Водометное рулевое устройство (ВРУ)

Полезная модель водометное рулевое устройство (ВРУ) относится к отрасли судостроения, а именно к рулевым устройствам судов для улучшения маневренных характеристик судов при передвижении и маневрировании как в отрытом водном пространстве, так и на ограниченной акватории и во льдах. Предлагаемое ВРУ применимо для ледоколов, судов обеспечения и снабжения морских платформ, любых грузовых и пассажирских судов, имеющих корпус, содержащий в кормовой части винтовую движительную установку с открытыми винтами или в насадках, с винтами в туннельных водоводах, между которыми имеются донные отсеки, например, Патент ПМ №185954. На таких судах в кормовой части (над ахтерпиком) или в донных отсеках между туннелей устанавливаются горизонтально предлагаемые водометные рулевые устройства, создающие напор потока воды, который выходит через сопла под углом к диаметральной плоскости судна в кормовой оконечности, в результате чего создается упор для поворота кормовой части.
В судостроении широко используется рулевое устройство в кормовой части корпуса, имеющее поворотное перо руля в потоке воды позади движителей. Такая конструкция становится неэффективной на ограниченных акваториях на малых скоростях движения судна, при небольших оборотах винтов и недостаточной скорости обтекающего перо руля потока, имеет большую инерционность (около 30 сек) при перекладке руля с борта на борт. Перо руля имеет большие размеры, с высотой соизмеримой с осадкой судна, сложный привод поворота руля и конструктивно перо крепится к оконечности корпуса снаружи, что делает его подверженным в высокой степени повреждениям при плавании во льдах и, особенно, при движении задним ходом. Кроме этого, для плавания во льдах требуется особая прочность не только пера руля и его крепления, но всей конструкции, а также повышенная мощность привода, дублирование механизмов привода руля.
Применяемые в настоящее время на судах сложные по конструкции и дорогие в производстве и эксплуатации винторулевые колонки (ВРК) и Азиподы имеют меньший КПД, по сравнению с системами прямого привода на винты, что описано в сравнительных анализах эффективности применения разных движителей. Эти устройства имеют дополнительные мощные системы поворота наружного корпуса для маневрирования и требуют значительное время для перемены тяги с борта на борт при изменении курса или поворота наружного корпуса на 360 градусов для смены движения судна с переднего на задний ход. Существует большая вероятность повреждений наружных конструкций таких движителей на мелководье и при плавании во льдах, при этом возникает опасность загрязнения окружающей среды маслом (несколько тонн) из поврежденного редуктора ВРК или гондолы Азипода.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является улучшение эксплуатационных и маневренных характеристик судов с повышением безопасности мореплавания в различных условиях работы судна, включая плавание в ледовых условиях Арктики и мелководных замерзающих акваторий.
Указанная техническая задача решается установкой предлагаемого водометного рулевого устройства с общим напорным водоводом и выходными соплами в кормовой части корпуса за плоскостью вращения винтов или в донном отсеке между кормовыми тоннельными водоводами движительной установки судна. Водометные движители рулевого устройства создают напор потока воды с выходом через сопла правого/левого борта в кормовой оконечности, чтобы получить упор под углом к диаметральной плоскости судна для соответствующего поворота корпуса.
Водометное рулевое устройство может быть реализовано различными вариантами.
Если судно имеет кормовой винт(ы) открытый или в насадке, то водометное рулевое устройство устанавливается выше окружности вращения лопастей за плоскостью вращения винтов в том месте, где обычно размещены механизмы привода пера руля. Заборные отверстия входного водовода находятся на кормовых обводах корпуса судна с двух сторон ниже действующей КВЛ, при установке за плоскостью вращения винта в кильватерной струе создается преднапор в заборном входном водоводе перед рабочим колесом водометного движителя. Выходные сопла рулевого устройства находятся выше окружности вращения лопастей и выходящие потоки воды не ухудшают пропульсивные качества судового движителя, не уменьшает упор винта. Изменение направления напорного потока в соответствующее сопло водометного рулевого устройства приводит к необходимому повороту корпуса судна.
Для улучшения маневренности судна, повышения мощности и надежности рулевого устройства, для возможности применения разных вариантов его эксплуатации устанавливаются 2 водометных движителя рулевого устройства. В обычных условиях эксплуатации на открытой акватории можно поочередно использовать по одному водометному движителю с изменением направления выхода потока поворотом управляющей заслонки направо или налево. При необходимости улучшения маневренности судна на ограниченной акватории или во льдах работают оба водометных движителя для создания повышенного напора через общий водовод на соответствующее сопло.
Если судно имеет двух винтовой вариант движителей в кормовых туннелях с центральным днищевым отсеком над килем между тоннелями, то в нем устанавливаются 1 или 2 водометных движителя рулевого устройства для использования в разных режимах работы. В этом случае заборные отверстия входных водоводов находятся на вертикальных стенках тоннелей водоводов, а выходные сопла находятся за плоскостью вращения винтов в центральном кормовом выступе и выходящий поток не ухудшает пропульсивные качества движителей.
При трех и четырех винтовых движителях в туннельных водоводах на мелкосидящих ледоколах и буксирах при малой осадке около 4 м, работающих в районах Северной части Азовского и Каспийского морей, Финском заливе, по одному или по два водометных движителя рулевого устройства размещаются в каждом днищевом отсеке между туннелями с использованием в разных режимах работы в зависимости от условий эксплуатации: одиночное плавание или буксировка, на свободной воде или в ледовых условиях, а также для получения дополнительного упора от всех водометных движителей, например, для преодоления ледовых перемычек.
На Фиг. 1 изображена конструкция судна с двумя винтовыми движителями в кормовых туннелях с водометным рулевым устройством: 1 - конусообразные туннели, 2 - бортовые балластные танки, 3 - средний отсек, 9 - выправляющее трехпластинчатое устройство с грушевидной насадкой 8, 7- винт фиксированного шага, 4 - вал привода вращения винта, 6 - кронштейны с муфтой крепления вала, 10 - дейдвуд, 5 - водометное рулевое устройство с двумя водометами, 11 - заборные отверстия входных водоводов, 12 - выходные сопла водометного рулевого устройства, 13 - общий напорный водовод, 14 - заслонка управления поворотом с осью поворота 15, центральный кормовой выступ 16, рабочее колесо водометного движителя 17.
Водометное рулевое устройство работает следующим образом. Например, при работе одного водомета вода через входное отверстие 11 в вертикальной внутренней стенке туннеля подходит к рабочему колесу 17 водометного движителя и под напором подается в общий напорный водовод 13, имеющий заслонку 14 управления поворотом. Для изменения курса судна заслонка поворачивается на оси 15, перекрывает выходное сопло соответствующего борта: при перекрытии сопла 12 левого борта корма идет вправо, а нос идет влево и наоборот. Скорость поворота может регулироваться двумя способами: числом оборотов рабочего колеса - силой напора потока воды, или установкой угла заслонки - объемом проходящего потока воды. При работе двух водометов вода из входных отверстий проходит к рабочим колесам и в общем напорном водоводе создается повышенное давление двойного потока, который направляется заслонкой управления в соответствующее сопло.
На Фиг. 3, 4, 5 изображена конструкция судна с двумя движителями прямого привода открытых винтов (или в насадках) с водометным рулевым устройством из двух водометов. В кормовой части корпуса за ахтерпиком 1 имеется отсек водометного рулевого устройства 2, заборные отверстия 3, рабочее колесо 4, общий напорный водовод 6 с заслонкой управления поворотом 5 на оси поворота заслонки 7, ледозащитный козырек 8. При всех эксплуатационных условиях эксплуатации КВЛ судна должна быть выше рабочего колеса водомета для создания подпора во входном водоводе. Работает такая конструкция водометного рулевого устройства аналогично выше описанному.
Эксплуатация предлагаемого водометного рулевого устройства судна с движителями в туннельных водоводах на замерзающих мелководных акваториях осуществляется следующим образом. При движении передним ходом ледокола или грузового судна в ледовых условиях обломки льда проходят вдоль борта, затем за кормовыми обводами попадают в кильватерную струю винта(ов) и в поток воды, идущей из сопел водометного рулевого устройства под углом к кромке канала. В результате часть льдин силой напора потока из одного сопла или из двух одновременно задвигаются под лед по краям канала, не всплывая позади судна.
При движении задним ходом ледозащитный козырек 8 по периметру кормового подзора с наклоном наползает на лед, изгибает его вниз до обламывания, кормовые обводы, кильватерная струя и потоки воды из сопел водометного рулевого устройства раздвигают льдины в стороны под лед, облегчая движение судна назад.