3.5 Успокоители качки
Успокоителями качки принято называть устройства, которые применяются для уменьшения амплитуды качки судна. Действия установленных на судне успокоителей качки состоит в том, что они создают переменный стабилизирующий момент, противоположный по знаку возмущающему моменту волны. В настоящее время применяются успокоители только бортовой качки. Уменьшить амплитуды килевой и вертикальной качки с помощью успокоителей практически трудно, т.к. еще не созданы успокоители, способные развивать большие, чем при бортовой качке стабилизирующие моменты.
Успокоители качки делятся на: пассивные и активные. Действие рабочих органов пассивных успокоителей основано на создании стабилизирующего момента за счет колебательных движений судна во время качки, т.е при их использовании отпадает необходимость в специальных источниках энергии. В активных успокоителях стабилизирующий момент создается принудительно с помощью особых механизмов, управляемых специальным регулирующим устройством, которое в свою очередь, реагирует на колебания судна. Активные успокоители более эффективны, но на их работу нужно затрачивать дополнительную мощность.
Пассивные успокоители.
К числу пассивных успокоителей качки относятся скуловые кили и пассивные успокоительные цистерны.(рис. 3.7)
Рис.3.7
Пассивные успокоители качки
Скуловые кили являются наиболее простым и эффективным средством уменьшения бортовой качки и потому находят самое широкое применение. Они представляют собой наделки в виде пластин площадью до 4% от площади ватерлинии, установленные по нормали к скуле в средней части корпуса (вдоль линии тока воды) длиной 40%--70% от длины судна. Скуловые кили позволяют снизить амплитуды бортовой качки до 50% . Пассивные успокоительные цистерны могут быть двух типов: I рода-- закрытого, не сообщающиеся с забортной водой и II рода-- открытого, сообщающиеся с забортной водой. Цистерны наполовину заполнены водой и соединены водными и воздушными каналами с регулирующим клапаном .Клапан регулирует переток воды между цистернами таким образом, чтобы она не поспевала за креном судна и , отставая, переливалась бы по инерции в сторону поднимающегося борта, создавая момент, препятствующий крену судна, что и успокаивает качку. Пассивные успокоительные цистерны наиболее эффективны при резонансной качке. При других условиях и режимах волнения такие успокоители практически не умеряют качку и даже могут привести к увеличению амплитуд качки. Наличие свободной поверхности жидкости в цистернах так же неблагоприятно влияет на остойчивость судна. Из за указанных причин , пассивные цистерны в настоящее время практически не используются.
Создание стабилизирующего момента с помощью успокоительных цистерн происходит за счёт сдвига фаз колебаний судна и внутренней жидкости. В пассивных цистернах он определяется количеством воды, размерами и положением цистерн, параметрами соединительного канала и может регулироваться лишь в узких пределах. В активных цистернах процесс переливания контролируется в зависимости от измеряемых значений угла крена и угловой скорости бортовой качки, постоянно обеспечивая оптимальную величину сдвига.Эти цистерны эффективны при всех режимах качки. Вес воды в цистернах составляет около 4% от водоизмещения судна. На рис. 3.8 приведена схема стабилизации судна типа "Интеринг", которую можно использовать и как противокреновую, и для умерения качки.
Рис3.8
Схема активной стабилизации судна.
Бортовые цистерны 1 и 2 соединены в нижней части каналом, а в верхней - воздушным трубопроводом. Подача воздуха от компрессора 3 регулируется автоматическими клапанами 4 и 5 или управляемыми вручную клапанами 6 и 7. Автоматические клапаны открываются по сигналу от кренометра с учетом величины и знаков сигнала датчика угловой скорости и постоянно поддерживают оптимальную задержку переливания жидкости в цистернах. Более эффективно работает система, разработанная фирмой Браун, в которой перетекания жидкости обеспечивается работой водяного насоса. Схема такого успокоителя приведена на рис. 3.9
Рис.
3.9
Активные цистерны фирмы
Браун.
Здесь: 1 – двигатель; 2 – автоматическая следящая система, осуществляющая перекладку верхних и нижних клапанов 3; 4- гребной винт насоса, который вращается в одном направлении и осуществляет перекачку воды снизу вверх; 5 – цистерна правого борта; 6 - цистерна левого борта. Двигатель работает непрерывно. Если необходимо перекачать воду из цистерны правого борта в цистерну левого борта, то открывают нижние правые и верхние левые клапаны, как это показано на рис. 3.9, что обеспечивает перекачку воды в заданном направлении. При обратной перекачке вышеуказанные клапаны закрываются, открываются нижние левые и верхние правые клапаны. На рисунке показан максимальный кренящий момент по направлению часовой стрелки, в это же время стабилизирующий момент достигает амплитудного значения, но действует в противоположном направлении. При этом цистерна правого борта почти осушена, а со стороны левого борта близка к заполнению.
Наиболее распространенными активными гидродинамическими успокоителями качки являются бортовые управляемые рули, представляющие собой крылья малого удлинения, которые при их обтекании на ходу судна создают стабилизирующий момент :
где Yi - подъемная сила руля, di - плечо силы Yi относительно продольной оси, проходящей через центр тяжести корабля, n- число рулей. Схема действующих сил приведена на рис. 3.10,
Рис. 3.10 Схема действующих сил на бортовых рулях.
Подъемная сила крыла определяется известной формулой гидромеханики.
Где ρ-массовая плотность воды, Cy- коэффициент подъемной силы, v-скорость обтекания, S-площадь крыла в плане.
Пост управления системой стабилизации расположен на мостике судна. Он включает в себя измерительную аппаратуру, усилители и корректирующие блоки. Силовые блоки исполнительных механизмов находятся в непосредственной близости от стабилизирующих рулей в машинном отделении.