操舵装置


定义 

      1、能在一定时间内保证将舵转动至所需角度的装置。般分人力操舵裝置和动力操舵装置两类。

      2、操舵装置是将驾驶台的转舵指令传递至舵机,使舵机按要求工作的整套装置的总称。

简介

操舵装置操舵装置

      一般由操舵机构、舵机和转舵机构三部分组成。操舵装置设置在驾驶室,能在一定时间内,保证将操舵指令及时传递给操舵动力机械的装置。通常指安装在舵机舱内的舵机和传动机构。操舵台设置在驾驶室中,上设操舵轮或操舵手柄、舵角指示器和部分航海仪表。人力操舵的传动装置有操舵索、操舵链、操舵轴、螺杆和液压等多种传动形式;动力操舵的传动装置有电力传动和电液传动等。除小型船舶外,一般舰船都使用动力操舵装置。

      操舵装置的传动方式有两种,一种是电传动,另一种是液压传动。液压操舵装置是利用液体不能被压缩的原理以及它的流向、流量可人为控制来传动的,该装置在操纵时较笨重,而且反应较迟钝,已逐渐被淘汰。电操舵装置是用电信号来传动的,具有操作方便、灵敏度高等优点,目前各船均采用此装置,该装置有利于船舶实现操舵自动化。 

      采用电操舵装置的船舶,都有两套独立操舵系统,当一套舵系统发生故障后,立即可以转换另一套操舵系统。这两套系统分别称为随动操舵系统(主操舵装置)和手柄操舵系统(辅助操舵装置)。另外,船舶还需配置应急操舵装置,当操舵装置系统全部发生故障时,则使用驾驶台与舵机房通信方式在舵机房用应急操舵装置操舵。 

     自动操舵控制装置,简称自动舵(autopilot),是在随动操舵基础上发展起来的一种全自动控制的操舵方式。它是根据陀螺罗经的航向信号和指定的航向相比较来控制操透系统,自动使船舶保持在指定的航向上。由于自动舵灵敏度和准确性都较高,它替代人工操舵后,相对提高航速和减轻舵工的工作量。目前商船均配置有自动舵,当定向航行且航区没有他船来往时,则可改手操舵为自动舵。 

      舵机按动力来源分为人力舵机、蒸汽舵机、电动舵机和液压舵机等。转舵机构是将舵机发出的力传递给舵杆使舵转动的构件,包括舵柄、舵柄连杆、甲板舵角限位器和舵掣等。舵柄有直舵柄、横舵柄、圆舵柄和舵扇。较大型的舰船一般都用舵扇,即外表呈扇形而扇轴与舵杆套固的舵柄。为了使双舵或多舵的舰船操舵对各舵能步调一致地转动,还需设置舵叶同步机构,船长和上舵杆直径达到一定数值的舰船都备有三套操舵装置,即主操舵装置、辅操舵装置和应急操舵装置,以保证舰船航行安全。备有随动操舵仪的舰船可实现随动操舵。装有自动操舵仪的自动操舵装置,可根据预先设定的航线或航向与实际偏离的位差,发出操舵指令自动控制舵机来操舵。目前这种控制可利用计算机来实现。

组成

      船舶在航置概述行中,稳定航行和改变航向需通过操舵装置控制舵叶的转向和转角来实现。所以操舵装置的灵敏性和可靠性,对于船舶的航行安全同样至关重要。一套完善的操舵装置应由下列部分组成:

      (1)操舵台用来控制操舵机构,包括舵轮和舵角指示器等;

      (2)操纵机构用以控制舵机运转的一套操纵机构;

      (3)舵机推动传动机构的原动机;

      (4)传动机构转动舵柱(轴)及舵叶;

      (5)自停装置完成任务时,使舵机停车;

      (6)回报装置向驾驶室回报舵叶实际所在舵角的舵角指示器;

      (7)限角装置防止超过最大舵角以致损坏有关设备的安全设施;

      (8)太平舵装置作为备用操舵装置,通常是人工操作。

分类

      1、操舵装置按照转舵方式或动力源可分为以下五种形式:

      (1)人力操舵装置;

      (2)蒸汽操舵装置,

      (3)电动操舵装置;

      (4)气动操舵装置;

      (5)液压操舵装置。

      小吨位、低航速的船舶一般用人力操舵;对于大吨位、高航速的船舶,转舵力矩较大,因此需采用蒸汽、电动操舵装置。目前应用较广泛的是电动-液压操舵装置。      

      2、按使用上分,有主操舵装置、备用操舵装置、应急操舵装置等;

      3、按操舵方式分,有人力操舵装置和自动操舵装置(自动舵)两种。 

      4、根据动力源的不同,操舵装置可分为电动操舵装置和液压操舵装置等;

      5、根据有关公约和规范,操舵装置又分主操舵装置和辅助操舵装置。 

操舵装置的基本形式

操舵装置操舵装置
      操舵装置按其使用要求可分为主操舵装置和辅助操舵装置。

      主操舵装置系指在正常航行情况下,为驾驶船舶而使舵产生动作所需的机械、转舵机构、舵机装置动力设备及其附属设备和向舵杆施加转矩的部件,如舵柄及舵扇。主操舵装置能在船舶最大航海吃水和最大营运前进航速时进行操舵,使舵自任一舷的35°转至另一舷的35°,并且于相同条件下自一舷的35°转至另一舷的30°的时间不超过28s。为此,舵柄处的舵杆直径(不包括冰区航行加强)大于120mm时,主操舵装置应为动力操作。同时,主操舵装置和舵杆应设计成在船舶最大后退速度时不致损坏。

      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。辅助操舵装置应具有足够的强度和足以在可驾驶的航速下操纵船舶,并能在应急情况下迅速投入工作。具体来说,应能在船舶最大航海吃水和最大营运前进航速的一半但不小于7kn时进行操舵,舵自一舷的15°转至另一舷的15°,且所需时间不超过60s。为此,在任何情况下当舵柄处的舵杆直径(不包括航行冰区的加强)大于230mm时,辅助操舵装置应为动力操作。

      人力操舵装置只须当其操作力在正常情况下不超过160N,且确保其结构不致对操舵手轮产生破坏性的反冲作用时,方允许装船使用。 

一般要求

      1、每艘船舶应配备主管机关满意的主操舵装置和辅助操舵装置。 

      2、主操舵装置和舵杆应:

      (1)具有足够强度,并能在验证的最大营运前进航速下操纵船舶;

      (2)能在船舶最深航海吃水和以最大营运前进航速前进时将舵自一舷35°转至另一舷的35°以及于相同条件下在28s内将舵自一舷35°转至另一舷30° 。

      3、辅助操舵装置应:   

      (1)具有足够强度和足以在可航行的航速下操纵船舶,并能于紧急时迅速投入工作;

      (2)能在船舶最深航海吃水和以最大营运前进航速的一半或7节前进时(取大者),在不超过60s内将舵自一舷15°转至另一舷15° 。

      4、主操舵装置和辅助操舵装置的动力设备应:

      (1)布置成失电后再次获得电源供应时能自动再起动;

      (2)能从驾驶室使之投入工作。操舵装置的任何一台动力设备失电时,应在驾驶室里发出声光警报。

      5、驾驶室与舵机室之间应设有通信设施。

      6、舵角位置:

      (1)当主操舵装置系动力操纵,应在驾驶室显示。 

      (2)能在舵机室内辨认出来。

      7、如果要求舵柄处舵杆直径超过230mm(不包括冰区加强),应设有由应急电源或位于舵机室内的独立动力源在45s内自动供电的替代动力源。每艘10000总吨及以上的船舶,替代动力源应具有至少连续运转30min的能力,在任何其他船舶上则至少为10min。

海船操舵装置的配置

      每艘船舶均应配置一套主操舵装置和一套辅助操舵装置。主操舵和辅助操舵装置应满足当其中一套发生故障时不致引起另一套也失效。

      当船舶配备的主操舵装置具有两台或几台相同的动力设备时,可不设置辅助操舵装置。但是对客船来说,任一台动力设备不工作时,主操舵装置仍能按规定进行操舵;对货船来说,则在所有动力设备都工作时,主操舵装置能按规定进行操舵。

      10000总吨及以上的油船、化学品船、液化气体运输船和70000总吨及以上的其他船舶,其主操舵装置应设有两台或几台相同的动力设备,并能达到上述操舵要求。 

操舵控制系统

      主操舵装置应在驾驶室和舵机舱两处都设有控制器(操舵器)。当主操舵装置设有两台或几台相同的动力设备时,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。但这并不要求设双套操舵手轮或手柄。若控制系统是由液压遥控传动装置组成时,除10000总吨及以上的油船、化学品船、液化气体运输船外,不必设置第二套独立控制系统。 

      10000总吨及以上的每艘油船、化学品船、液化气运输船的主操舵装置应包括两个相同的动力转舵系统在正常运行中同时工作能满足正常操舵的要求。当一个动力转舵系统的任何部分(但除舵柄、舵扇或为同样目的的服务的部件因转舵机构卡住外)发生单项故障以至丧失操舵能力时,应在45s 内能够重新获得操舵能力。

      辅助操舵装置应在舵机舱进行控制,若辅助操舵装置是用动力操纵,则也应能在驾驶室实行控制,并应独立于主操舵装置的控制系统。

操舵装置的基本性能和要求

      SOLAS公约与我国《钢质海船入级与建造规范》对操舵装置的基本要求作了规定。 

      1、总的要求 

      1)每艘船舶应配备满意的主操舵装置和辅助操舵装置。主操舵装置和辅助操舵装置的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; 

      2)所有操舵装置的部件和舵杆应使有关当局满意的坚固和可靠的构造。对于非双套的必要部件的适用性应特别注意。任何这类必要部件,如合适时,应采用耐磨轴承,如球轴承、滚柱轴承或者能持久润滑或设有润滑装置的套筒轴承; 

      3)对于承受内部液压的管系和其他操舵装置的部件,确定其尺寸计算所用的设计压力应至少为规范要求运行状态下可能再出现的最大工作压力的1.25倍,同时应考虑在该系统低压一侧可能存在的压力;

      4)凡在液压系统中能被隔断的和由于动力源或外力作用能产生压力的任何部件,应设置安全阀。安全阀的调定应不超过设计压力。安全阀应有足够尺寸并布置成能够避免过分升高的压力超过设计压力。 

      2、监控与供电要求 

      1)对于电动或电动液压操舵装置,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)由1台或几台动力设备组成的每一电动或电动液压操舵装置至少应由两个自主配电板直接供电的专用电路来供电;但是,其中之一可以由应急配电板供电。与电动或电动液压主操舵装置相联系的电动或电动液压辅助操舵装置可与向此主操舵装置供电的电路之一联结。向电动或电动液压操舵装置供电的电路应有足够容量,以便能同时向与它联结且可能需要同时工作的所有电动机供电。 

      3)这类电路和电动机应设有短路保护和过载报警装置。包括起动电流在内的过电流保护装置(如有时),应不小于所保护电路或电动机全负荷电流的两倍,并应布置成能允许适当的起动电流通过。如采用三相供电,应设有能指示任一相所发生故障的报警装置。警报应是声光的,并应位于正常控制主机的主机处所或控制室内明显位置上。 

      3、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)为了满足上述要求,当舵柄处的舵杆直径(不包括航行冰区的加强)大于120mm时,该操舵装置应为动力操纵; 

      3)设计成船舶最大后退航速时不致损坏。但这一设计要求不需要在试航中的最大后退速度和最大舵角进行验证。 

      4、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)为了满足上述要求,以及在任何情况下当舵柄处的舵杆直径(不包括航行冰区的加强)大于 230mm时,该操舵装置应为动力操纵。

      人力操舵装置只有当其操作力在正常情况下不超过160N,且确保其结构不致对操舵手轮产生破坏性的反冲作用时,方允许装船使用。 

      5、主操舵装置和辅助操舵装置动力设备的布置 

      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。 

      6、如果主操舵装置具有2台或2台以上相同的动力设备,则在下列条件下可不必设置辅助操舵装置: 

      1)对于客船,当任一台动力设备不工作时,主操舵装置仍能按上述第3条第1款的规定进行操舵; 

      2)对于货船,当所有动力设备都工作时,主操舵装置能按上述第3条第1款的规定进行操舵;

      3)主操舵装置布置成当其管系或一台动力设备发生单项故障时,此故障能被隔离,使操舵能力能够保持或迅速恢复。

      另外,非液压形式的操舵装置,应达到等效的标准,并经船级社同意。

      操舵装置应设有有效的舵角限位器。以动力转舵的操舵装置,应装设限位开关或类似设备,使舵在到达舵角限位器前停止。装设限位开关或类似设备应该与转舵机构本身同步,而不应与舵机的控制相同步。

      操舵装置应有保持舵位不动的制动装置。 

      7、应按下列要求布置操舵装置的控制系统 

      1)对于主操舵装置,应在驾驶室和舵机室两处都设有控制器; 

      2)当主操舵装置按照上述第6条的规定设置时,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。但这并不要求设双套操舵手轮或手柄。如果控制系统是由液压遥控传动装置组成时,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)对于辅助操舵装置应在舵机室进行控制,如辅助操舵装置是用动力操纵,则也应能在驾驶室进行控制,并应独立于主操舵装置的控制系统。 

      8、能从驾驶室操作的主、辅助操舵装置的控制系统应符合下列要求 

      1)在舵机舱应设有能将驾驶室操纵的任何控制系统从正在运转的操舵装置上断开的设施。 

      2)此控制系统应能在驾驶室某一位置被投入工作。 

      9、驾驶室与舵机室之间应设有通信设施 

      10、舵角位置. 

      1)如主操舵装置为动力操纵,则应在驾驶室显示。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。 

      11、液压动力操舵装置应满足下列要求 

      1)考虑到液压系统的形式和设计特点,应具有保持液压流体清洁的设备; 

      2)每一液压系统的循环油箱应设低位警报器,以尽早地指示液体的泄漏,在驾驶室和机器处所内易于观察的地方发出声、光警报; 

      3)当主操舵装置要求动力操纵时,应设有一个固定储存柜,其容量足以使一个动力转舵系统包括循环油箱进行再充液。储存柜应用管路固定连结,使液压系统能在舵机室内便于充液,并应设有液位计。 

      12、安全阀

      能被隔断的液压系统的任何部分,以及由于动力源或外力作用能产生压力的任何部分均应设置安全阀。安全阀应调整在不大于设计压力时开启。并且,阀应具有足够大的通径,以防止压力的升高超过设计压力。

      安全阀开启压力应不小于1.25倍的最大工作压力。 

      13、舵机室 

      1)易于到达,并尽可能与机器处所分开; 

      2)布置适当,以保证有通向操舵机械和控制器的工作通道。且为了保证万一液压流体发生泄漏时有事宜的工作条件,这些布置包括扶手、栏杆和格木栅或其他防滑底板。

      14、操舵装置的应急动力:

      对于舵柄处舵杆直径大于230mm(不包括航行冰区加强)的所有船舶,应设有能在45s 内向操舵装置自动供电的替代动力源。这种动力源,应为应急电源或位于舵机室内的独立动力源,其容量至少满足供应符合上述第3条第2款要求的操舵装置的 1台动力设备及与其联用的控制系统和舵角指示器提供足够的能源。此独立动力源应只准专用于上述目的。在10000总吨及以上的每艘船舶上,其替代动力源应具有足够供应至少连续工作30min的能量,而在任何其他船舶上则至少为10min。 

      如操舵装置的替代动力源为1台位于舵机室内独立的由发动机驱动的液压泵,其发动机的自动起动装置应符合应急发动机组自动起动的有关规定。

      15、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符合上述第6条规定的相同的动力设备。 

      16、10000总吨及以上的每艘油船、化学品船、液化气体运输船,除满足15条的规定外,其操舵装置还应符合如下规定: 

      1)主操舵装置应这样设置,即由于主操舵装置的一个动力转舵系统的任何部分(但除舵柄、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,应在45s内能够重新获得操舵能力; 

      2)主操舵装置应包括: 

      (1)两个独立和分开的动力转舵系统,每个系统均满足上述第3条第2款的要求;或 

      (2)至少两个相同的动力转舵系统在正常运转中同时工作时,能满足上述第3条第2款的要求。当需要符合此要求时,各个液压动力转舵系统应相互连结。任一个系统中液压流体的丧失时应能被发现,以及有缺陷的系统应能自动隔离,以使其他动力转舵系统保持安全运行。 

      3)非液压型式的操舵装置应能达到同等的标准。 

      17、对10000总吨及以上但小于100000载重吨的油船、化学品船或液化气体运输船的操舵装置,如能够达到同等安全衡准和符合下述规定时,可允许采用不同于上述第15条所述的办法,即对舵的一个或几个动力转舵系统不必应用单项故障标准: 

      1)由于管路或一台动力设备的任何部分发生单项故障而丧失操舵能力时,应在45s内恢复操舵能力; 

      2)如果操舵装置只包括单一转舵系统,则应对设计时的应力分析,包括疲劳分析和断裂力学分析(如适用)和对所使用的材料、密封装置的安装、试验检查以及有效维护规定等予以特别考虑。

      如舵机制造厂欲使其产品符合国际海事组织通过的《10000总吨及以上但小于100000载重吨的油船、化学品船和液化气体运输船的非双套转舵系统的验收准则》的要求,则应提供相应的资料,并经船级社认可。

CCS对高速船操舵装置规定

      可靠性

      1、海上高速船应设有主操舵装置和辅助操舵装置,以确保船舶的操舵控制不因它们中之一失效而受影响。

      2、如果主操舵装置具有两台或两台以上的动力设备,则满足下列条件之一时,可免设辅助操舵装置:

      (1) 当任一台动力设备不工作时,主操舵装置的工作仍能使 CCS 满意;

      (2) 主操舵装置的管系或一台动力设备发生单项故障时,能采用隔离的方法,使操舵能力得以保持或迅速恢复。

      3、采用具有方向控制功能喷水推进器的高速船,可免设辅助操舵装置。

      4、主操舵装置采用非动力操纵控制的机构时,可免设辅助操舵装置。

      5、操舵装置动力设备的动力源发生故障失效再恢复工作时动力设备应能立即起动运转。

      报警

      1、液压动力操舵装置每一液压系统的循环油箱应设低位报警器,且能在机器处所和驾驶室发出声、光报警信号。

      2、操舵装置动力设备的动力源发生故障时,应在驾驶室发出声、光报警信号。

      其他

      1、人力操舵装置只有当其操作力在正常情况下不超过160N,且确保结构不致对操舵手轮产生破坏性的反冲作用时,方允许装船使用。

      2、所有海上高速船包括全垫升气垫船首推进器操作控制装置在内的操舵装置,其传动链中的任何故障出现应不会危及到船舶的安全。



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