Jeśli porównujesz ceny sterów i wartości momentu obrotowego przekładni kierowniczej różnią się o 40%, rozbieżność zwykle nie dotyczy dostawcy. Jest to typ steru zapisany w specyfikacji. Ster półwyważony o powierzchni 38 m² zawieszony na płetwie i ster łopatkowy o powierzchni 38 m² wyglądają identycznie na rysunku, jednak obciążają trzon steru w zupełnie inny sposób: łopata przenosi większość swojej powierzchni za kolbą i potrzebuje mniejszego siłownika, natomiast płetwa zawieszona na płetwie podparta jest na jej dolnej krawędzi i przenosi obciążenie na kadłub poprzez czop.
Odpowiedź w jednym zdaniu: typy sterów definiowane są przez dwie niezależne osie. Pierwszym z nich jest sposób podparcia ostrza – w pełni wyważone, częściowo wyważone lub niezrównoważone. Drugi to profil ostrza — płaska, opływowa łopata, róg, klapa lub specjalna konstrukcja o wysokim udźwigu. Układ podpór decyduje o tym, jaki moment obrotowy musi wytwarzać przekładnia kierownicza. Profil decyduje o tym, ile siły bocznej generuje ostrze i jak się zachowuje, gdy koło mocno się przewróci.
Jeśli pomylisz te dwie osie, kupisz niewłaściwy siłownik, niewłaściwą średnicę kolby i ster, który albo wydaje się ciężki przy 30 stopniach, albo oscyluje pod małymi kątami, ponieważ jest nadmiernie wyważony.
Główne typy sterów w skrócie
Pięć rodzin obejmuje prawie każdy obecnie pływający ster, a najszybszym sposobem uporządkowania specyfikacji jest dopasowanie jej do rozwiązań podpór i typowego zapotrzebowania na moment obrotowy.
| Typ steru | Układ wsparcia | Typowe statki | Trend momentu obrotowego układu kierowniczego | Główny kompromis |
|---|---|---|---|---|
| Pik (w pełni zrównoważony) | Ostrze wsparte wyłącznie na kolbie, bez dolnego wsparcia | Kontenerowce, promy, jachty, większość nowego tonażu | Najniższy dla danego obszaru ostrza | Doskonała reakcja, brak ochrony przed uziemieniem |
| Półzbalansowany (skeg-zawieszony) | Dolne łożysko czopowe na nieruchomym płózie, część ostrza przed kolbą | Statki rybackie, statki przybrzeżne, holowniki portowe | Umiarkowane do wysokiego | Skeg chroni ostrze i śmigło, większy opór i więcej części |
| Niezrównoważony (róg) | Ostrze zawieszane na stałym rogu lub słupku steru, czopach górnych i dolnych | Starsze jednoślimakowe statki towarowe, kilka holowników | Najwyższy dla tej samej powierzchni ostrza | Prosty, solidny, cięższy sprzęt i gorsze zachowanie na rufie |
| Klapa / przegubowa | Ostrze główne plus klapa tylna na zawiasach | Promy, ro-ro, statki o krytycznym znaczeniu manewrowym | Podobny moment obrotowy, znacznie większy udźwig | Więcej połączeń i sworzni do konserwacji |
| Specjalny podnośnik | Łopatka bulwiasta lub mocowanie dyszy śmigła | Pchacze śródlądowe, holowniki, łodzie robocze | Specyficzne dla przypadku | Zwykle wymaga testowania modelu w celu potwierdzenia zysków |
Zrównoważony, półzrównoważony i niezrównoważony: oś wsparcia
Współczynnik wyważenia — udział powierzchni łopaty znajdującej się przed trzonem steru — to pojedyncza liczba, która najbardziej zmienia rozmiar przekładni kierowniczej.
Stosunek działa prosto. Obszar przed kolbą wytwarza moment, który przeciwstawia się momentowi z obszaru za nią, więc siłownik walczy z mniejszą siłą wypadkową. Praktyczne zakresy stosowane w projektach komercyjnych są dość spójne:
- W pełni zbalansowany pik: około 20% do 25% powierzchni ostrza przed kolbą. Niższe przełożenia sprawiają, że ster jest ciężki; przekraczanie około 30% grozi nadmiernym wyważeniem, w którym ster ma tendencję do ustawiania się do pełnego kąta i może wibrować pod małymi kątami.
- Skeg półzrównoważony: zazwyczaj 10% do 20%, ponieważ skeg już pochłania część obciążenia.
- Niezrównoważony róg: niewielki obszar przed kolbą lub nie ma go wcale, więc cała siła hydrodynamiczna przekształcana jest w moment obrotowy.
Dla nabywcy praktyczna konsekwencja jest prosta. Jeśli stocznia zamieni ster łopatkowy na ster z zawieszeniem skośnym o tej samej powierzchni łopaty, bez ponownego sprawdzania siłownika, przekładnia sterowa może pracować przy 80% do 90% swojego ciśnienia znamionowego, aby utrzymać kurs na belce morskiej. Nie pozostawia to marginesu dla wymogu twardości 35 stopni i skraca żywotność pompy.
Kształty ostrzy: łopata, róg, klapa i wysoki udźwig
Ster łopatkowy
Łopata jest domyślnym wyborem w przypadku nowego tonażu komercyjnego i nie bez powodu: zapewnia najwyższy udźwig w swojej powierzchni i najniższy moment obrotowy w stosunku do swoich rozmiarów.
Ponieważ nic nie podtrzymuje płetwy od dołu, trzon steru przenosi pełny moment zginający plus moment obrotowy. Oznacza to grubszą kolbę, cięższy górny układ łożysk i starannie obrobione połączenie stożkowe lub wpustowe. Sekcje to zwykle opływowe folie o grubości od 18% do 21%, z tępą krawędzią tylną, aby uniknąć kawitacji. Kompromisem jest ochrona gruntu — jeśli statek uderzy w dno, uszkodzenie zwykle odnosi się do ostrza lub kolby.
Ster róg
Ster tubowy jest nadal powszechny na starszych statkach towarowych z jedną śrubą i na niektórych łodziach roboczych i wybiera się go raczej ze względu na solidność niż wydajność.
Stała konstrukcja rogu przed ostrzem podtrzymuje dolny czop, dzięki czemu kolba wygina się znacznie mniej. Moment obrotowy jest wysoki, osiągi na biegu wstecznym są gorsze, ponieważ klakson blokuje przepływ, gdy śruba odwraca się, a cały zespół zwiększa opór. Podczas remontu wymiana steru tubowego na częściowo wyważony skeg jest często jedną z tańszych zmian oszczędzających paliwo, pod warunkiem ponownego sprawdzenia siłownika i kolby.
Ster półzrównoważony typu skeg
Ster półzrównoważony typu skeg to standardowe rozwiązanie wszędzie tam, gdzie śruba napędowa i łopata wymagają fizycznej ochrony – statki rybackie pracujące na mieliznach, małe statki przybrzeżne i statki portowe, które regularnie przepływają obok.
Znajduje się pomiędzy dwoma pozostałymi pod względem momentu obrotowego i zapewnia przewidywalne sterowanie, ponieważ skeg stabilizuje przepływ do ostrza. Łożysko czopa to punkt konserwacji, na który należy zwrócić uwagę: luz jest zwykle określony na rysunku zatwierdzonym przez klasę, a zużyty czop objawia się wibracjami steru pod małymi kątami na długo przed tym, zanim zacznie objawiać się ciężkim sterowaniem.
Stery klapowe i przegubowe
Ster klapowy dodaje przegubową sekcję wleczoną, która odchyla się bardziej niż główne płetwy i może znacznie podnieść siłę nośną przy tym samym kącie steru – przydatne, gdy prom musi utrzymać wąski kanał przy bocznym wietrze.
Moment obrotowy nie wzrasta automatycznie, ponieważ klapa opóźnia również przeciągnięcie głównego ostrza. Zwiększa się liczba części. Połączenia, sworznie i ograniczniki wymagają zapisania częstotliwości przeglądów w planowanym systemie konserwacji, a kąt klapy musi zostać ustawiony podczas odbioru technicznego, aby odpowiadał geometrii zatwierdzonej w klasie.
Typy wysokiego podnoszenia i specjalne
Do tej grupy zaliczają się stery bulwiaste z opływową główką na krawędzi natarcia łopaty oraz stery montowane za dyszą śmigła.
Są one wybierane indywidualnie, zwykle po testach CFD lub modelu, ponieważ wzmocnienie zależy od kształtu kadłuba i pola kilwateru. W pchaczach i holownikach śródlądowych dodatkowy podnośnik bezpośrednio poprawia drogę hamowania w śluzie – jest to argument dotyczący bezpieczeństwa, a nie tylko wydajności.
Jak typ steru wpływa na wybór przekładni kierowniczej
Po ustaleniu typu steru przekładnia kierownicza opiera się na momencie obrotowym, a dwa główne układy hydrauliczne obejmują prawie cały zakres komercyjny.
Siłownik widełkowy (zwany także łopatkowym lub widełkowym) obraca trzon steru poprzez układ wideł i rumpla i jest zwykle wybierany w przypadku większych pojedynczych sterów, których moc wyjściowa obejmuje od około 25 kN·m do około 1350 kN·m. Utrzymuje duży zakres kąta steru i toleruje wyższe momenty obrotowe, których wymagają stery łopatkowe niezrównoważone i z dużymi. Typowe instalacje tego typu opisano tutaj: urządzenia uruchamiające typu widełkowego .
Układ cylindrów wahliwych wykorzystuje jeden lub dwa cylindry hydrauliczne popychające ramię rumpla i jest odpowiedni dla mniejszych sterów, instalacji z dwoma sterami i przestrzeni, w których liczy się kompaktowa powierzchnia. Powszechnie stosowane są zakresy mocy w zakresie od 8 kN·m do 600 kN·m.
Hydrauliczne przekładnie kierownicze typu widełkowego do statków morskich Przeglądaj warianty rozwidlonych hydraulicznych przekładni kierowniczych do sterowania sterami morskimi i lotniczymi, wraz z łączami kontaktowymi dostawców i listami modeli od 01 do 09. Zobacz produkt → Dopasowanie typu steru do statku i handlu
Typ statku i wzór handlu zawężają wybór szybciej niż jakiekolwiek inne dane wejściowe.
- Kontenerowce i duże promy: w pełni wyważony ster łopatkowy, czasami z klapą, dostosowany do wychylenia 35 stopni przy prędkości eksploatacyjnej.
- Statki rybackie i małe statki przybrzeżne: częściowo wyważony ster typu skeg zapewniający uziemienie i ochronę śmigła, z łożyskiem czopowym, które w miarę możliwości można sprawdzić na powierzchni.
- Holowniki portowe i oceaniczne: klapy o wysokim udźwigu lub stery montowane na dyszach, często w połączeniu z przekładnią sterową dobraną tak, aby zapewniać stały wysoki moment obrotowy, a nie maksymalny moment obrotowy.
- Dwuślimakowe łodzie robocze i małe jednostki: kompaktowa przekładnia sterowa z cylindrem wahliwym, ponieważ dwa stery rzadko wymagają momentu obrotowego jednej dużej łopaty.
- Jachty żaglowe i motorowe: ster łopatkowy, cienkie sekcje folii, niski współczynnik wyważenia zapewniający czucie steru.
W przypadku mniejszych sterów i zamkniętych maszynowni, uruchamianie oparte na cylindrze, takie jak stosowane w jednostki napędowe ruchu wahadłowego jest często rozwiązaniem praktycznym, ponieważ umożliwia przeniesienie sprzętu w rzeczywiście dostępną przestrzeń.
Hydrauliczna przekładnia kierownicza z cylindrem obrotu do sterowania morskiego Strona produktu przekładni kierowniczej z cylindrem wahliwym, pokazująca warianty 01-07 i opcje styków; pasuje do dużych statków wymagających kompaktowego sterowania sterem o wysokim momencie obrotowym. Zobacz produkt → Zasady, tolerancje i dokumentacja do sprawdzenia
O przyjęciu steru wraz z maszyną sterową decydują dwa dokumenty: rysunek steru posiadający zatwierdzenie klasy oraz świadectwo homologacji typu maszyny sterowej.
Prawidło SOLAS II-1/29 określa zakres działania, jaki musi spełniać każdy typ: główne urządzenie sterowe musi poruszać sterem od 35 stopni po jednej stronie do 35 stopni po drugiej stronie przy maksymalnej prędkości eksploatacyjnej, a urządzenie pomocnicze, jeśli jest zamontowane, musi osiągnąć 15 stopni w każdą stronę w określonym czasie. Reguły klasowe oparte na ujednoliconych wymaganiach IACS regulują następnie wymiary zapasów, wytrzymałość tuby oraz ciśnienie i redundancję układu hydraulicznego.
W zamówieniu zakupu warto uwzględnić trzy czeki:
- Obliczanie średnicy zapasu: potwierdzić współczynnik materiałowy i zastosowany projektowy moment obrotowy oraz że obliczenia odpowiadają faktycznie zamówionemu typowi steru, a nie wcześniejszej wersji rysunku.
- Kalibracja kąta i sprzężenia zwrotnego: wskaźniki kąta steru i wyłączniki krańcowe należy ustawić względem ograniczników mechanicznych, a zero elektryczne odnotować w protokole uruchomienia.
- Pomiar momentu obrotowego podczas próby morskiej: zmierzony moment obrotowy, który różni się od przewidywanej wartości o więcej niż około 10%, zwykle powoduje konieczność ponownego sprawdzenia geometrii ostrza, współczynnika wyważenia i luzu łożyskowego.
Spoiny na połączeniu kolby z łopatką oraz na zespole rogu lub szkieletu są zwykle poddawane badaniu ultradźwiękowemu lub penetracyjnemu, a protokoły znajdują się w dokumentacji dostawy wraz z certyfikatami materiałowymi.
Pułapki w zakupach, które później kosztują pieniądze
Większość problemów ze sterem, które pojawiają się po dostawie, wynika z kilku decyzji podjętych na etapie wyceny.
- Porównanie sterów wyłącznie pod względem powierzchni łopatek. Obszar nie mówi nic o momencie obrotowym; współczynnik równowagi i profil tak.
- Ignorowanie nadmiernego salda. Ster, który zbyt łatwo steruje pod małymi kątami, może powodować nierówne obciążenie przekładni i zużycie czopa lub górnego łożyska.
- Ponowne użycie istniejącego siłownika przy zmianie steru. Nowy profil łopatek o wyższym współczynniku siły nośnej może przekroczyć margines ciśnienia starej przekładni, nawet jeśli powierzchnia pozostaje niezmieniona.
- Pomijanie rysunku interfejsu. Stożek podstawowy, wpust, pasowanie rumpla i środki łożysk muszą zostać uzgodnione pomiędzy dostawcami steru i przekładni kierowniczej przed wyprodukowaniem któregokolwiek z nich.
- Zakładając, że zatwierdzenie klasy obejmuje cały zespół. Ster, kolba, klakson i urządzenie sterowe mogą posiadać oddzielne homologacje; połączenie to nadal wymaga sprawdzenia z zapisem klasy statku.
Często zadawane pytania
Który typ steru jest najskuteczniejszy?
W pełni wyważony ster łopatkowy zazwyczaj zapewnia największą siłę nośną przy najmniejszym momencie obrotowym i dlatego dominuje w nowym tonażu komercyjnym. Wydajność w sensie hydrodynamicznym to jednak nie to samo, co przydatność – łopata nie zapewnia żadnej ochrony, jeśli statek pracuje na mieliźnie.
Co właściwie oznacza „zrównoważony” na sterze?
Odnosi się do udziału powierzchni płetwy umieszczonej przed osią trzonu sterowego. Obszar ten wytwarza przeciwny moment, więc zrównoważony ster potrzebuje mniejszego momentu obrotowego do obrotu przy tym samym rozmiarze łopaty. Dla sterów łopatkowych typowe są współczynniki wyważenia w zakresie od 20% do 25%.
Czy mogę zastąpić ster róg sterem łopatkowym?
Tak, jest to częsty remont, ale kolba, łożyska, przekładnia kierownicza i konstrukcja kadłuba wymagają ponownego sprawdzenia. Łopata przenosi obciążenia zginające na kolbę, którą wcześniej przenosił róg, więc kolba i układ górnego łożyska zwykle również się zmieniają.
Jaki kąt steru powinien zapewniać przekładnia kierownicza?
Konwencja SOLAS wymaga, aby główna maszyna sterowa obracała ster o 35 stopni w każdą stronę przy maksymalnej prędkości eksploatacyjnej, z dodatkowymi środkami o 15 stopni w każdą stronę jako środkiem awaryjnym. Wielu projektantów ustawia ograniczniki mechaniczne nieco dalej, więc ograniczenia elektryczne zawsze uruchamiają się przed kontaktem z metalem.
