Назначение и устройство чувствительного элемента гирокомпаса, система его подвеса и центрирования

НАЗНАЧЕНИЕ, СОСТАВ, ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИРОКОМПАСА «КУРС-4».

1.1. Цель занятия:

1. Ознакомиться с назначением, составом и основными характеристиками гирокомпаса «Курс-4».

2. Изучить назначение и устройство чувствительного элемента гирокомпаса, систему его подвеса и центрирования.

Компетентность:Конструкция гирокомпаса, функциональное назначение элементов.

1.2. Назначение гирокомпаса «Курс-4»

Гирокомпас «Курс-4» является основным техническим средством судовождения. Он предназначен для непрерывного и точного указания плоскости истинного меридиана и определения курса судна.

Показания гирокомпаса используют: для счисления пути судна; для удержания судна на заданном прямом курсе; для выполнения маневра курсом; при визуальном пеленговании навигационных ориентиров; для стабилизации относительно плоскости истинного меридиана некоторых судовых антенн, устройств, изображений на экране РЛС; при взятии радиопеленгов; для решения различных задач в судовых навигационных комплексах.

Гирокомпасная система имеет следующие основные технические

характеристики:

Время автоматического прихода гирокомпаса в меридиан в диапазоне широт 0-70˚,ч 2,5–6,

при ускоренном (ручном) приведении 1 ч.

Гирокомпас снабжен полуавтоматическим корректором скоростной девиации. 110-125

напряжение трехфазного тока питания гирокомпаса, В (Гц) (330)

Точность показаний гирокомпаса на неподвижном основании, град ±0,2

изменение показания “от пуска к пуску”, град, не более ±0,5

Точность показаний при движении объекта с постоянной скоростью и

неизменным курсом, град ±1,0

Погрешность гирокомпаса при изменении скорости на 20 уз на постоянном курсе,

не более (в широтах до 70° без использования выключателя затухания и в

широтах до 75° с применением его на время маневра), град ± 2,0

Точность согласования репитеров с показаниями основногоприбора, не хуже, град ± 0,2

Чувствительность следящей системы, град ± 0,2

Рабочая температура поддерживающей жидкости, °С +49 ±2

Чувствительность следящей системы, град, не хуже ±0,15

Количество принимающих, с время 10

Время отработки следящей системой угла рассогласования 90° в

разные стороны, с, не более 15

Число колебаний следящей системы у положения равновесия при отработке

угла 90°, не более 5

Гарантийный срок работы чувствительного элемента, ч 8500.

Практическая наработка на отказ, тыс. ч. 12 – 15

Состав гирокомпаса

Гирокомпас содержит следующие основные приборы и системы (Рис 1): 1М (основной), прибор 4Д или 4Д1 (пусковой), прибор СД, прибор 9Б или прибор 9В (трансляционноусилительный), прибор 10М (сигнальный), прибор 29 (посткорректор), прибор 19Н (репитер пеленгаторный), прибор 38Н (репитер с подвесом), пелорус 20М, прибор 15А (коробка разветвительная), прибор 23Т3 (курсограф), прибор типа 34 (пульт штурманский), преобразователь типа АМГ200 ОМ5 или АМГ4, пеленгатор оптический ПГК2. Приборы СД, 4Д1 и преобразователь типа АМГ4 применяются в гирокомпасных системах, питающихся от судовой сети постоянного тока. Модификация и количество приборов комплекта определяются комплектацией гирокомпасной системы. Приборы 4Д, 9Б, 10М, 19Н, 38Н, 20М, 15А в принципе не отличаются по конструкции и имеют такое же назначение, как и подобные приборы гирокомпасных систем типа “Курс” ранних выпусков.

Рис 1. Состав гирокомпаса «Курс-4».

Чувствительный элемент (гиросфера) – такой же, как и в «Курс-4М»: диаметр – 252 мм, масса – 8700 г., метацентрическая высота – 7,79 мм. Остаточная масса гиросферы в поддерживающей жидкости (30–40 г) компенсируется за счет катушек электромагнитного дутья. Скорость вращения гиромоторов 19 800 об/мин. Гарантийный срок работы чувствительного элемента – 8500 ч.

Основной прибор (1М) (рис. 2) предназначен для автоматической выработки гирокомпасного курса объекта и включает следующие осовные части: элементы следящей системы, стол, нактоуз с кардановым подвесом, резервуар, систему термостабилизации, устройство ускоренного приведения чувствительного элемента в меридиан, корректор-механизм, гиросферу. К элементам следящей системы в основном приборе 1М относятся следящая сфера и азимутмотор.

Рисунок 2. Основной прибор гирокомпаса

Основание крепится неподвижно к палубе судна с помощью 4 болтов. Средняя часть нактоуза может разворачиваться относительно основания на угол 9° в обе стороны. Для этого внутри нактоуза смонтировано устройство из зубчатой рейки и шестеренки, а также шкалы с делениями в градусах и индекс. Ось шестерни заканчивается четырехгранной головкой, выходящей в нижней части нактоуза (на рисунке не показана). При необходимости, приотдав четыре болта (4), крепящих среднюю часть нактоуза к основанию, и с помощью ключа вращая четырехгранную головку, можно развернуть среднюю часть нактоуза относительно основания на нужный угол, т.е. установить курсовую черту параллельно диаметральной плоскости судна. В средней части нактоуза со стороны кормы имеется смотровое окно, закрываемое дверцей, которое служит для наблюдения за положением гиросферы. Под дверцей расположена ниша (5) с клеммной платой (6), к которой подходят кабели, соединяющие основной прибор с периферийными приборами, и от этой же платы идет кабель (7) на клеммные колодки стола. В нише расположен трансформатор освещения основного прибора. Внутри нактоуза расположен блок конденсаторов устройства ускоренного приведения в меридиан, а также электронный блок управления работы помпы в режиме "Автоматическая работа" (у гирокомпасов позднего выпуска). На наружной части нактоуза имеется выключатель освещения, переключатель устройства ускоренного приведения в меридиан и переключатель режимов работы помпы охлаждения.

Кардановый подвес. В верхней части нактоуза крепится кардановый подвес (8), состоящий из наружного (9), внутреннего (10) и опорного (11) колец. Опорное кольцо (11) с помощью спиральных пружин подвешено к внутреннему кольцу. Подшипники наружного кольца (12), расположенные в носовой и кормовой частях нактоуза, изолированы от него для того, чтобы не было утечек тока на корпус и не возникало дополнительной нагрузки на агрегат питания. Кардановый подвес обеспечивает горизонтальность стола при качке судна. На опорном кольце подвешивается резервуар (13) с поддерживающей токопроводящей жидкостью.

Резервуар для поддерживающей жидкости представляет собой емкость, изготовленную из красной меди, с внутренней стороны покрытую эбонитом, а с наружной стороны окрашенную краской. Со стороны кормы, в средней части резервуара, имеется смотровое отверстие (окно), закрытое стеклом, на котором нанесена курсовая черта для снятия отсчета курса по гиросфере.

В нижней части резервуара, с внешней стороны, прикреплен балансировочный груз (14), представляющий собой несимметричную отливку, массой около 16 кг. Поворотом этого груза устанавливают стол гирокомпаса в горизонтальное положение, ориентируясь по уровню (15), расположенному на крышке корректора. В кольцевом пазу, расположенном с внутренней стороны балансировочного груза, уложена сигнальная обмотка устройства дистанционного контроля за положением чувствительного элемента по высоте. Концы этой обмотки выведены на стол и соединены с индикатором (миллиамперметром) в приборе 34.

Обмотка электромагнитного дутья индуцирует в сигнальной обмотке ЭДС, которая будет тем больше, чем ниже опустится гиросфера, что и будет фиксировать стрелочный индикатор, шкала которого разбита в миллиметрах.

В средней части, с наружной стороны резервуара, в виде кольца крепится статор устройства ускоренного приведения в меридиан (16).

Статор многополюсный с двумя обмотками, главной и вспомогательной.

Для сдвига фаз в главную обмотку включен блок конденсаторов, расположенных внутри нактоуза.

С наружной стороны статор закрыт слоем вулканизированной резины для защиты от влаги. При подаче питания на статорные обмотки образуется вращающееся магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в металлической оболочке гиросферы, и они, взаимодействуя с магнитным полем статора, заставляют гиросферу вращаться относительно вертикальной оси, т.е. она становится ротором. С помощью переключателя меняя сторону вращения гиросферы, можно привести ее в меридиан до пуска гирокомпаса и ускорить приход гирокомпаса в меридиан после его пуска.

В резервуар заливается около 16 л поддерживающей жидкости. В ее состав входит 13 л дистиллированной воды, 2,5 л глицерина, 0,1 л формалина и 14,3 г буры. Глицерин служит для создания необходимой плотности, формалин препятствует появлению бактерий, а бура обеспечивает токопроводимость.

Стол гирокомпаса. (17) служит для подвеса на опорном шарикоподшипнике следящей сферы (18) и закрытия резервуара с поддерживающей жидкостью. На нем установлены клеммные разъемы, щеткодержатели (19), термометр (20), замыкатель ревуна (21), корректор (22), ртутный замыкатель (термостат) помпы (на рисунке не показан). Змеевик охлаждения (23) крепится с нижней стороны стола. Стол с внутренней стороны вместе со змеевиком покрыт эбонитом.

Для наблюдения за уровнем поддерживающей жидкости в столе имеются два отверстия, закрытые завинчивающимися эбонитовыми пробками (24).

Для герметичности между резервуаром и столом уложена резиновая прокладка, а для удобства снятия стола на нем имеются две ручки.

Замыкатель ревуна автоматически включает звуковую и визуальную сигнализацию при отклонении температуры поддерживающей жидкости от заданной величины.

Термометр своей нижней частью опущен в поддерживающую жидкость и служит для наблюдения за ее температурой. Корректор служит для исключения из показаний гирокомпаса (репитеров) скоростной погрешности. На нем в носовой части размещен азимут-мотор (25), в кормовой – реверсивный электродвигатель корректора (26), а сбоку сельсин-приемник корректора. Кроме того, на нем установлен маховичок (27) для ручной установки корректора, электромеханический стопор двигателя корректора, картушки точного и грубого отсчета курса и уровень.

Для освещения в ночное время в основном приборе установлено 3 лампочки: одна у смотрового окна резервуара, другая на столе гирокомпаса у термометра и третья на корректоре. В средней части стола имеется отверстие, в котором на подшипниках крепится следящая сфера.

Следящая сфера (рис. 3) состоит из верхней чаши с коллектором, нижней чаши, токопроводящих колец, щеток, смотровых стекол. Датчик момента для ускоренного приведения ЧЭ в меридиан расположен на наружной стороне резервуара. Верхняя чаша следящей сферы (СС) имеет в верхней части втулку, на которой крепится коллектор. Втулка крепится в подшипниках стола прибора 1М. Следящая сфера (рис. 3) является одной из основных частей следящей системы гирокомпаса и служит для подвеса чувствительного элемента, подвода к нему электрического тока и слежения за положением чувствительного элемента. Следящая сфера состоит из держателя (1), семи колодок (2), двух полусфер (3) и двух экваториальных колец (4).

Держатель представляет собой полый латунный стержень, покрытый эбонитом, в нижней части заканчивающийся эбонитовым диском (5).

По окружности диска имеется семь латунных букс с отверстиями. К каждой из букс припаян проводник. После пайки углубление в диске держателя заливается влагостойкой изоляционной массой. Проводники через отверстие стержня выходят из держателя и крепятся к кольцам коллектора (6) на столе гирокомпаса. В отверстия латунных букс держателя вставляются и крепятся контактными винтами семь латунных стержней (7), покрытых эбонитом. Верхние и нижние части стержней свободны от эбонита, причем нижние части стержней имеют резьбу, на которую при сборке следящей сферы навинчиваются гайки (8), покрытые эбонитом. Экваториальные кольца изготовлены из эбонита, а с внутренней стороны в них вставлены токопроводящие кольца.

Рис. 3 – Следящая сфера

Токопроводящие кольца (верхние и нижние) изготовлены из латуни и покрыты эбонитом. С внутренней стороны каждое кольцо имеет по три проводящих графитоэбонитовых дуги. Каждое из колец с помощью контактного винта соединено с одним из стержней держателя. Между экваториальными кольцами установлено семь эбонитовых колодок. В двух узких колодках, расположенных противоположно друг другу, впрессованы токопроводящие электроды 30, 31, которые получили название следящих контактов, а в одной из колодок токопроводящий электрод 55. Эти электроды соединены контактными винтами с соответствующими контактными стержнями держателя. Между эбонитовыми колодками вставлены смотровые стекла (9). Углы смотровых стекол срезаны для обеспечения лучшей циркуляции поддерживающей жидкости внутри следящей сферы. С наружной и внутренней стороны всех стекол нанесены горизонтальные линии, которые обеспечивают наблюдение за положением гиросферы по высоте.

Следящие полусферы представляют собой части, изготовленные из алюминия и покрытые эбонитом, за исключением полярных участков с внутренней стороны. Эти участки покрыты графитоэбонитом и являются токопроводящими полярными электродами.

Следящие полусферы в центре имеют отверстия для лучшей циркуляции поддерживающей жидкости. При установке следящие полусферы опираются буртиками на экваториальные кольца. В собранном виде следящая полусфера подвешивается на двух шарикоподшипниках в средней части стола. На верхнюю часть держателя одевается коллектор и с помощью эксцентрикового зажима (10) прочно крепится к держателю, после чего заворачивается контргайка и фиксируется с помощью стопорного винта. Люфт в подвесе следящей сферы не допускается.

В рабочем положении полярные и экваториальные контакты следящей сферы находятся против соответствующих контактов гиросферы. При этом обеспечиваются зазоры между гиросферой и следящей сферой по вертикали 6-8 мм, а в районе экватора 4 мм.

Подача питания на гиросферу обеспечивается следующим путем. Ток 120 В, 330 Гц приходит с разъемов стола основного прибора. Через щетки и кольца коллектора первая фаза (клемма 27) подается через одноименный стержень держателя, контактный винт, корпус верхней полусферы и на токопроводящий полярный электрод. Затем через токопроводящую жидкость на одноименный электрод гиросферы, а с него через буксу на клеммную плату в гиросфере. Аналогично вторая фаза (клемма 28) подается также на клеммную плату гиросферы. Третья фаза (клемма 29) идет с двух колец коллектора через одноименные стержни держателя, контактные винты на верхние и нижние токопроводящие кольца следящей сферы, затем через поддерживающую жидкость на экваториальные токопроводящие контакты гиросферы, соединенные с корпусом.

С клеммной платы и корпуса гиросферы ток попадает на статорные обмотки гиромоторов и обмотку электромагнитного дутья. Таким же путем, через следящую сферу, ток попадает на круглый электрод 55 гиросферы, с буксы которого поступает на обмотку электромагнита выключателя затухания. Сверху стол гирокомпаса закрывается профильной крышкой. Она изготовлена из листового алюминия и имеет три застекленных окна. Одно из них расположено в верхней части крышки и служит для снятия отсчета курса с картушки. Два других окна расположены сбоку. Одно служит для наблюдения за положением гиросферы через систему зеркал, другое для наблюдения за температурой поддерживающей жидкости.

Назначение и устройство чувствительного элемента гирокомпаса, система его подвеса и центрирования

Чувствительный элемент (ЧЭ) является основным узлом гирокомпасной системы. Он предназначен для указания плоскости гирокомпасного меридиана, относительно которого измеряется азимутальное положение диаметральной плоскости судна.

Чувствительный элемент (гиросфера) (рисунок 4) представляет собой герметически запаянный шар диаметром 252 мм и массой около 8750 г, состоящий из двух латунных полусфер (1,2), которые при сборке соединяются пайкой.

Гиросфера снаружи покрыта эбонитом, а район пайки полусфер покрывается специальной мастикой и затем эбонитовым или пластмассовым пояском, что обеспечивает правильность ее геометрической фигуры и герметичность.В верхней и нижней частях гиросферы имеются токопроводящие участки (3,4), изготовленные из графитоэбонита. Они получили название "Полярные шапки", соответственно верхняя и нижняя. Кроме этого, на экваторе чувствительного элемента имеются также токопроводящие электроды: одно широкое полукольцо (5), на концах которого расположены угольные электроды (6), четыре узких полосы (7,8) и круглый электрод на отсчете шкалы 180° (на рисунке не показан). На экваторе гиросферы нанесена шкала (9) с делениями через 1° от 0 до 360°. При этом для удобства снятия отсчета непосредственно с гиросферы нуль шкалы сдвинут относительно N на 180°, и когда гиросфера установится в меридиане, то точка 0° будет обращена к S.

Так как смотровое стекло резервуара прибора 1М обращено в корму, то в этом случае при снятии отсчета с гиросферы получим ГКК судна, а не обратный ГКК. Верхняя и нижняя “Полярные шапки” изолированы от корпуса гиросферы, а экваториальные электроды, за исключением круглого электрода, соединены с корпусом.

а) б)

в)

Рисунок 4 – Чувствительный элемент: а – внешний вид гиросферы; б – принципиальная схема чувствительного элемента ( –кинетические моменты гироскопов); в – конструкция чувствительного элемента

После сборки гиросферы через ниппель (10) в нижней токоведущей буксе из нее откачивается воздух и гиросфера заполняется водородом, и через тот же ниппель в гиросферу закачивается около 110 г масла (11) для смазки подшипников гиромоторов. Водородная среда обеспечивает меньшее трение при вращении гиромоторов, лучшую теплоотдачу от гиромоторов к корпусу гиросферы, предотвращает коррозию металла и окисление находящегося в ней масла.

Учитывая, что в нижней части гиросферы находится масло со свободной поверхностью, наклонять ее на большие углы, а тем более переворачивать категорически запрещается. Центр тяжести гиросферы расположен ниже ее геометрического центра примерно на 7,8 мм. Эта величина называется метацентрической высотой гиросферы. За счет наличия метацентрической высоты гиросфера обладает положительным маятниковым эффектом, обеспечивающим "связь" ее с Землей. Внутри гиросферы укреплена рама (фонарь), изготовленная из легкого и прочного металла – электрона, в которой крепится гироскопическая система, состоящая из двух гиромоторов (12). Система из двух гиромоторов применяется для того, чтобы стабилизировать гиросферу в плоскости горизонта относительно ее главной оси и уменьшать тем самым погрешность гирокомпаса в условиях качки судна. Главные оси расположены под углом 90° и образуют с линией NS углы в 45°.

Специальной системой, называемой антипараллелограммом, состоящей из рычагов (13), коромысла (14) и пружин, (15) гиромоторы соединены между собой. Эта система позволяет гиромоторам вращаться вокруг вертикальных осей только в противоположных направлениях. В результате чего главные оси гиромоторов всегда составляют с линией NS гиросферы одинаковые углы, величина которых ограничивается упорами в пределах 7°.

Корпус гиромотора (камера) (16) изготовлен из электрона. На камере и крышке гиромотора закреплены статор (17) и компенсационная пружина, выбирающая осевой люфт ротора при изменении температуры. Ротор представляет собой массивный обод, переходящий в тонкую диафрагму (18) и ось (19), изготовленный из цельной отливки легированной стали. Весит ротор примерно 2.300 г. После изготовления ротор подвергается предварительной статической и динамической балансировке. Форма ротора выбрана так, что в собранном гиромоторе статор входит внутрь ротора. Смазка подшипников гиромоторов осуществляется капиллярным способом с помощью фитилей (20), расположенных в алюминиевых трубках, соединенных с корпусом гиромотора в районе шарикоподшипников. Концы фитилей опущены в масло.В верхней части фонаря расположено устройство для погашения колебаний гиросферы масляный успокоитель), состоящее из кольцеобразного желоба (21), с северной и южной сторон которого расположены герметически закрытые отсеки, заполненные вазелиновым маслом (22) (рисунок 5). Каждый из этих отсеков разделен внутренней перегородкой на две части, которые соединены между собой трубкой – тройником (23). Тройники северного и южного сосудов соединены между собой калиброванной трубкой (24), которая проходит через камеру, где в нижней части расположено реле выключателя затухания (25). В верхней части отсеки соединены воздушной трубкой (26). Реле выключателя затухания представляет собой камеру, в которой расположен якорь электромагнита, а с внешней стороны камеры укреплен сердечник электромагнита (27) с обмоткой (28). На якоре электромагнита укреплена пластинка, которая вместе с якорем может перемещаться в вертикальной плоскости. При отсутствии тока в обмотке электромагнита якорь вместе с пластинкой под действием пружин поднят, отверстие соединяющей трубки открыто и масло может перетекать из сосуда в сосуд. При маневрировании судна, чтобы избежать появления инерционной погрешности второго рода, подают питание через круглый электрод гиросферы на обмотку электромагнита. Якорь притягивается к сердечнику, пластинка перекрывает отверстие в камере, исключая тем самым перетекание масла из сосуда в сосуд.

В нижней части гиросферы расположена обмотка (катушка) (29) электромагнитного "дутья", которая представляет собой кольцо трапецеидального сечения. Эта обмотка предназначена для того, чтобы центрировать гиросферу внутри следящей сферы. При прохождении переменного тока по обмотке вокруг нее образуются магнитные силовые линии, которые индуктируют в корпусе следящей сферы вихревые токи. Магнитное поле вихревых токов, взаимодействуя с магнитным полем обмотки, создает отталкивающую силу (Р), направленную к центру гиросферы. Эту силу можно разложить на две составляющие: вертикальную (Р2) и горизонтальную (Р1). Вертикальная составляющая – компенсирует вес гиросферы в поддерживающей жидкости, который составляет примерно 30-40 г, а горизонтальная–центрирует ее в следящей сфере.

Рисунок 5 – Масляный успокоитель

Гирокомпас «Курс-4М» является модифицированной версией модели «Курс-4» и характеризуется классической гирокомпасной компоновкой с двухгироскопным чувствительным элементом, гидростатическим подвесом и электромагнитным центрированием. Маятниковый эффект реализован с помощью смещения центра тяжести гиросферы. От «Курс-4» его принципиально отличает наличие воздушного охлаждения с помощью встроенного вентилятора (в «Курс-4» использовалось водяное охлаждение с помощью помпы и системы шлангов) и выключателя затухания. Использование последнего позволило повысить точность курсоуказания при маневрировании в высоких широтах (более 60°) путем исключения инерционной девиации второго рода. Гирокомпас может быть использован на судах в широтах от 0 до 82˚ N(S). В диапазоне широт 0 – 65˚ точность гирокомпаса соответствует требованиям резолюции А.424 Международной морской организации (ИМО). Расчетная широта гирокомпаса «Курс-4М» составляет 60˚.

Контрольные вопросы:

1. Какие приборы входят в состав комплекта гирокомпаса?

2. Каков гарантийный срок работы гиросферы?

3. Для какой цели служит штурманский пульт?

4. Для какой цели служит трансляционно-усилительный прибор?

5. Какие приборы и системы служат для управления работой гирокомпаса?

6. Какие системы предусмотрены для контроля за работой гирокомпаса?

7. С какой целью гиросфера заполняется водородом?

8. Какое количество токоведущих электродов имеет гиросфера?

9. С какой целью гиросфера имеет два гиромотора?

10. Какую функцию выполняет обмотка электромагнитного "дутья"?

11. Почему гиросферу запрещается переворачивать?

12. Какой отсчет гиросферы направлен на север?

13. Для чего служит реле выключателя затухания?

14. Что такое метацентрическая высота гиросферы и для какой цели она создается?

15. Для чего нужен антипараллелограмм?

16. Какую роль выполняет масляный успокоитель?

17. Для какой цели отсеки масляного успокоителя разделены вертикальными перегородками?