Szkoła Morska – 81-340 Gdynia, Hryniewickiego 10 *szkoła@morska.edu.pl

MANEWROWANIE STATKIEM MORSKIM

Kpt.Ż.W. Tomasz Sobieszczański *kptlobo@wp.pl

MATERIAŁY                                                                                                                              10/10

STERY

STER

Za nim zajmiemy się omawianiem działania i współdziałania układu napędowego ze sterem i kadłubem musimy, choć w skromnym zakresie zapoznać się z urządzeniem, które w zasadniczy sposób determinuje nasze działania podczas manewrów – STEREM.

W najprostszym rozumieniu ster kojarzymy z prostą płytą drewnianą lub stalową zamocowaną na obrotowej pionowej osi, której położenie względem symetrii jednostki możemy zmieniać zgodnie z nasza wolą. Taki najprostszy ster zastąpił używane do tego celu wcześniej, wiosło sterowe.

W dzisiejszych czasach ster przestał być prostym urządzeniem a możliwości techniczne i technologiczne, a przede wszystkim wysokie wymagania i oczekiwania ze strony użytkowników, co do efektywności działania steru spowodowały, że konstrukcja steru stała się nie lada wyzwaniem dla ich twórców.

Z tych poszukiwań najefektywniejszych, prostych i możliwie tanich rozwiązań powstała cała gama rodzajów sterów, z jakimi dziś spotykamy się na statkach handlowych. Klasyfikację sterów przeprowadza się na bazie następujących cech konstrukcyjnych:

-         kształt bocznej powierzchni steru

-         sposób zamocowania do kadłuba

-         kształt przekroju poziomego

-         miejsce poprowadzenia osi steru

Nazwy poszczególnych typów sterów najczęściej pochodzą od ich konstruktorów, wytwórców czy też najistotniejszych cech technicznych.

Z manewrowego punktu widzenia najistotniejszą cechą dobrego steru jest wielkość siły hydrodynamicznej, jaką reprezentuje dane urządzenie sterowe a podstawowym kryterium konstrukcyjnym jest jego budowa:

-         ster płaski (płytowy)

-                     ster profilowy (opływowy, wypornościowy)

              Niewątpliwie nasuwa się twierdzenie, że im większa powierzchnia steru tym jest on efektywniejszy, siła hydrodynamiczna jego jest większa, ale powiększanie powierzchni jest ograniczone wieloma czynnikami:

-         koszt maszyn sterowych rosnące wraz z wielkością steru

-         koszty dodatkowych wzmocnień rejonu rufy wynikające ze zwiększonych sił naporu

-         koszt samej konstrukcji i materiałowy steru

-         znaczne zwiększenie ciężaru umiejscowionego na rufie

-         zmniejszenie szybkości obrotowej steru wynikające ze zwiększenia jego powierzchni

-         manewrowanie dużą powierzchnią steru w ośrodku wodnym zawsze nastręcza więcej problemów niż powierzchnią mniejszą.

W związku z powyższymi problemami wypracowano pewien kompromis i na podstawie badań i doświadczeń ustalono optymalne wielkości steru dla określonej wielkości statków. Ważnymi czynnikami dla określenia rodzaju i wielkości steru są:

-         wielkość statku

-         zakładana prędkość

-         pożądana zwrotność

-         przeznaczenie – typ statku

W praktyce przyjęto określać wielkość powierzchni steru w procentach powierzchni wzdłużnego przekroju podwodzia.

Stery różnią się konstrukcyjnie nie tylko powierzchnią i kształtem, ale również i sposobem zawieszenia gdzie rozróżniamy stery:

-         niezrównoważony, najczęściej płytowy, podparty (a)

-         zrównoważony płytowy lub profilowy, podparty (b)

-         częściowo zawieszony i częściowo zrównoważony (c)

-         zawieszony zrównoważony (podwieszony) (d)

Kolejną klasyfikację sterów można przeprowadzić w zależności od przebiegu osi trzonu sterowego przez płetwę sterową, co powoduje równomierne lub nierównomierne rozłożenie sił nacisku na trzon – miejsce przyłożenia siły hydrodynamicznej na powierzchni steru jest za trzonem w lini trzonu lub przed trzonem sterowym:

-         ster niezrównoważony

-         ster częściowo zrównoważony

-         ster zrównoważony

-         ster przerównoważony

Z uwagi na niemożność nieograniczonego powiększania powierzchni steru a potrzebę zwiększenia jego efektywności, zaczęto intensywnie poszukiwać innych technicznych rozwiązań poprawiających skuteczność działania urządzeń sterowych:

-         stery aktywne

-        

dysze obrotowe

-         stery strumieniowe

              W celu uzyskania dużej zwrotności potrzebnej np. holownikom i jednostkom specjalnym, których manewrowość ma szczególne znaczenie wymyślono stery aktywne i śrubo stery. Te ostatnie spełniają dwie funkcje dając olbrzymie możliwości w sferze manewrowania, ale kosztem szybkości – ograniczenia mocy.

STER STRUMIENIOWY

Największy i najszybszy rozwój na statkach handlowych, tak małych, średnich jak i bardzo dużych, ma miejsce w dziedzinie sterów strumieniowych jako urządzeń dodatkowych, wykorzystywanych głównie do manewrów statków w portach, wąskich przejściach, na płytkowodziu  i kanałach. W pewnych wypadkach, przy stosownej mocy urządzenia, zastępują one holowniki, umożliwiając precyzyjne manewrowanie przy cumowaniu i odcumowywaniu od nabrzeża. Stery strumieniowe są znacznie prostsze, tańsze i efektywne w stosunku do kosztownych i skomplikowanych urządzeń wspomagających ster na rufie.

Najprostszy ster strumieniowy składa się z tunelu poprzecznego do osi statku usytuowanego poniżej lini zanurzenia w części dziobowej, w którym zainstalowano pędnik śrubowy podający strumień wody na dowolną burtę. Obecnie mamy statki wyposażone nie tylko w dziobowe, ale i w rufowe stery strumieniowe (promy, statki pasażerskie).

Nowoczesne stery strumieniowe mogą pracować w zakresie 360 stopni co znacznie poprawia komfort manewrowania. W sterach strumieniowych coraz częściej stosuje się również śruby o zmiennym skoku.

Ponieważ stery strumieniowe stały się niemal standardowym wyposażeniem statków obecnie budowanych wszystkich wielkości, omówimy je nieco bardziej szczegółowo.

Moc sterów strumieniowych jest bardzo zróżnicowana, od niewielkich, rzędu 100 KM na małych jednostkach ( coraz częściej wyposażanych w takie urządzenia), do kilku tysięcy KM na jednostkach oceanicznych – tankowcach, dużych masowcach i statkach pasażerskich.

W celu praktycznego oceniania możliwości uciągu steru strumieniowego można stosować następujący przelicznik:

-         100 KM = 1300 kG

-         100 kW = 13796 N

Jedna z istotnych zalet urządzenia jest uruchamianie jego bezpośrednio z mostku, co wyklucza ewentualne pomyłki podczas przekazywania komendy do maszyny.

Efektywność sterów strumieniowych osiąganą przy różnych prędkościach statku wyraża się w procentach wielkości pomierzonej na zatrzymanym statku. Parametrami określającymi efektywność steru strumieniowego są:

-         okres czasu potrzebny do obrócenia statku o kąt 20˚ lub 30˚

-         wielkość szybkości kątowej obracającego się statku w momencie osiągnięcia zwrotu 30˚

Badania efektywności sterów strumieniowych pozwoliły na wyciągnięcie pewnych ogólnych wniosków ważnych dla manewrującego statkiem wyposażonym w takie urządzenie.

-         efektywność działania sterów strumieniowych maleje wraz ze wzrostem szybkości statku

-         największa efektywność steru strumieniowego – bliska 100% -  jest przy szybkościach do 1-go węzła, tak naprzód jak i wstecz.

-         W zakresie szybkości od 1 do 3,5 węzła efektywność steru strumieniowego maleje o połowę (do 50%)

-         W zakresie prędkości 3,5 do 8 węzłów efektywność steru strumieniowego spada do 15%

-         Przy pracy wstecz, w zakresie szybkości 1-4 węzła efektywność maleje do 30%

Plusy wynikające z posiadania steru strumieniowego są bezsporne a do głównych dodatnich cech należą:

-         utrzymanie znakomitej sterowności przy bardzo małych prędkościach przy ruchu naprzód

-         utrzymanie zadawalającej sterowności przy ruchu statku wstecz

-         możliwość samodzielnego obracania się statku na ograniczonych akwenach

-         ograniczenie ilości zatrudnianych holowników na statkach dużych lub całkowitej rezygnacji z ich pomocy na statkach małych i średnich.

-         Duża niezawodność urządzenia sterowanego z mostka

-         Stery strumieniowe gwarantują większą precyzję manewrowania niż użycie holowników

o       - Reakcja na polecenie jest natychmiastowa, holownik na polecenie reaguje ze znacznym opóźnieniem

o       – holownik zawsze przy wykonywaniu obracania statku czy innych manewrach powoduje zwiększenie szybkości, ster strumieniowy zmienia tylko kierunek (jeżeli jest używany poprzecznie)

o       – eliminuje możliwość błędnego wykonania podanej komendy przez załogę holownika

o       – eliminuje możliwość niezrozumienia podanej komendy na holownik

Istnieją również i minusy używania steru strumieniowego, które należy znać i zdawać sobie z ich istnienia sprawę.

-        

dodatkowy, inwestycyjny koszt instalacji

-         znaczne zmniejszanie się efektywności działania steru strumieniowego wraz ze wzrostem szybkości statku.

o       – zjawisku temu przeciwdziała się budując stery strumieniowe z dziobowym wlotem strumieniowym prostopadłym do dysz wylotowych zamykanych klapami.

o       – Efektywność takiego steru strumieniowego, w odróżnieniu do klasycznego, zwiększa się wraz z prędkością.

o      

– trójdrożne stery strumieniowe, zamykane klapami umożliwiają wykorzystanie ich do niewielkich ruchów wprzód i wstecz bez użycia SG.

-         Zwiększenie oporu holowania spowodowane zawirowaniami strumienia opływu w rejonie dziobowym, w miejscach usytuowania dysz steru strumieniowego

o       – wielkość straty mocy napędu głównego przy Cn może osiągać 1-3%

o       – dla wyeliminowania tego niekorzystnego efektu konstruuje się obecnie stery strumieniowe o zamykanych (zasuwanych) dyszach.

Omówione tu urządzenia, tak steru klasycznego jak i urządzeń wspomagających sterowanie i manewrowanie to tylko mały, podstawowy wycinek wiedzy o konstrukcjach w tym zakresie.

LOBO              Strona 10              2004-12-31

              MSM 012  - STERY