基本介紹
- 中文名：主動舵
- 外文名：active rudder
- 領域：海洋工程船舶
- 作用：航速較低時使船仍有較好的性能
- 適用對象：布纜船、渡船、拖船
- 結構特點：一般舵後部設會一小導管螺旋槳
基本介紹,結構及作用,轉舵裝置方案,電力拖動裝置,
基本介紹
普通舵的效應隨著航速的減小而減小。為了提高舵設備在低速運動時的效應，採用所謂主動舵。它是普通舵同安裝在舵上的推進器(通常是螺旋槳)的組合。這種推進器的推力方向隨著舵的轉動而變化。為了避免損壞以及提高有效推力，主動舵的螺旋槳通常配置短導流管。
藉助於主動舵得以保證船舶在低速和慣性運動時的操縱性，而且還可以得到船舶主要動力裝置由於轉速下限的影響而不能得到的低速推進。所以，儘管結構很複雜，主動舵卻越來越多地被安裝在要求高機動性的船上。由於主動舵在轉動任何角度時都形成側向力，它同普通舵的區別在於，主動舵的最大轉角通常是70° ~ 90°。當最大轉角等於 90°時，主動舵的側向力等於其推進器的有效推力。
主動舵中，螺旋槳的傳動是通過水冷式潛水鼠籠，異步電動機實現的。此外，從電動機通過空心上舵桿通到主動舵螺旋槳的機械傳動結構也是所熟知的。
結構及作用
主動舵的外形如圖1所示，它就是在普通舵上順舵葉中心面的後部附裝一個小型推進器，推進器由裝於舵葉內部的特殊電動機來拖動。轉舵時，此推進器隨著舵葉一起偏轉，於是它便在轉舵方向產生推力。這個推力所造成的使船迴轉的轉矩耍比舵葉造成的轉矩大得多，它的作用再加上舵葉的作用，大大加速了船舶的迴轉。一般情況下，用了主動舵以後，由於有了小螺旋槳的轉船力矩，所以舵葉的面積可較一般舵的面積為小。
圖1 主動舵的外形
圖1 主動舵的外形一般舵裝置的轉船力矩與航速有關，在航速甚低時其作用甚小，主動舵則不僅可以在低航速時仍保證艚舶有良好的迴轉性能，而且在船舶完全停車時仍可發全作用，它還可以使船舶橫向移動或原地轉向。
同時，主動舵的小螺旋槳還能起輔助推進器的作用，使船舶能在主機停歇的情現下可作低速度的運動。
因此，主動舵可以大大提高船舶的機動性能。同時，它還可以提高船舶的航向穩定性。
轉舵裝置方案
主動舵的轉舵裝置必須適應大轉舵角的要求，一般常規的液壓舵機和電動舵機業不全能適用。在普通船舶上一般只要求最大舵轉角為 ±35°左右，欲滿足± 60° ~ 90°的轉舵角度，必須採用特殊的結構型式，目前可選擇作為主動舵轉舵裝置的有四種基本方案:
1.特殊結構的往復式液壓舵機
在舵轉角為±35°的普通船船上，液壓舵機己越來越重要，特別是超過萬噸級的大型船舶幾乎全部採用液壓舵機，這主要是因為液壓舵機能夠利用高液壓能源在較緊湊的結構尺寸條件下產生強大的輸出力或輸出力矩，業且動作靈敏、工作可靠。但是常規的往復式液壓舵機不能實現主動舵所要求的± 60°~ 90°這樣大的舵轉角，例如一般往復式液壓舵機。
為了使往復式液壓舵機能夠用於主動舵，必須採用特殊的結構。有些國家曾經設計和生產過若干種液壓柱塞連桿式舵機，在柱塞與舵柱之間採用連桿機構傳遞動力，這樣在柱塞行程加大不太多的情況下，使舵轉角達到± 90°。但是這種舵機中有不少由於機構過於複雜，柱塞密封裝置更換困難，要全部拆開才能更換密封等缺點而沒有得到推廣使用。
2.轉葉式液壓舵機
許多國家採用轉葉式液壓舵機作為主動舵的轉舵裝置。但是具有四個工作油腔的兩葉片式轉葉舵機，由於它的兩個動片和兩個定片均必須有一定厚度，因此不可能使舵轉角達到± 90°。一般其轉舵角度範圍只能達到± 65°~ 70°，若要保證主動舵能夠轉動± 90°，則只能採用單葉片式轉葉舵機。單葉片式在轉葉舵機的工作葉片上受力不平衡，使舵桿產生附加的彎曲力矩和軸承負荷，尤其嚴重的是不平衡力將會使轉葉舵機密封困難的問題更加突出，影響工作的可靠性和耐久性，同時更換密封裝置要拆開舵機才能進行。因此它與往復式液壓舵機相比較，雖然重量及外形尺寸的指標較為有利，但也不能認為是適用的。
3.電動機械式舵機
能夠用於主動舵作為轉舵裝置的另一種型式是電動機械式舵機，簡稱電動舵機。它是由電動力矩馬達通過機械傳動裝置將扭矩傳遞到舵柱上進行轉舵工作的，從其最後一級傳動型式來看，一般是由一個小齒輪和固定在舵柱上的齒扇所組成，只要加大齒扇弧度，就可以擴大舵轉角範圍，若將齒扇做成一個大齒圈，甚至可以獲得± 360°的任意的轉舵角度。
4.液壓機械式舵機
近年來，國外用作主動舵轉舵裝置的還有液壓機械式舵機。它是採用油馬達作為力矩馬達，再通過機械傳動裝置進行推舵，基本上具有液壓舵機的性能特點，因而也稱為油馬達式液壓舵機。液壓機械式舵機可以使舵轉角達到± 90°，它的機械傳動部份有與電動機械式舵機相似的地方，但是油馬達具有轉速低扭矩大的特性，因而可以使它的傳動裝置簡化得多。
電力拖動裝置
主動舵小螺旋槳的拖動電動機通常裝置在舵葉內部，舵葉為流線型舵。電動機通常為三相交流鼠籠式感應電動機，內徑甚小而殼體較長，其內部充滿淡水，轉子印在淡水中旋轉，故一般稱之為潛水電動機。淡水用作為電動機的冷卻劑，使功率大而體積小，它同時還可防止海水的侵入。淡水的循環和冷卻由通過舵軸的水管進行。電動機的定子繞組的絕緣需要有良好的防水性能，同時在電動機內部近水處需塗以防止腐蝕和電觸的絕緣漆。
如果船上有三相電源，則電動機可由一般的船舶電網供電。如果要求主動舵可以調速，劇必須有單獨的交流電源供電。如果船舶電網是直流的，則須裝換流機組。也可以考慮將電動機裝設在舵機倉中而通過齒輪傳動裝置來拖動螺旋槳。
主動舵螺旋槳的電力拖動，可以設計成可調速或不可調速的，它可由接觸器來進行控制。電力拖動的容量由所需要的推力來決定。通常它是不調速的，因此其控制設備甚為簡單。
在主動舵中拖動舵葉使之偏轉的電力拖動裝置的設計與一般的舵裝置是相同的，不過這時應當注意到，為了充分發揮主動舵的作用，常將偏舵角增大到75° ~ 90°。在敲靜時應孩要充分考慮到它對電力拖動裝置的影響。
