместо фланцово съединение се използва клиново или конусно съединение. Балерът на кормилото влиза в кърмовия край на корпуса на кораба през шахтата на балера и се поддържа от специален опорен лагер, разположен на една от платформите или палубите. Горната част на балера преминава през втори лагер и се съединява с румпела.

В зависимост от разположението на кормилото спрямо оста на въртене различаваме:

• обикновени кормила, при които перото е изцяло разположено в посока към кърмата от оста на въртене;
• балансирани кормила, при които перото е разделено от оста на въртене на две неравни части: по-голямата (~70 %) – от оста към кърмата, по малката (~30  %) – към носа;
• полубалансирани кормила – за разлика от балансираните рулеви пера, при тях балансирана част не продължава по цялата височина на кормилото.

Балансираните и полубалансираните рулеви пера се характеризират с коефициент на компенсация, т.е. с отношението на площта на балансираната част към пълната площ на кормилото (обикновено е равен на 0,25-0,35). За тяхното преместване се изисква по-малко усилие и следователно рулева (кормилна) машина с по-малка мощност. Закрепването обаче на такива кормила към корпуса на кораба е по-сложно. Затова на бавноходните кораби, при които се изискват неголеми усилия за завъртане на кормилото от борд на борд, се използват обикновени кормила.

Разновидност на балансираното кормило е широко известното кормило от типа Симплекс със свалящо се неподвижно вретено, заменящо рудерпоста, на който се окачва перото на кормилото. Тези кормила са по-надеждни, имат по-голяма якост на закрепване към корпуса на кораба и по-удобно се демонтират.

Задвижването на кормилото се състои от механизми и устройства, предназначени за отклоняване на кормилото на борд. Към тях спадат кормилната (рулевата) машина, кормилното задвижване, т.е. устройството за предаване на въртящия момент от кормилната машина към балера и задвижването за управление на кормилната машина (кормилното предаване).

Всеки един морски кораб трябва да има три задвижвания, действащи независимо едно от друго върху кормилото:

• основно;
• запасно:
• аварийно.

Обикновено за основно задвижване се използват кормилни машини, а запасното и аварийното се правят ръчни, с изключение на корабите, при които диаметърът на главата на балера е по-голям от 335 mm, а също и пътнически кораби с диаметър на главата на балера по-голям от 230 mm. За тях се изисква механично запасно задвижване.

Кормилната машина обикновено се поставя в специално румпелно отделение близо до кормилото, а на малките кораби и катери – в поста за управление на кораба. За кормилните машини се използват електродвигатели, електрохидравлични, хидравлични и по-рядко – парни машини. Най- разпространени са електрохиравличните машини.

Мощността на кормилната машина от основното кормилно задвижване трябва да осигури при максимален ход напред изместването на кормилото от 35 deg. до 30 deg. на другия борд за не повече от 28 s.

На неголемите кораби се допуска и ръчно основно задвижване в случаите, когато ако при изпълняване на посочените по-горе условия усилието върху ръкохватката на кормилното колело (щурвала) не превишава 16 kgf , а броят на оборотите на кормилното колело бъде не повече от 25 за едно пълно прехвърляне.

_____________

Килограм-сила (kgf) е стара единица за измерване на сила, равна на силата на тежестта на тяло с маса 1 kg при стандартно земно ускорение. В повечето страни тя е заменена през втората половина на 20 век от производната единица нютон (N) от Международната система единици.

Предаването към кормилото на усилията, създадени от кормилната машина, става с помощта на кормилно задвижване чрез въжета, вериги или хидравлична система или чрез твърда кинематична връзка между кормилната машина и кормилото (зъбни сектори, винтове и др.)

Различават се румпелно, секторно и винтово задвижване.

Румпелното задвижване бива надлъжно и напречно.

Надлъжното румпелното задвижване представлява еднораменен лост – надлъжен румпел, единият край на който е съединен с горния край на балера, а другият – с въжето, веригата или хидросистемата, предназначени за свързване с кормилната машина или с поста за управление. Това задвижване се използва на неголемите кораби, а също и на спортните спортните и несамоходните кораби за вътрешно плаване.

Напречното румпелно задвижване представлява напречен румпел във вид на двураменен лост. То е широко разпространено на големите кораби, обслужвани от четирибутални хидравлични кормилни машини.

Секторното задвижване се използва широко при предаване към кормилото на усилията от електрически машини. В този случай зацепеното със сектора зъбно колело се върти от електродвигател. За компенсиране ударното натоварване на перото в сектора се разполагат пружинни компенсатори (демпфери).

Винтовото задвижване обикновено се използва като запасно или аварийно. Поставя се непосредствено до кормилото в румпелното отделение. Въртенето от щурвала се предава на винтово вретено, което има в двата си края резба в противоположни посоки. Преместващите се при въртенето на винта плъзгачи с дясна и лява резба чрез система от обтегачи въздействат върху рамената на напречния румпел, набит върху балера на кормилото. Винтовото задвижване е компактно и позволява намаляване до необходимите граници на усилието върху кормилното колело – щурвала, благодарение на възможното голямо предавателно число. Негов недостатък е ниският к.п.д. (коефициент на полезно действие) поради загубата при триенето във винтовата двойка.

Задвижването на управлението на кормилната машина (кормилна предавка) служи за предаване на командите от кормилната рубка към кормилната машина, намираща се обикновено на голямо разстояние от мостика. На съвременните големи кораби най-разпространени са електрическите и хидравличните задвижвания. По-рядко се прилагат въжените или валовите задвижвания.

Положението на перото на кормилото се контролира със специални указатели – аксиометри.

За осигуряване непрекъсната работа на кормилното устройство постът за управление на машината се дублира чрез монтиране на запасен пост в румпелното отделение или близо до него.

   На малките кораби без кормилни машини ръчното преместване на кормилото при въртенето на щурвала се извършва с помощта на кормилна въжена предавка, състояща се от въже, прикрепено от двете страни към румпела и прокарана през направляващи ролки от румпела към щурвала. Закрепените на барабана на щурвала кормилни въжета при въртенето на щурвала се навиват на барабана или се развиват от него, усилието се предава на румпела, а след това на кормилото. За отстраняване на появилите се при завъртането на румпела отхлабвания на кормилното въже в схемата се вкарват пружинни компенасатори или плъзгачи, изместващи румпела.

   Разновидност на ръчното задвижване със секторно предаване предаване усилията към балера на кормилото  е валовото задвижване. То се състои от няколко вала, съединени с помощта на съединители и карданни шарнири, а в местата с остро извиване – конични предавки. Завъртането на кормилното колело чрез валово задвижване се предава на зъбно колело, зацепено със сектора на кормилото. Валовата предавка има по-висoк к.п.д. от въжетата.

Допълнителни средства за управление

За подобряване маневреността на кораба на бавен ход, когато обикновеното кормилно устройство е недостатъчно ефективно, особено при завързване на кораба за кея и при движение в тесни места (канали, скалисти острови, ограничен фарватер), се поставят допълнителни средства за управление: носово кормило, а също средства за активно управление – кормилни дюзи, активно кормило, помощно кормилно устройство и спомагателни движително-кормилни колонки.

    Носовото кормило се разполага в долната част на носовия край. Използва се при фериботите от т.н. совалков тип, т.е. плаващи с носа или с кърмата си. Не намира широко приложение.

    Активното кормило е неголям винт, разположен в перото на обикновеното кормило и привеждан в действие от електродвигател, поставен непосредствено заедно с него в перото на кормилото или в балера. При завъртане на кормилото с работещия в него винт, последният създава упор, завърта се кърмовия край на кораба, даже ако кораба не се движи. Работещият гребен винт на активното кормило може също да предава на кораба малък хо напред. Негов недостатък е създаването на допълнително съпротивление при движението на кораба на пълен ход и намаляване скоростта на кораба.

    Кормилната дюза представлява пръстенообразно тяло, закрепена на балера, чиято ос е разположена в равнината на диска на гребния винт. При завъртане на дюзата (поставена вместо кормило) изхвърляната от гребния винт водна струя се отклонява, което предизвиква завъртане на кораба. Кормилната дюза не само подобрява значително повратливостта на кораба на бавен ход (особено на заден), но и позволява при постоянна мощност да се увеличи скоростта на кораба с 4-5%. Кормилните дюзи се използват широко при речните кораби и най-вече при тласкачите.