Файл: Нечаев П.А. Электронавигационные приборы учебник.pdf

Контрольные репитеры устанавливают в штурманской рубке, каю­ те капитана и вблизи кормового (аварийного) рулевого поста.

Репитеры радиолокатора, радиопеленгатора и авторулевого мон­ тируют в блоки перечисленных приборов по месту установки последних.

В схеме радиолокатора репитер гирокомпаса служит для стабили­ зации изображения на экране относительно гирокомпасного мери­ диана.

Всхеме радиопеленгатора репитер гирокомпаса применяется для снятия компасных радиопеленгов (вместо курсовых углов) радио­ маяков.

Всхеме авторулевого репитер гирокомпаса является датчиком угла отклонения судна от курса, который используется для приведения в действие рулевого привода и возвращения судна на курс. Когда авто­ рулевой устанавливается вблизи штатного поста управления рулем, этот репитер используется и в качестве путевого.

Электрическая связь между отдельными узлами гирокомпасной

схемы осуществляется с помощью соединительных кабелей. Требования, предъявляемые к гирокомпасу. Основным требованием

является точность его показаний и надежность работы. Современные суда неограниченного района плавания могут совершать рейсы между портами в течение многих дней и даже недель без заходов. Отсюда вытекает еще одно важное требование к гирокомпасу — возможность длительной непрерывной работы. Существенными требованиями яв­ ляются также простота конструкции, компактность установки и дол­ говечность.

§ 31. ПРИНЦИПЫ КОНСТРУКЦИИ И СПОСОБЫ ПОДВЕСА ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

В качестве гироскопов во всех современных гирокомпасах ис­ пользуются роторы электродвигателей переменного тока со стабили­ зированной скоростью вращения. Стабилизация оборотов необходима для предотвращения изменений направляющего момента и вызываемого этим появления случайных погрешностей в показаниях гирокомпаса. В качестве электродвигателей применяются асинхронные трехфазные двигатели с короткозамкнутой роторной обмоткой.

Двигатели, применяющиеся в гироскопических приборах, назы­ ваются гиромоторами. Они отличаются от обычных электродвигателей тем, что статор у них помещен внутри ротора. Такая конструкция по­ зволяет придать ротору больший момент инерции относительно глав­ ной оси при заданном весе, чем увеличивается кинетический момент гироскопа. Роторы современных гиромоторов изготовляют из высоко качественных хромоникелевых или хромомарганцевых сталей. При сборке гиромотора большое значение имеет правильная посадка мас­ сивной части ротора на ось. Небольшие перекосы при посадке вызы­ вают динамическую неуравновешенность ротора, которая вредно влияет на подшипники и ось. Для избежания этого гиромоторы двухгироскопных компасов имеют ротор, выточенный вместе с осью из одного куска стали, причем соединение маховой части ротора с осью выполне­

115

но в виде упругой диафрагмы (рис. 75). Такое соединение позволяет ротору самобалансироваться при вращении.

Сердечники обмоток у ротора и статора изготовляют из листового трансформаторного железа. Короткозамкнутая обмотка ротора (типа «беличье колесо») отливается из алюминия под давлением. Скорость вращения гиромоторов обычно составляет от 6 до 30 тыс. об/мин. По­ вышение числа оборотов выгодно, так как"оно приводит к увеличению направляющего момента гирокомпаса. Но в то же время при больших

числах оборотов быстрее изнашиваются шарикоподшипники, в кото­ рых вращается ось ротора в камере гиромотора. Долговечность под­ шипников гиромотора определяет срок службы чувствительного эле­ мента в целом, который обычно составляет от 5 до 15 тыс.ч работы.Для повышения долговечности подшипников камера, содержащая гиро­ мотор, заполняется каким-либо легким газом. Благодаря этому умень­ шается сопротивление вращению ротора и, следовательно, нагрев под­ шипников гиромотора.

Характерной особенностью гиромотора является устройство, ком­ пенсирующее температурное изменение длины оси ротора. Это устрой­ ство называется температурным компенсатором (рис. 76). Один из глав­ ных подшипников, в которых вращается ось ротора, является сколь­ зящим. Перемещение подшипника при изменении длины оси ограничено пружинной шайбой, работающей на сжатие. Применяются и другие температурные компенсаторы.

Для увеличения направляющего момента гирокомпаса желательно, чтобы ротор гиромотора был как можно массивнее и имел разнесенную

116

относительно оси вращения массу, так как благодаря этому увеличи­ вается момент инерции ротора. Однако при этом возрастает вес гиро­ мотора и его габариты, а следовательно, увеличивается сила сухого трения в подвесе чувствительного элемента. Сухое трение, как извест­ но, растет пропорционально нагрузке от опоры подвеса.

Это противоречие в настоящее время решается в пользу малогаба­ ритных конструкций. Связанное с малыми габаритами уменьшение на­ правляющего момента компенсируется повышением качества опор, т. е. уменьшением силы трения в подвесе чувствительного элемента и уве­ личением чувствительности следящей системы.

В табл. 7 приведены основные характеристики гиромоторов совре­ менных компасов.

в герметичной гирокамере, заполненной гелием.

Стабилизация оборотов гиромоторов обеспечивается постоянством частоты и напряжения питающего их переменного тока.

Гироскоп (или система гироскопов) должен иметь три степени сво­ боды, т. е. возможность вращения в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Свобода вращения вокруг главной (собственной) оси обес­ печивается с помощью упомянутых выше главных подшипников. Сво­ бода вращения вокруг остальных осей создается надлежащим подвесом чувствительного элемента. На рис. 77 изображены подвесы чувстви­ тельного элемента современных гирокомпасов.

В одногироскопных компасах с жидкостно-торсионным подвесом (рис. 77, а) чувствительный элемент 1 — поплавковый гироскоп (гиро­ мотор в герметичной камере) — помещен в жидкость 3, которая за­ полняет внутреннюю полость следящей сферы.

По вертикальной и горизонтальной осям гироскоп связан со сле­ дящей сферой 2 двумя парами торсионов 4. Торсионы служат для цент­ рирования чувствительного элемента, а также для приложения к нему соответствующих моментов.

Следящая сфера, в свою очередь, подвешена в горизонтальном и вер­ тикальном кольцах карданового подвеса, которые связаны с соответ­ ствующими двигателями стабилизации, обеспечивающими непрерыв­

117

ное согласование следящей сферы с поплавковым гироскопом. Такая система, с точностью до инструментальных ошибок, обладает свойст­ вами свободного гироскопа.

В большинстве двухгироскопных компасов применен жидкостный подвес чувствительного элемента (рис. 77, б). Чувствительный эле­ мент выполняется в форме герметичной сферы, внутри которой помеще­ ны гиромоторы в камерах, успокоитель и другие детали. Сфера имеет небольшую отрицательную или нейтральную плавучесть (при рабочей

Рис. 77. Подвесы чувствительных элементов:

а — жидкостно-торсионный подвес; б — жидкостный под­ вес; в — жидкостный подвес с ртутной подушкой; 1 — чув­ ствительный элемент; 2 —следящая сфера; 3 — поддержи­ вающая жидкость; 4 — торсион; 5 — ротор с разнесенной массой; 6 — ртутная подушка

температуре поддерживающей жидкости) и центрируется с помощью электромагнитного поля внутри следящей сферы, в которую поме­ щается чувствительный элемент. Таким образом, чувствительный эле­ мент полностью освобожден от сухого трения в опорах. Питание гиро­ моторов осуществляется через поддерживающую токопроводящую жидкость.

Недостатком такого способа подвеса является влияние на чувстви­ тельный элемент переменного температурного режима поддержива­ ющей жидкости. При изменении температуры меняется плотность жид­ кости и гиросфера смещается в вертикальном направлении. Это при­ водит к изменению переходных сопротивлений жидкости, через кото­ рые подается питание на гиромотор, а следовательно, меняются и токи в фазах статорных обмоток гиромоторов. Вследствие этого нарушается постоянство кинетического момента гиросферы, что ведет к появлению ошибок в показаниях гирокомпаса.

118

При значительном изменении температуры поддерживающей жид­ кости гиросфера может опуститься или подняться на такую величину, что гиросфера и следящая сфера придут в соприкосновение и силы тре­ ния, возникающие при этом, выведут гирокомпас из меридиана, а их полярные электроды обгорят. Для избежания этого необходима ста­ билизация температуры поддерживающей жидкости.

Стабилизация температуры обеспечивается с помощью системы охлаждения гирокомпаса. Охлаждение гирокомпаса может быть водя­ ным или воздушным. В первом случае охлаждающая жидкость пропус­ кается через резервуар, в который загружается следящая сфера с гиро­ сферой, по змеевику с помощью специальной помпы. Во втором случае резервуар с поддерживающей жидкостью обдувается снаружи окру­ жающим воздухом с помощью вентилятора.

При плавании в тропических районах воздушное охлаждение мало­ эффективно. Для предохранения гиросферы от вертикальных переме­ щений при воздушном охлаждении применяется двухслойная поддер­ живающая жидкость. Нижняя часть резервуара заполняется ртутью, плотность которой почти не изменяется с изменением температуры. Выше ртути находится обычная поддерживающая жидкость. Гиросфе­ ра нижней частью опирается на «ртутную подушку», через которую также обеспечивается подвод одной из фаз питания гиромоторов. Ртутная подушка 6 (рис. 77, в) предохраняет гиросферу от опускания при повышении температуры поддерживающей жидкости. Такая си­ стема подвеса применена в малогабаритном гирокомпасе «Амур». Не­ достатком подобной системы подвеса является то, что она не предотвра­ щает перемещения гиросферы кверху при понижении температуры под­ держивающей жидкости.

В одногироскопных корректируемых гирокомпасах требуется не охлаждение, а, наоборот, постоянный подогрев поддерживающей жид­ кости, так как ее рабочая температура выше любой реально возможной температуры гироблока без обогрева. Для этой цели в схеме прибора предусмотрена специальная система термостабилизации, обеспечива­ ющая рабочую температуру жидкости, при которой гирокамера имеет нулевую плавучесть. При включении прибора для форсированного разогрева жидкости схема терморегулирования подключает дополни­ тельный электрообогрев и при достижении рабочей температуры под­ держивающей жидкости отключает его.

-Необходимым узлом чувствительного элемента гирокомпаса яв­

ляется маятниковое устройство, обеспечивающее связь гироскопа

сЗемлей.

Водногироскопных некорректируемых компасах это устройство представляет собой гидравлический маятник, образованный парой сооб­ щающихся сосудов, установленных параллельно оси ОХ гирокомпаса. Сосуды соединены двумя соединительными трубками. Нижняя трубка обеспечивает свободное перетекание жидкости из сосуда в сосуд при наклонениях чувствительного элемента над плоскостью горизонта. Верхняя трубка — воздушная, предназначена для уравновешивания давления воздуха над уровнем жидкости в сосудах. Как правило, в ка­ честве рабочей жидкости используется ртуть, обладающая высокой

119