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

Выше было показано, что гидродинамическое давление уравнове­

где у ■— плотность воды.

Подставив в выражение (54) значение h из формулы (53), получим:

Данная теоретическая зависимость между гидродинамическим дав­ лением и скоростью хода лежит в основе расчета всех гидравлических (гидродинамических) лагов.

Чувствительный элемент лага, служащий для измерения динами­ ческого (скоростного) давления, называется м е х а н и ч е с к и м Д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы м м а н о м е т р о м . Манометр называет­ ся м е х а н и ч е с к и м потому, что измеряемое им динамическое дав­ ление преобразуется в механическое усилие, действующее на шток. Название д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы й манометру дано потому, что измерение динамического давления производится в нем путем измере­ ния разности между полным и статическим давлением воды. Тем самым конструкция дифференциального манометра позволяет определять ди­ намическое давление в условиях изменяющейся осадки, поэтому пока­ зания лага не зависят от осадки судна.

Рассматривая принцип действия гидродинамического лага, мы пред­ полагали, что оба приемных отверстия расположены в одной трубке. Приемная трубка лага будет в этом случае двухканальной. В лагах бо­ лее старых выпусков трубки делались одноканальными. Полное дав­ ление поступало через отверстие одноканальной трубки Пито, а для приема статического давления на судне делалось отдельное статическое отверстие.

В указанных вариантах приемная трубка опускается в отверстие в днище судна. Лаги такого типа называются д о н н ы м и или д н и ­ щ е в ы м и (рис. 141, а).

Другим вариантом гидродинамического лага является лаг, у кото­ рого прием полного давления осуществляется через специальное отвер­ стие в форштевне судна, а статическое давление поступает через отвер­ стия в бортах или днище. Такие лаги называются ш т е в н е в ы м и (рис. 141, б). Одним из эксплуатационных преимуществ штевневого лага является то, что в нем нет выступающих за корпус судна частей и работающий лаг не увеличивает осадки судна. Такой лаг удобен при плавании в мелководных районах.

Многие лаги выпускаются как в донном, так и в штевневом вариан­ те. Донный вариант в этом случае считается основным и называется

ш т а т н ы м .

255

Приведенная зависимость между динамическим давлением Рп и скоростью v движения судна является теоретической; она справедли­ ва только для идеальной жидкости, под которой понимается однород­ ная, несжимаемая и не обладающая вязкостью жидкость.

Практически установлено, что результирующее давление, испыты­ ваемое диафрагмой в действительных условиях, отличается от теоре­ тического значения. Объясняется это рядом причин, главные из кото­ рых следующие.

Рис. 141. Принципиальная схема измерения динамического давления:

а— донный вариант; б — штевневой вариант

1.Известно, что вода, в отличие от идеальной жидкости, обладает вязкостью. Это проявляется в том, что при движении судна ближайший

кего корпусу слой воды увлекается вслед за судном. Толщина этого по­ граничного слоя неодинакова у различных мест подводной части суд­ на; она зависит от обводов судна, шероховатости его подводной части, скорости судна и других причин. Для уменьшения влияния этого по­ граничного слоя приемная трубка лага должна иметь такую длину, чтобы приемные отверстия были расположены за пределами этого слоя.

Обычно подводная часть трубки имеет длину 0,45—0,95 м.

2.Морскую воду нельзя считать однородной, так как в ней имеются пузырьки воздуха, микроорганизмы и твердые частицы. Неоднород­ ность воды также сказывается на зависимости между давлением и ско­ ростью движения судна.

3.Ось приемного отверстия трубки может отклониться от направле­ ния движения потока воды, обтекающего судно. Это происходит при крене и дифференте судна. Кроме того, в месте установки трубки лага потоки движущейся воды могут быть не параллельны диаметраль­ ной плоскости судна. Все это сказывается на величине давления, вос­ принимаемого трубкой.

Чтобы соотношение между гидродинамическим давлением и ско­ ростью движения судна соответствовало реальной работе лага в дей­ ствительных условиях, в выражение для Р п надо ввести гидродинами­ ческий коэффициент К, учитывающий искажающее действие внешних факторов. Итак, для реальных условий

Р

2 g

256

Коэффициент К называется г и д р о д и н а м и ч е с к и м к о э ф ­ ф и ц и е н т о м П и т о . Этот коэффициент учитывает неоднородность и вязкость морской воды, а также влияние места и качества установки лага на судне. Для идеальной жидкости К = 1. В реальных условиях коэффициент К может быть больше или меньше единицы.

Величина этого коэффициента в каждом конкретном случае опре­ деляется во время испытания лага на мерной линии.

Опытным путем установлено, что коэффициент К приближенно про­

стоянному и переменному членам коэффициента К- Итак, измерение скорости хода судна гидравлическим лагом сводит­

ся к измерению динамического давления, которое через приемную труб­ ку лага передается на его чувствительный элемент — приемник давле­ ния. Однозначная зависимость между относительной скоростью v дви­ жения судна и динамическим давлением Рл позволяет шкалу лага гра­ дуировать непосредственно в узлах.

Для того чтобы получить пройденное судном расстояние, нужно в конструкции лага иметь специальное интегрирующее устройство, которое будет вести счет пройденного судном расстояния путем не­ прерывного умножения мгновенной скорости на время. Выработка зна­ чения скорости судна по величине динамического давления и учет прой­ денного расстояния выполняются ц е н т р а л ь н ы м п р и б о р о м л а г а . Центральный прибор связан с приемником давления, а потому его устанавливают на судне ниже ватерлинии наименьшей осадки. Не­ посредственное использование показаний центрального прибора лага в связи с этим неудобно, а потому в комплект лага должны входить при­ боры-повторители (репитеры).

Существенным конструктивным недостатком гидравлических ла­ гов является то, что вместе с водой через отверстия трубки лага в при­ емник давления могут попадать пузырьки воздуха. Проникновение воздуха в трубопроводы и в приемник давления вредно отражается на работе лага. Воздух, как известно, легко сжимается, поэтому при

наличии его в гидравлической системе лага колебания гидродинамиче­ ского давления, связанные с изменением скорости судна, будут переда­ ваться на диафрагму с некоторым запаздыванием и искажением, что вызовет погрешность показаний лага. Для обеспечения нормальной работы лага в каждом трубопроводе устанавливаются специальные в о з д у х о с о б и р а т е л и , предназначенные для сбора воздуха, попадающего в трубопроводы через отверстия приемной трубки.

Краны воздухособирателей нужно периодически открывать; при этом из резервуара воздухособирателей воздух будет вытесняться водой. Такая процедура называется продуванием лага. Частота продувания зависит от осадки судна и от волнения моря.

Для предотвращения влияния гидравлических ударов на диафраг­ му приемника давления в трубопроводы включаются д ы х а т е л ь ­ н ы е к л а п а н ы .

Независимо от конструктивных особенностей, типовой комплект гидродинамического лага должен состоять из следующих основных узлов:

приемной трубки (двухили одноканальной); применение однока­ нальной трубки требует наличия клинкета, перекрывающего стати­ ческое отверстие в днище судна;

клинкета для установки приемной трубки; трубопроводов для соединения трубки лага с приемником давления; приемника давления или сильфонного аппарата; воздухособирателей с дыхательными клапанами; центрального прибора лага;

приборов-повторителей — репитеров скорости и пройденного рас­ стояния;

станции лага для управления и контроля за работой лага.

Из принципа действия лага следует, что во все время движения судна диафрагма чувствительного элемента находится под напряже­ нием. Это обстоятельство вредно сказывается на качестве работы лага. Металл, из которого сделана диафрагма, будет «уставать»; параметры диафрагмы будут меняться, и, следовательно, появится ошибка в пока­ заниях прибора.

Чувствительный элемент лага должен воспринимать динамические давления, меняющиеся в очень широких пределах, соответствующих диапазону измеряемых скоростей. Так, например, в лагах, служащих для измерения скоростей хода от 1 до 25 узлов, величины давлений, соответствующих этим скоростям, отличаются в 625 раз. При этом ус­ тройство дифференциального манометра должно обеспечить достаточ­ ную точность измерения давления во всем диапазоне измеряемых скоростей. Однако чувствительность механического дифферен­ циального манометра при малых скоростях будет выше, чем при боль­ ших. Нелинейная зависимость между деформацией диафрагмы и вос­ принимаемым давлением приведет к снижению чувствительности лага на больших скоростях.

Для улучшения условий работы приемника давления и для повыше­ ния точности и качества работы лага большинство лагов имеют специ­ альное к о м п е н с а ц и о н н о е у с т р о й с т в о , назначение

2Е8