Kormila i kormilarski strojevi

1. Kormila i kormilarski strojevi

2. Brod u izvođenju okreta

3. Putanja broda pri manevru kružnog okreta

4. Središte okretanja (eng. pivot point) je točka na središnjoj liniji oko koje se brod okreće kada je kormilo otklonjeno u neku od strana. • Pri okretanju broda, središte okretanja opisuje putanju po kojoj brod kruži. • Središte okretanja najčešće se nalazi na približno 1/3 duljine broda mjereno od pramca, pri vožnji naprijed, odnosno na približno 1/3 duljine broda mjereno od krme, pri vožnji krmom. • Pozicija središta okretanja varira s brzinom plovidbe broda. Povećanje brzine broda pomiče središte okretanja broda u smjeru plovidbe broda. • Promjer kružnice okretanja broda ovisi o kutu kormila i brzini broda. Pri nepromijenjenom kutu kormila, povećanje brzine utjecat će na povećanje kružnice okretanja. Vrlo male brzine plovidbe također povećavaju promjer kružnice okretanja zbog smanjenog djelovanja kormila.

5. Napredovanje (eng. advance) je udaljenost koju brod prevali dok ne postigne novi kurs. Napredovanje se mjeri od trenutka kada je kormilo zakrenuto u stranu. • Pomak je udaljenost postignuta u smjeru novog kursa. • Taktički dijametar je udaljenost postignuta na lijevu ili desnu stranu od prvobitnog kursa nakon što je izvedeno 180° okreta. • Radijus kruženja - kada bi brod nastavio kruženje pri istoj brzini i zakretu kormila, okretao bi se po ovoj kružnici. Radijus, odnosno promjer kruženja je gotovo uvijek manji od taktičkog dijametra.

6. Podjela kormila • Prema obliku presjeka tijela, kormila mogu biti: • jednoplošna • strujna • Jednoplošna kormila imaju znatno veći otpor od strujnih i danas se rijetko susreću, uglavnom kod malih plovila ili plovila bez vlastitog pogona. • Strujna kormila imaju presjek simetričnog strujnog profila koji znatno smanjuje otpor, ali se zbog šuplje strukture javljaju problemi održavanja nepropusnosti.

7. Obično nebalansno plosnato kormilo Obično nebalansno strujno kormilo

8. Prema načinu pričvršćenja kormila za trup, kormila se dijele na: • oslonjena kormila, • ovješena kormila i • poluovješena kormila. • Oslonjena ili obična kormila se pričvršćuju preko jednog ili više ležaja na statvi kormila za krmenu statvu, a preko struka kormila za trup broda. Ovješena kormila, su pričvršćena za trup broda samo preko struka kormila. Poluovješena kormila se oslanjaju dodatno na statvu kormila ili na rog kormila, izdanak povezan za krmu. a) Oslonjeno o tri štenca b) Oslonjeno o dva štenca c) Simplex kormilo

9. d) Bez središnjeg štenca e) S običnim štencem f) S ugrađenim štencem • Po obliku, u uporabi su najčešća pravokutna kormila. Pritom su duga uska kormila djelotvornija sa stajališta upravljanja. Kod ovješenih i poluovješenih kormila, često se primjenjuje trapezni oblik, kojim se podiže hvatište sile na kormilo prema gore. Mogući su i drugu oblici kormila, obično zaobljeni.

10. Prema omjeru površina kormila ispred i iza osi vrtnje, kormila se dijele na: • nebalansna: cijela površina kormila je iza osi rotacije kormila, • polubalansna: 10%-15% površine kormila je ispred osi rotacije i • balansna: 20%-25% površine kormila je ispred osi rotacije kormila. a) Nebalansno b) Polubalansno c) Balansno

11. Poluovješeno polubalansno strujno kormilo Viseće balansno strujno kormilo

12. Oslonjeno balansno strujno kormilo

13. Prikazani su klasični i najčešće korišteni tipovi kormila. Međutim, u novije vrijeme razvijeni su još neki tipovi kormila koji poboljšavaju karakteristike klasičnih kormila. • Tako je, na primjer, razvijen tip kormila sa zakretnim krilcem, kojim se postiže povećanje sile uzgona pri jednakom kutu otklona kormila. Kormila sa zakretnim krilcem

14. Ovakva kormila omogućuju: • odabir optimalne veličine površine kormila i zakretnog krila • smanjeni potrebni moment kormilarskog stroja • zakretanje kormila do 45° i dodatno zakretanje krila od 45° • u specijalnim izvedbama mogući su zakreti do 65° i dodatno zakretanje krila od 45° • Održavanje upravljačkih poluga i zglobnih veza je jednostavno • izdržljiva konstrukcija omogućuje plovidbu i u polarnim uvjetima (led)

15. Također, razvijen je tip kormila sa zakrenutim prednjim rubom. Njegova karakteristika je oblik kojim se izbjegava pojava kavitacije i erozije na kormilu, a koja nastaje zbog intenzivnog vrtložnog strujanja koje stvara brodski vijak. Kormilo sa zakrenutim prednjim rubom

16. Ovaj tip kormila ima sljedeće karakteristike: • nema pojave kavitacije • izvedba je ovješena, ne treba rog kormila te je masa zbog toga smanjena • smanjeni troškovi ugradnje, nema odljevaka • ima povećani stupanj iskorištenja propulzije • smanjena debljina profila kormila • smanjeni broj ležajeva • jeftinije održavanje

17. Moguće je dobre karakteristike oba prije spomenuta tip kormila objediniti u jednoj izvedbi, te se za brze brodove može koristiti izvedba sa zakrenutim prednjim rubom i zakretnim krilom.

18. Primjeri ostalih tipova i izvedbi kormila Kormilo Clamp-shell

19. Obična okretljiva sapnica Viseća okretljiva sapnica

20. Schilling kormilo

21. Schilling kormilo može se izrađivati u ovješenoj izvedbi ili poluovješenoj izvedbi. • Schilling kormila imaju sljedeće karakteristike: • odlično održavanje pravca pri punoj brzini • poboljšana upravljivost pri vrlo malim brzinama • poboljšana sposobnost izvođenja zaokreta sa značajno smanjenim polumjerom okretanja • s mogućnošću zakreta od 70°, Schilling kormilo omogućuje kontrolu porivne sile za postizanje efikasnog bočnog potiska • forma ribljeg repa ubrzava strujanje i povećava uzgon na stražnjem dijelu kormila

22. Struktura kormila i njene izvedbe Strukture strujnih kormila

23. Profili strujnih kormila - NACA profili • Prije nego je Nacionalni savjetodavni odbor za aeronautiku (National Advisory Committee for Aeronautics -NACA) razvio serije profila avionskih krila, konstrukcija profila krila je bila proizvoljna te su se konstruktori oslanjali samo na iskustvo s ranije razvijenim profilima te eksperimentima pri njihovim izmjenama. • Ovaj pristup počeo se je mijenjati u ranim 1930-tim godinama kada je objavljeno izvješće pod naslovom "The Characteristics of 78 Related Airfoil Sections from Tests in the Variable Density Wind Tunnel". • U ovom važnom izvješću, autori su istaknuli koji su profili bili najuspješniji te dvije varijable koje imaju najveći utjecaj na karakteristike i ponašanje profila, a to su nagib središnjice profila te distribucija debljine profila iznad i ispod te linije.

24. NACA 4 znamenkasti profili • Prva serija profila konstruirana na ovaj način su bili NACA 4 znamenkasti profili • Prva znamenka definira ispupčenje središnjice profila u postocima duljine, druga znamenka definira položaj maksimalnog ispupčenja u desetinama duljine mjereno od prednjeg dijela profila, dok posljednje dvije znamenke definiraju najveću debljinu profila u postocima duljine profila. • Npr., NACA 2415 profil ima debljinu od 15% s ispupčenjem središnjice od 2% smještenim 40% od prednjeg ruba profila. • Za brodska kormila koriste se NACA 00xx profili, odnosno profili koji su simetrični u odnosu na središnju os. Na slici ispod prikazan je profil NACA 0015.

25. Izvedbe strukova kormila (vratila kormila) Izvedbe strukova kormila

26. Izvedbe aksijalnih ležajeva kormila Izvedbe aksijalnih ležajeva kormila

27. Izvedbe ležajeva Izvedbe ležajeva

28. Montaža lista kormila Spoj struka i lista kormila

29. Štenac kormila

30. Štenac kormila

31. Matica štenca kormila

32. Pogled kroz rog kormila (odozdo prema gore)

33. Kormilarski strojevi • Opći zahtjevi kojima moraju udovoljavati kormilarski strojevi, temeljeni na pravilima konvencije SOLAS i većine klasifikacijskih društava, mogu se sažeto prikazati kako slijedi: • Brod mora imati glavni i pomoćni kormilarski stroj, razmještene i povezane na način da kvar jednog ne utječe na ispravnost drugoga stroja. • Pomoćni kormilarski stroj se ne mora ugrađivati ako glavni kormilarski stroj ima dvije ili više identičnih pogonskih jedinica, pri čemu se u slučaju kvara jedne od njih ili kvara na jednom od cjevovoda, može neometano upravljati brodom. • Glavni kormilarski stroj mora biti sposoban upravljati brodom pri najvećoj brzini prema naprijed, te pri toj brzini i najvećem gazu, okrenuti kormilo od 35° s jedne strane do 30° na drugu stranu u ne više od 28 sekundi. (Razlika u otklonima je uzeta zbog poteškoća pri određivanju trenutka kada je dostignut krajnji položaj)

34. Kormilarski strojevi • Pomoćni kormilarski stroj mora biti pogodan za brzo stavljanje u službu, te da je u stanju okrenuti kormilo od 15° s jedne strane do 15° na drugu stranu u ne više od 60 sekundi, pri najvećem gazu i brzini koja je barem polovina najveće brzine ili 7 čv. • I glavni i pomoćni kormilarski stroj se mora moći staviti u pogon s komandnog mosta. Kvar na napajanju bilo koje pogonske jedinice ili njenog upravljačkog sustava mora biti signaliziran svjetlosnim i zvučnim signalom na komandnom mostu. Pri povratku napajanja, pogonske jedinice se moraju automatski uključiti. • Upravljanje glavnim kormilarskim strojem mora biti moguće i s komandnog mosta i iz prostorije kormilarskog stroja. • Upravljanje pomoćnim kormilarskim strojem mora biti moguće iz prostorije kormilarskog stroja, iz prostorije u kojoj je smještena pogonska jedinica te s komandnog mosta. Ove linije upravljanja moraju biti odvojene od linija upravljanja glavnim kormilarskim strojem.

35. Kormilarski strojevi • Hidraulički pogonski sustav mora imati odgovarajući sustav za održavanje čistoće hidrauličkog ulja. • Zbog opasnosti od curenja hidrauličkog ulja, na sve spremnike hidrauličkog ulja mora biti ugrađen alarm niske razine koji će aktivirati svjetlosni i zvučni signal na komandnom mostu i strojarnici. • Hidraulički kormilarski strojevi moraju imati rezervni spremnik ulja koji služi za nadopunjavanje hidrauličkog sustava u samoj prostoriji kormilarskog stroja. Kapacitet tog spremnika mora biti dovoljan za punjenje barem jednog pogonskog kruga (sustava).

36. Kormilarski stroj s ručnim pogonom Ručni kormilarski stroj

37. Kormilarski stroj s motornim pogonom

38. Detalj kormilarskog stroja s motornim pogonom

39. Kormilarski stroj s motornim pogonom • Svaki kormilarski uređaj s motornim pogonom sastoji se uvijek od: • daljinskog upravljanja za rukovanje i pokretanje kormilarskog stroja s mosta; • kormilarskog stroja na osovini kormila u krmenom dijelu broda; • uređaja za kormilarenje za nuždu, ako su oni s obzirom na izvedbu kormilarskog stroja potrebni; • uređaja za pokazivanje otklona kormila, povezanog na osovinu kormila, i s najmanje jednim pokazivačem na mostu. • Kormilarski uređaji mogu se prema potrebi opremiti i gyro-pilotimaili sličnim sustavima za automatsko kormilarenje.

40. Kormilarski stroj s motornim pogonom • Daljinsko upravljanje za prijenos komande s mosta do kormilarskog stroja na osovini kormila izvodi se s hidrauličkim i s električnim telemotorima. • Općenita oznaka električno daljinsko upravljanje ne definira točno vrstu upravljanja. Svi telemotori rade na principu tzv. praćenog upravljanja. Pod tim se razumijeva, da je kut otklona kormila kod praćenog upravljanja ovisan o putu koji je prevalio obod upravljačkog kola na mostu, ili drugačije rečeno: svakom položaju upravljačkog kola odgovara stanoviti kut kormila. • Za telemotorsko upravljanje osim naziva praćeno, u literaturi se takvo upravljanje često naziva i popratnim. • Električno daljinsko upravljanje može biti izvedeno i kao tzv.vremensko upravljanje, kod kojeg za upravljanje služe dva gumba ili jedno malo uključno kolo, odnosno poluga, kojima se direktno ili indirektno pokreće kormilarski stroj, a postignuti otkion kormila ovisi o tome, koliko je dugo uključen upravljački uređaj.

41. Kormilarski stroj s motornim pogonom • Takvo je upravljanje vrlo jednostavno i pregledno i često se primjenjuje, naročito kod manjih uređaja, ali nikadsamo, već kao dodatak drugoj vrsti upravljanja ili kao dvostruko vremensko upravljanje. • Kod većih uređaja obično se primjenjuje praćeno (hidrauličko ili električko) upravljanje, jer je najprirodnije inajsličnije direktnom ručnom kormilarenju, a vremensko upravljanje primjenjuje se samo kao rezerva praćenom. • Kormilarski uređaj s vremenskim upravljanjem mora bezuvjetno imati pokazivač otklona kormila s daljinskim prijenosom direktno od osovine kormila. • Kormilarski strojevi s motornim pogonom izvode se s hidrauličkim prijenosom od pogonskog motora na osovinu kormila ili s čistim mehaničkim prijenosom.

42. Kormilarski stroj s motornim pogonom • Hidraulički prijenos, odnosno hidraulički kormilarski strojevi danas se najčešće upotrebljavaju, jer se hidrauličkim putemmože vrlo jednostavno ostvariti vrlo veliki prijenosni odnos, potreban između pogonskog motora i osovine kormila • Takav je prijenos pouzdan i elastičan u radu te zbog svoje relativne jednostavnosti ima mnoge prednosti. Zbog toga je danas gotovo potpuno istisnut mehanički prijenos, naročito kod većih uređaja. • Najveći kormilarski strojevi se upravo zbog toga izvode samo s hidrauličkim prijenosom. Mehanički prijenos, tj. kormilarski uređaji s kvadrantom, iako su dobri i pouzdani u radu, imaju u usporedbi s hidrauličkim prijenosom stanovite nedostatke (manja elastičnost, udaranje u ozubljenju kvadranta kod upotrebe jače balansiranih kormila itd.), koji u dosad uobičajenim konstrukcijama nisu bili otklonjeni.

43. Kormilarski stroj s motornim pogonom • Svaki kormilarski stroj mora imati kočnicu za osovinu kormila. Ona mora biti tako dimenzionirana, da u slučaju smetnji na pogonskom dijelu i kod popravaka može učvrstiti osovinu s kormilom u jednom položaju. • Radi toga uređaji s mehaničkim prijenosom moraju imati poseban uređaj za učvršćivanje osovine u obliku vijčanih i sličnih kočnica. Kod hidrauličkog jekormilarskog stroja dovoljno, da se mogu zatvoriti hidraulički cilindri, jer je time onemogućeno svako neželjeno pomicanje kormila. • Kormilarski uređaji s telemotorom imaju već sami po sebi redovito ugrađeni pokazivač otklona kormila, no ipak se preporuča ugradnja još jednog neovisnog pokazivača, koji je električki povezan sa samom osovinom kormila. To je bezuvjetno potrebno, ako kormilarski uređaj ima samo vremensko upravljanje ili kombinirano ručno hidrauličko i vremensko upravljanje. • Ovi pokazivači otkiona obično se montiraju na zid ispred stajališta kormilara, te moraju imati unutarnju rasvjetu, koja se može regulirati i isključiti.

44. Hidraulički kormilarski stroj s naizmjeničnim ručnim i motornim pogonom • Za brodove s nižim potrebnim momentom kormila pokazala se prikladnom kombinacija motornog i ručnog pogona. • Jednostavno i pregledno spajanje hidrauličkih i električnih elemenatasustava kao i naizmjenični prijelaz s jedne na drugu vrstu pogona u bilo kojem položaju kormila bez ikakva posebnog zahvata, najznačajnije su osobine ovog uređaja.

45. Dvije na konstantni kapacitet podešene pumpe (1,2) spojene su preko tlačnih cjevovoda scilindrima kormilarskog stroja. • Ugradnjom automatskog zatvarača (3) ispred svake pumpe postignuto je da tlakovi nastali pomicanjem lista kormila ne mogu djelovati na pumpe, tj. iako pumpe nisu zakočene, tlak ulja iz cilindara ne može ih okretati u suprotnom smjeru. • S druge strane,automatski zatvarač omogućuje prolaz radnoga medija prema kormilarskom stroju, u slučaju kadatlak nastaje zbog rada bilo koje od dvaju pumpi (motorne ili ručne), a da pritom uopće ne utječe na drugu pumpu koja miruje. • Ručna pumpa (1) ugrađena je u upravljački stup i preko zupčanog prijenosa spojena s ručnim kolom. Motorna pumpa (2) s elastično spojenim elektromotorom, u pogledu smještaja neovisna je o kormilarskom stroju. Obično se montira na prikladnom mjestu u prostoriji kormilarskog stroja, a može se smjestiti i u prostoru strojarnice.

46. Karakteristike hidrauličkog kormilarskog stroja s naizmjeničnim ručnim i motornim pogonom • Jednostavan i pregledan raspored hidrauličkih i električnih elemenata kormilarskog stroja. • Kod malih momenata kormila, upravlja se direktno ručno i time se, naročito koddugotrajne kursne vožnje, znatno čuvaju svi dijelovi motornog pogona. • Prijelaz s ručnog pogona na motorni i obrnuto moguć je pri punom momentukormila bez rukovanja posebnim organima za prekapčanje. • Brzo i lagano prebacivanje kormila izborom motornog pogona. • Povećana sigurnost zbog hidrauličke rezerve u odvojenim pumpama za ručnii motorni pogon, kao i odvojenim cjevovodima i ventilima za eventualno isključenje jednog sistema. • Kod motornog pogona kormilo reagira brzo, a zaustavljanje slijedi trenutno.

47. Hidraulički kormilarski stroj s hidrauličkim telemotorom • Hidraulički telemotori primjenjuju se kao praćeno daljinsko upravljanje kormilarskih strojeva svih vrsta. • Hidraulički telemotor je kao najstarija izvedba daljinskog upravljanja najprije bio uveden kod parnih kormilarskih strojeva. • Zbog svojih odličnih svojstava kod upravljanja modernim hidrauličkim kormilarskim uređajima održao se do danas. Njegova konstrukcija i izgled su se tijekom vremena znatno promijenili. To se posebno odnosi na davač telemotora, tj. upravljački stup na komandnom mostu. • Telemotor se danas izvodi kao davač s rotacionom klipnom pumpom, kojom je uporaba telemotora postala jednostavna i pouzdana.

48. Hidraulički kormilarski stroj s hidrauličkim telemotorom

49. Hidraulički kormilarski stroj s hidrauličkim telemotorom

50. Hidraulički kormilarski stroj s hidrauličkim telemotorom • Pumpa (1), čiji se kapacitet i smjer dobave može kontinuirano mijenjati, spojena je preko tlačnih cijevi scilindrima kormilarskog stroja. • Ona je elastično spojena s pogonskim elektromotorom (2) i stalno se okreće u jednom smjeru. Preko nadolijevnih ventila u kućištu pumpe pokrivaju se iz nadolijevnog tanka (3) unutarnji i eventualni vanjski gubici ulja. • Prekotlačni ventil (8) zaštićuje sustav od preopterećenja; on je kombiniran s jednim optočnim ventilom, koji se kod primjene eventualno postojećeg mehaničkog upravljanja za nuždu mora otvoriti, da bi se cilindri stroja međusobno kratko spojili. • Kapacitet pumpe podešava se telemotorskim uređajem. Ručnim kolom upravljačkog stupa (5) pokreće se direktno spojena rotaciona pumpa, koja ovdje služi kao davač i potiskuje ulje u primač telemotora (4). Ovaj je na skici prikazan samo šematski, dok se normalno izvodi s oprugama za centriranje.