船舶设备与系统-舵设备.

船舶设备与系统——第一章舵设备讲课人:嘻嘻嘻邮箱:哈哈哈引言课程安排学期授课学时分配课程教学周数8周学时4理论教学时数32其中多媒体教学时数32双语教学时数0实验时数0课程设计时数0复习、习题课时数0机动时数0备注○讲授课布置思考题若干及阅读材料，下一次讲授课时进行课堂提问和讨论；○学生的成绩根据以下三个部分综合评定。平时成绩:30%(作业、考勤、平时提问)期末考试成绩:70%引言教学目的《船舶设备与系统》是船舶与海洋工程专业的主要必修课程之一，本课程是一门多学科性的综合性专业课程，内容庞杂、涉及范围广泛、船舶标准多。学习本门课程的目的是：让学生全面掌握船舶的设备以及各系统的作用、结构特点、选用方式，学会制定合理的船舶舾装工艺方案。它是学生在本专业领域就业、上岗的必备能力之一，为培养学生实际工作能力打下良好的基础。引言参考资料《运输船舶设备与系统》人民交通出版社《船舶设计手册（舾装分册）》国防工业出版社《船舶设备》哈尔滨船舶工程学院出版社引言主要内容本课程讲述内容主要包括：舵设备、锚设备、系泊设备、拖曳设备、救生设备、起货设备、关闭设备、船舶管路系统、舱底水系统、压载系统、日用水系统、消防系统、通风、供暖、空调与制冷系统。一、概述三、舵叶的水动力特性及计算四、舵叶参数的确定本章目录二、舵装置的分类与构造五、舵设备零部件尺寸的确定六、操舵装置七、特种舵及其他操纵装置一、概述舵是船舶操纵装置的一个重要部件。船舶操纵性是船舶的重要性能之一，广义上来讲是泛指船舶对驾驶者操纵的反应能力。从使用角度而言，驾驶者对船舶的操纵包括有很多：船舶的启动、暂停、加速、减速、倒退及直线航行，还有系带浮筒、拖带船舶等操作。一、概述《船舶原理》下册的“船舶操纵性与耐波性”部分对于船舶的操纵性所做的规定为：船舶受驾驶者的操纵而保持或改变航向的性能，包括航向稳定性和回转性。一、保持船舶预定航向的能力，称为航向稳定性；二、改变船舶运动方向的能力，称回转性。一、概述保证船舶操纵性的设备有哪些？篙桨櫓舵侧推器…其中舵因其结构简单、工作可靠，是目前使用最为广泛的操纵设备一、概述舵是船舶的一种十分重要和不可缺少的专用舾装设备。可以想象，如果船没有舵，或舵失灵，就象汽车没有方向盘一样，将无法行驶。在大海里任凭风浪摆布。一、概述船用舵是平板或机翼型结构，设于船的尾端，一般在推进器之后。一、概述1.1舵的作用原理当水流以某攻角作用于舵叶上时，在船尾产生了横向的舵力，舵力通过舵杆传递于船体上，从而迫使船舶转向，也就达到了调整航向的目的。一、概述1.1舵的作用原理航行中的船舶，水流在舵叶上产生横向作用力，根据船舶的航向转动舵叶，使船舶产生回转力矩，保持所需航向。舵力产生的原因：舵叶两面流体速度不等，压力不等。一、概述1.1舵的作用原理TαSpbvPPPPNMxPLOLDMax据流体力学中的机翼理论原理，当施右舵角后，流过舵叶两面的水流速度发生变化，左侧流速加快，右侧流速减慢，从而舵叶两侧间产生垂直于舵叶的压力差，此时水流对舵叶产生的摩擦阻力，与压力的合力即构成为舵力。将舵力按船舶首尾方向与其垂直方向分解，则可得起横向作用的升力与对航进起阻力作用的阻力。一、概述1.1舵的作用原理1、影响舵力大小的因素：2、几何舵角：3、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，转船力矩随舵角而变，一般船舶的最大有效舵角为32°～35°左右，舵角32°～35°又称为使用极限舵角。35°～38°。舵角、舵叶面积、舵的前进速度(舵速)和舵的断面形状。一、概述1.2舵设备的组成与布置舵+操舵装置+舵机+转舵装置一、概述1.2舵设备的组成与布置舵设备各个组成部分的作用：舵角指示器2反映舵叶转动角度的仪表，装于驾驶室用以了解和监督舵的实际位置；操舵器1是供舵工或驾驶人员转舵用的手柄或舵轮；传动装置3是将舵机4的启动信息由驾驶室传至舵机舱；舵机是带动舵转动的机械，是转舵的原动力；转舵装置5的作用是把舵机的动力传递给舵；舵6是舵叶、舵杆及其支承部件的总称。一、概述1.2舵设备的组成与布置能在规定的时间内将舵转动；能限制舵的转动角度；能将舵可靠的停止在限制舵角内的任何位置上；能从驾驶室监视舵位；能迅速地由主操舵装置转换为备用或应急操舵装置。整套舵设备坚固耐用；在满足使用要求情况下，尽量减小各部分外形尺寸和质量。整个舵设备在安装完成后需满足什么样的使用条件？二、舵装置的分类与构造2.1舵装置的分类舵设备舵装置操舵装置舵叶舵叶的支承、限位部件操舵系统转舵装置舵机1、按舵杆的轴线位置分类（1）不平衡舵（unbalancedrudder）又称普通舵。舵叶面积全部在舵杆轴线（导边）的后方。舵压力中心至舵轴的距离较大，有利于保持航向稳定性。所需转舵力距大，海船上很少见，用于沿岸航行的小驳船。二、舵装置的分类与构造2.1舵装置的分类（2）平衡舵（balancedrudder）舵叶面积部分在舵杆轴线的前方。用舵时起到平衡作用。舵压力中心靠近舵轴，所需转舵力距小，便易于操舵，减少了舵机所需的马力，可选择小型舵机。目前海船上广泛应用。缺点：舵在工作时容易摆动，不利于航向稳定性。平衡比度/系数：部分面积与全部面积之比，一般为0.2-0.3。二、舵装置的分类与构造2.1舵装置的分类（3）半平衡舵（semi-balancedrudder）舵叶的上半部分做成不平衡舵，下半部分做成平衡舵。半平衡舵与尾柱连接在一起，使舵比较坚固可靠，有利于保持航向的稳定性，比较适合于大型船舶。当前比较流行的航海舵就属于半平衡舵。平衡比度介于平衡舵和不平衡舵之间，一般为小于0.2。二、舵装置的分类与构造2.1舵装置的分类舵的类型（按舵杆的轴线位置分）a-不平衡舵b-平衡舵c-半平衡舵二、舵装置的分类与构造2.1舵装置的分类2、按舵叶的支承情况分类(1）双支承舵（doublebearingrudder）有两个支承点的舵。支承点可为舵承、舵托等。上支承点一般是在船体上。下支承点对于双支承的平衡舵，是在舵叶下端的舵托处，对于双支承的半悬挂/半平衡舵，是在舵叶的半高处。二、舵装置的分类与构造2.1舵装置的分类2）多支承舵（multi-pintlerudder）多于两个支承点的舵。支承点可为舵承、舵钮、舵托等。有三个以上的舵钮用舵销与尾柱连接，一般为不平衡舵，除船体内的支承外，舵的重量主要由舵托支承。二、舵装置的分类与构造2.1舵装置的分类3）悬挂舵（under-hung/spaderudder）船舶内部设仅有上支承，无下支承。舵叶悬挂于船体下面。舵杆受弯矩大，常用作多舵船的边舵。这种类型的舵从上往下逐渐变窄。二、舵装置的分类与构造2.1舵装置的分类4）半悬挂舵（partiallyunder-hungrudder）上半部支承在舵柱或挂舵臂处舵钮上，而下半部支承在舵叶的半高处。一般为半平衡舵。二、舵装置的分类与构造2.1舵装置的分类舵的主要类型半平衡舵不平衡舵三支点平衡舵穿心舵轴平衡舵半悬挂舵悬挂舵多支承舵双支承舵二、舵装置的分类与构造2.1舵装置的分类3.按舵叶的剖面形状分类1）平板舵（flat-platerudder）又称单板舵。舵叶是一块钢板或在钢板上两面交替安装的横向加强筋（舵臂）等构成。仅用于帆船、小艇上。舵效随着舵角的增大变坏，失速现象发生得早，且阻力大。二、舵装置的分类与构造2.1舵装置的分类二、舵装置的分类与构造2.1舵装置的分类2）流线型舵（streamlinerudder）又称复合舵。舵叶内部以水平隔板和垂直隔板作为骨架。舵叶外部用钢板制成水密的空心体。水平剖面呈机翼形。阻力小，升力大，舵效高，所需的转舵力矩大，构造比较复杂，但应用广泛。二、舵装置的分类与构造2.1舵装置的分类二、舵装置的分类与构造2.1舵装置的分类以上介绍的舵均为普通舵，据有关资料统计，约70-80％的船都采用流线型普通舵。1.一般大型及超大型海船多用支承或双支承的流线型平衡舵；2.中小型船用半平衡流线型挂舵的居多；3.平板舵仅用在非自航船或小艇上。二、舵装置的分类与构造2.1舵装置的分类舵叶——作用：产生舵压力组成：舵叶旁板、垂直隔板、水平隔板、舵杆、舵销二、舵装置的分类与构造2.2舵装置的主要组成部件二、舵装置的分类与构造2.2舵装置的主要组成部件1)制造：为了保证舵叶的强度和线型，用水平隔板和垂直隔板按线型组成骨架，将两块流线型的外壳板直接焊接在骨架外面。1-舵杆2-舵板3-水平加强筋4-焊接衬板5-垂直加强筋按规范要求，舵叶焊成后，每个密封部分都应当进行密性试验。密性试验前应将舵表面打扫干净，焊缝应清除氧化皮及焊渣，不得对水密焊缝涂刷油漆、敷设隔热材料及水泥等。常用的密性试验方式：在一定的水柱高度条件下的灌水试验和充气试验等。2)防腐：密性试验合格后，通常在舵叶内灌上沥青，以防舵叶内部锈蚀。3)附属装置：为了灌放水和防腐沥青．在舵叶上部和下部开有小孔，并配有不锈金属（黄铜）制成的栓塞，称为舵底塞。为了便于舵叶的装卸，在舵叶上开有由钢管构成的绳孔或在尾端上开有凹槽。舵杆——作用：承受和传递作用在舵叶上力和舵给转舵装置的力。二、舵装置的分类与构造2.2舵装置的主要组成部件舵杆（rudderstock）舵叶转动的轴，其下部与舵叶连接，上部与转舵装置相连。结构特点：为了使舵在受损时不必拆开船体内的部分就能修理，把舵杆分作上舵杆和下舵杆两段制造，然后用法兰接头连接。上舵杆的顶端称舵头。舵头通过舵杆套筒伸至舵机室与转舵装置相连接。上舵杆下端是法兰接头，与舵叶连接。其连接形式有水平法兰、垂直法兰和垂直嵌接三种。下舵杆，也称舵的主件。在舵叶上。有些舵无下舵杆。舵承——作用：用来支持舵杆，支承舵的重量，保证船体水密的设备。按其位置可分为：上舵承、下舵承。二、舵装置的分类与构造2.2舵装置的主要组成部件滑动水密下舵承上舵承舵承（ruddercarrier）结构特点：上舵承装在舵机甲板上。由止推滚珠轴承和垂直滑动轴承组成，滚珠轴承承受舵的重量，垂直轴承则承受侧向力。下舵承装在舵杆筒口或舵杆筒内。它是一个垂直的滑动轴承，用其承受侧向力，并设有填料函以保证水密。应用：悬挂舵都采用上、下两个舵承。目前大型船普遍采用的是不设下舵承而只设上舵承，全部重量和力都由上舵承承担。舵杆与舵叶连接件——目前常用的连接方式有法兰连接及锥体连接舵柱——船体尾柱一部分，用以支持不平衡舵挂舵臂——附连于船体尾部的臂状构件，用以支持半悬挂舵舵销和舵钮——舵叶与舵柱或挂舵臂间采用舵销连接时，舵叶及舵柱或挂舵臂上相应的设置数个有孔的凸出物为舵钮；舵销的作用是使舵叶与舵柱或挂舵臂可靠地连接。二、舵装置的分类与构造2.2舵装置的主要组成部件舵托——位于尾柱底部的突出部分，用以安装下舵销或舵轴舵柄——安装在舵杆头上，用以转动舵杆止跳环——防止舵上抬的装置舵角限位器——限位装置，用以防止舵叶转角超过所允许的极限角度。通常分别设置在舵机、操舵机械所在甲板和舵叶上。二、舵装置的分类与构造2.2舵装置的主要组成部件二、舵装置的分类与构造2.2舵装置的主要组成部件舵叶的偏转由操舵装置(通常称舵机)来控制，舵机经舵柄1将扭矩传递到舵杆3上，舵杆3由舵承支承，它带动舵叶7偏转，舵承固定在船体上，由承及密封填料组成，舵叶还可通过舵销5支承在舵柱8的舵托9或舵钮6上。二、舵装置的分类与构造2.3舵装置的构造各种不同舵装置在构造时需要考虑到自身所受到的载荷和弯矩，在布置及构造时尽可能地减小所受载荷及弯矩。如：悬挂舵的舵叶及舵杆的重力由上舵承承受，则在布置时尽量加大上、下舵承之间距离，以减小舵承的径向载荷；设置一个舵销的双支点平衡舵，其下舵承应设于船体最下部或舵轴筒内，并尽可能靠近舵叶，以减小下舵承处舵杆所受到的弯矩。三、舵叶的水动力特性及计算计算舵叶水动力特性的目的：求得作用在舵叶上的水动力和力矩，以校核舵装置的强度或确定舵装置各部件的尺度和舵机功率。三、舵叶的水动力特性及计算3.1舵的基本参数1．舵面积2．舵高3．舵宽4．展弦比hbbh