Un coaster de 45 de metri care trece într-o ecluză la trei noduri este cel mai clar test al unei cârme de pupa. La acea viteză, singura carena împinge mult prea puțină apă pe lângă lamă pentru a vira, iar nava răspunde doar la roată deoarece elicea conduce o coloană rapidă de apă care se vârtejește direct peste folie.
Acest singur fapt explică atât logica de proiectare, cât și decizia de cumpărare. O cârmă severă este lama profilată atârnată pe linia centrală a navei în spatele elicei și rotește carena generând portanță laterală, mai degrabă decât prin „blocarea” apei. Răspunsul scurt pentru oricine specifică unul: utilizați o lamă echilibrată sau semi-echilibrată cu aproximativ 20 până la 28% din suprafața sa laterală înainte de axa stocului, limitați deplasarea la 35 de grade pe fiecare parte și dimensionați mecanismul de cârmă din curba cuplului cârmei la cârma maximă, atât în spate, cât și în față, în loc de lungimea carenei. Secțiunile de mai jos explică de ce sunt importante aceste numere și unde pot fi ajustate în siguranță.
De ce poziția pupa bate o vâslă montată lateral
O cârmă de pupa depășește o vâslă laterală de direcție, în principal pentru că funcționează în interiorul cursei elicei, unde viteza apei peste folie este cea mai mare.
Portabilitatea crește cu pătratul vitezei curgerii. Când o elice accelerează apa dincolo de lamă, viteza locală prin deschiderea cârmei se poate dubla aproximativ, iar forța laterală la același unghi al cârmei poate crește de câteva ori. Acesta este motivul fizic pentru care cârma de pupa din linia centrală a deplasat vâsla laterală în Europa de Nord între aproximativ 1200 și 1500, mult după ce șantierele navale chineze o adoptaseră deja. Al doilea motiv este simetria: o lamă de pe linia centrală produce aceeași forță babord și tribord, în timp ce o vâslă laterală se comportă diferit ca călcâiele carenei.
| Aspect | Cârmă de pupa | Vâsla laterală |
|---|---|---|
| Poziție | Linia centrală, direct în spatele elicei | Un sfert, decalat față de linia arborelui |
| Sursa principală de forță | Ridicare hidrodinamică plus cursă de elice | Curgerea carenei și unghiul de măturare a vâslei |
| Autoritate la viteză mică | Mare, chiar și la viteză zero a bărcii cu motorul în funcțiune | Sărac dacă vâsla nu este măturată fizic |
| Comportament atunci când este călcâiat | Previzibilă, forța rămâne simetrică | Asimetric, mai greu de corectat |
| Cererea structurală | Culoanul cârmei, rulmentul gâtului, rulmenți cu pin sau interior | Lama de vâsle, fulcrul și armătura laterală a cocii |
Cum lama întoarce de fapt carena
O cârmă severă virează generând portanță, iar portanța depinde mult mai mult de unghiul de atac decât doar de zona lamei.
Unghiul de atac și stagnare
Până la aproximativ 30 până la 35 de grade, forța laterală crește aproape liniar cu unghiul cârmei. Dincolo de acest punct, fluxul se separă de partea de joasă presiune, liftul scade, tracțiunea urcă și lama începe să vibreze. Acesta este motivul pentru care aproape fiecare sistem de direcție comercial se oprește la 35 de grade pe fiecare parte și de ce regulile de clasificare impun ca treapta de viteză să balanseze cârma de la 35 de grade pe o parte la 30 de grade pe cealaltă în cel mult 28 de secunde în condiții nominale.
Cursa elicei și direcția cu viteză oprită
O cârmă direct în spatele elicei continuă să producă forță cu motorul care se rotește chiar și atunci când carena este staționară. Lucrările de acostare și remorcher se bazează pe aceasta: lama nu conduce nava, ci direcționează spălarea. Poziția lamei în raport cu deschiderea elicei contează așadar la fel de mult ca forma lamei. Un spațiu prea mare și cursa se revarsă în jurul marginilor lamei; un gol prea mic și eroziunea vârfului se accelerează.
Raportul de sold și poziția stocului
Raportul de echilibru este ponderea suprafeței laterale plasate în fața axei stocului și este cel mai eficient mod de a reduce cuplul de direcție. Deplasarea centrului de presiune mai aproape de axă taie brațul pârghiei, astfel încât o lamă bine echilibrată poate avea nevoie doar de o fracțiune din cuplul uneia dezechilibrate cu zonă identică. Lamele comerciale tipice echilibrează 20 până la 28 la sută din suprafață înaintea stocului; Lamele semi-echilibrate susținute de skeg folosesc o cifră similară, în timp ce skeg-ul poartă sarcini care, altfel, ar încărca stocul.
Tipuri de cârmă de pupa și unde se potrivește fiecare
Patru familii acoperă aproape toată munca comercială, iar diferența decisivă este modul în care este susținută lama, nu conturul foliei.
| Tip | Suport și pivotare | Vase tipice | Principalul compromis |
|---|---|---|---|
| Dezechilibrat, atârnat | Stoc la marginea de conducere, toată zona la pupa | Ambarcațiuni mici, bărci de lucru lente, șlepuri | Simplu și robust, dar cel mai mare cuplu de direcție pentru zona sa |
| Semi-echilibrat | O parte a zonei dinaintea stocului, susținută de un skeg, corn sau rulmenți interni | Coasters, nave de pescuit, remorchere, suport offshore | Cuplu moderat cu protecție utilă a elicei |
| Spaga complet echilibrata | Stocurile sunt singurul suport, 20 până la 30 la sută din suprafața în față | Feriboturi rapide, iahturi, ambarcațiuni de patrulare și navale | Cel mai mic cuplu și cel mai curat debit, dar fără protecție dacă lama lovește pământul sau resturi |
| Marginea de fugă cu clapă sau balamale | Lama principală plus o clapă articulată pe marginea de fugă | Feriboturi și nave care au nevoie de portare mare la cârmă moderată | Mai multă ridicare pe grad de cârmă, dar legături și rulmenți suplimentare de întreținut |
Potrivirea cuplului cârmei cu mecanismul de cârmă
Sistemul de cârmă ar trebui să fie dimensionat în funcție de cuplul maxim al cârmei, iar pentru o lamă echilibrată, acest vârf apare de obicei undeva între 25 și 35 de grade de cârmă, înainte și din nou înapoi, nu la mijlocul navei.
Cuplul cârmei este forța normală asupra lamei înmulțită cu distanța de la centrul său de presiune la axa stocului. Acel braț de pârghie se schimbă în funcție de unghi, astfel încât curba de cuplu se ridică, se aplatizează și poate cădea din nou înainte de a atinge cârma maximă. Două cifre aparțin fiecărei anchete: cuplul la 35 de grade cu nava la viteză maximă înainte și cuplul în marșarier, care este adesea trecut cu vederea și este adesea cazul care supraîncărcă actuatorul. Majoritatea constructorilor aplică o marjă de proiectare de aproximativ 1,5 ori mai mare decât cuplul înainte calculat pentru a acoperi murdărirea, cârma de vreme și încărcările de impact tranzitorii, iar uneltele în sine trebuie să fie certificate de societatea de clasificare a navei.
Pentru un cuplu mai mare al cârmei, soluția convențională este un braț de timă antrenat de doi berbeci opusi, un aranjament acoperit în dispozitive de acţionare de tip furcă gamă și utilizat pe scară largă pe vasele de marfă și remorchere. Lamele mai mici sau instalațiile în care spațiul în jurul stocului este îngust, sunt de obicei mai bine deservite de un actuator rotativ.
Furnizori de mecanisme de direcție hidraulice de tip furcă Produsele Tongzhou au obținut succesiv recunoașterea de la inspecțiile majore ale navelor, cum ar fi ZC, CCS, ZY, BV, ABS, LR, DNV, NK, KR, BKI etc. Produsele sunt exportate... Vizualizare produs → Capacitatea de cuplu este primul filtru, dar nu singurul. Cursa, amprenta de montaj și poziția trunchiului cârmei decid dacă poate fi instalată fizic o unitate acţionată de timă sau o unitate rotativă. Gama publicată variază de la un producător de mașini de punte care rulează de la 25 kN·m la 1350 kN·m pentru mecanismul de cârmă hidraulic de tip furcă și de la 8 kN·m la 600 kN·m pentru unitățile cu cilindri pivotați, ceea ce arată cât de puternic se împart cele două familii în funcție de dimensiunea navei.
Furnizori de mecanisme de direcție hidraulice cu cilindru balansoar Produsele Tongzhou au obținut succesiv recunoașterea de la inspecțiile majore ale navelor, cum ar fi ZC, CCS, ZY, BV, ABS, LR, DNV, NK, KR, BKI etc. Produsele sunt exportate... Vizualizare produs → Indiferent de servomotor, cuplul pe care îl poate furniza trebuie verificat în raport cu unități de acționare cu cuplu mare specificația la presiunea nominală a sistemului, nu la setarea supapei de siguranță, iar setul de pompare trebuie să mențină acea presiune în mod continuu în timpul unei viraj lungi pe o cale maritimă.
Opt numere de fixat înainte de a comanda
O comandă severă a cârmei merge prost atunci când specificația lasă un număr deschis, iar opt dintre ele reprezintă cele mai multe dispute.
- Lungimea regulii, notarea clasei și societatea care va asista la test, deoarece mecanismul de cârmă are nevoie de propriul certificat.
- Raportul suprafeței cârmei, de obicei între aproximativ 1/50 și 1/70 din zona laterală scufundată (lungimea ori pescajul) pentru o navă de marfă cu un singur șurub, crescând la 1/40 sau mai mult pentru remorchere și nave care necesită manevrare strânsă.
- Unghiul maxim al cârmei și rata unghiulară, de obicei 35 de grade pe fiecare parte, cu un timp de balansare măsurat în funcție de cerințele regulii.
- Diametrul stocului, calitatea materialului și detaliul de cuplare, indiferent dacă este conic, frecare fără cheie sau flanșă.
- Cuplu la fiecare unghi specificat, înainte și înapoi, cu marginea de proiectare specificată în mod explicit.
- Tipul rulmentului și lubrifierea, bucșă auto-ungere sau niplu de unsoare, plus intervalul de înlocuire.
- Sistem de acoperire și adaos de anod pentru lama umedă și zona deschiderii.
- Set de documentație: certificate de material, rapoarte de testare nedistructivă, înregistrarea testului de acceptare din fabrică și kit de etanșare de rezervă.
Instalarea, toleranțele și punctele de uzură care contează
Cele mai multe plângeri ale cârmei în timpul serviciului se datorează alinierii și jocului lagărului la instalare, mai degrabă decât la folie în sine.
Stocul trebuie să se afle vertical în toleranța producătorului înainte de cuplarea actuatorului, iar timonei sau butucul rotativ trebuie montat după terminarea sudurilor carenei, deoarece deformarea sudurii mișcă inelul punții și preîncarcă lagărul gâtului. Odată ce circuitul hidraulic este închis, presiunea de punere în funcțiune, filtrarea și eliminarea aerului decid dacă angrenajul funcționează în liniște ani de zile sau zbârnâie de la prima călătorie.
Producători de unități hidraulice Produsele Tongzhou au obținut succesiv recunoașterea de la inspecțiile majore ale navelor, cum ar fi ZC, CCS, ZY, BV, ABS, LR, DNV, NK, KR, BKI etc. Produsele sunt exportate... Vizualizare produs → | Punct de verificare | De ce contează | Acțiune tipică |
|---|---|---|
| Verticalitatea stocului și alinierea lagărului gâtului | Nealinierea încarcă rulmentul și etanșarea actuatorului | Verificați înainte de cuplare, aleză sau dilata după sudare |
| Degajare pentru pilon și gudgeon | Slack apare ca o bandă moartă la volan și ca ciocănire | Reînnoiți tufa când jocul depășește limita producătorului; un element de sondaj de clasă |
| Decalaj între lamă și deschidere | Un spațiu prea mic accelerează eroziunea prin cavitație pe marginea lamei | Păstrați spațiul de desen și inspectați marginile la fiecare andocare |
| Acoperire și anozi | Sâmburele de pe marginea anterioară se transformă în crăpare | Retușați la fiecare andocare uscată, înlocuiți anozii la program |
| Stare ulei hidraulic | Pătrunderea apei sau sarcina de particule uzează pompele și supapele | Eșantionați la intervale fixe, schimbați filtrele pe dovezi, nu pe obișnuință |
Riscurile de achiziție care merită să fie evaluate
Greșelile costisitoare în achiziționarea cârmei de pupa sunt lacune în specificații, nu diferențe de preț între furnizori.
- Citarea cuplului la doar 35 de grade și apoi descoperirea că cuplul invers depășește valoarea nominală a actuatorului în timpul manevrei în port.
- Comandarea mecanismului de cârmă și a cârmei de la diferiți furnizori fără un desen comun de interfață pentru diametrul stocului, canalul de cheie și alezajul tijei.
- Acceptarea unui test din fabrică la presiune redusă, care ascunde un set de pompe care nu poate menține cuplul nominal printr-o rotație susținută.
- Lăsând societatea de clasificare ca martor în afara comenzii de cumpărare, astfel încât certificatul ajunge după fereastra de inspecție a navei.
- Uitând lista de piese de uzură, care transformă o înlocuire de rutină a sigiliului într-un exercițiu de achiziție de câteva săptămâni.
Întrebări frecvente
Este o cârmă de pupa același lucru cu o cârmă echilibrată?
Nu. Stern descrie locul unde este montată lama; echilibrat descrie cât de mult din suprafața sa se află în fața axei stocului. O cârmă de pupa poate fi dezechilibrata, semi-echilibrat sau complet echilibrat, iar decizia de echilibrare este cea care stabilește dimensiunea mecanismului de cârmă.
Poate o cârmă severă să conducă o navă care nu se mișcă?
Da, atâta timp cât elicea se rotește și lama sta în cursă. Forța vine apoi din spălarea accelerată, mai degrabă decât din viteza carenei, motiv pentru care procedurile de acostare se bazează pe explozii scurte ale motorului, mai degrabă decât doar pe cârmă.
De ce se simte roata slăbită în jurul mijlocului navei?
Pierderea mișcării în apropierea poziției neutre indică, de obicei, uzura bucșei, lagărul gâtului sau conexiunea tijei, sau aerul din circuitul hidraulic. Este un simptom de clearance-ul mecanic și rareori o problemă cu folie.
Profilul cârmei contează mai mult decât zona cârmei?
Zona stabilește plafonul pe forța disponibilă, în timp ce profilul decide cât de mult din acel plafon poate fi atins înainte ca fluxul să se blocheze. O lamă bine profilată la 35 de grade va depăși de obicei o placă plată mai mare împinsă la același unghi.
Cât de des trebuie întreținută sistemul de direcție?
Urmați manualul producătorului și ciclul de cercetare de clasă: analiza uleiului la intervale fixe, filtre pe dovezi și o inspecție completă a rulmenților, etanșărilor și legăturilor la fiecare andocare uscată.
Obțineți raportul de echilibru, curba cuplului și interfața actuatorului chiar în faza de interogare, iar o cârmă severă devine unul dintre cele mai puțin supărătoare elemente de pe navă. Lăsați oricare dintre ele deschis și timoneria o va simți la prima acostare cu vânt.
