AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE Instytut Inżynierii Ruchu Morskiego Zakład Urządzeń Nawigacyjnych Ćwiczenie nr 2 Budowa i obsługa techniczna żyrokompasów Szczecin 2005 www.am.szczecin.pl w dziale dla studentów zawsze najnowsza wersja tego opracowania
Autorzy: Mgr inż. Maciej Gucma Mgr inż. Jakub Montewka Mgr inż. Antoni Zieziula 43
CWICZENIE nr 2 BUDOWA I OBSŁUGA ŻYROKOMPASÓW 1.Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową żyrokompasu głównego oraz jego wyposażenia. Szczególną uwagę należy zwrócić na współpracę poszczególnych części i zespołów żyrokompasu, która ma decydujący wpływ na dokładność wyznaczania kursu. 44
2. Opis stanowiska badawczego Ćwiczenie realizowane jest na dwóch stanowiskach komputerowych. Program komputerowy symulacja podstawowych układów żyrokompasów wyjaśnia budowę żyrokompasów oraz prezentuje współpracę poszczególnych jego zespołów. Program symulacyjny umożliwia również symulowanie stanów awaryjnych żyrokompasów. 3. Przebieg ćwiczenia i wymagania dotyczące sprawozdania Przed rozpoczęciem zajęć studenci powinni znać podstawy teoretyczne ćwiczenia w zakresie przedstawionym w punkcie 4 niniejszej instrukcji, ponadto w sprawozdaniu należy podać: - cel ćwiczenia, - narysować schemat konstrukcji żyrokompasu, - narysować schemat elektryczny układu naśladującego STANOWISKO 2A 1. Zapoznać z budową kompasu głównego oraz z oryginalnymi zespołami i częściami żyrokompasu zgromadzonych w sali. 2. W sprawozdaniu podaj schemat konstrukcyjny żyrokompasu i jego opis. 45
b. Opisz budowę kuli żyroskopowej. c. Podaj sposób doprowadzenia prądu do kuli żyroskopowej. d. W jaki sposób kula żyroskopowa utrzymywana jest w położeniu centralnym względem kuli naśladującej. STANOWISKO 2B 2. Uruchomić program komputerowy Symulacja układów żyrokompasu Zapoznać się z pracą układu naśladującego. a) Narysuj schemat układu naśladującego żyrokompasu. b) Podaj opis działania układu naśladującego. c) Opisz przypadki w których powinien być uruchomiony alarm żyrokompasu. 46
4. Podstawy konstrukcji i obsługi żyrokompasów W chwili obecnej na rynku dostępnych jest co najmniej kilkanaście modeli żyrokompasów, a liczba będących w eksploatacji z pewnością dochodzi do kilkudziesięciu. Produkcją żyrokompasów zajmuje zaledwie kilka firm, liczba ich ma tendencję malejącą, wynikającą najczęściej z łączenia się mniejszych firm w koncerny. Pod względem technologicznym obecnie produkcja żyrokompasów nie stanowi bariery nawet dla wielu firm polskich. Przeszkodą w podjęciu takiej produkcji, jest konieczność zakupu wielu opracowań patentowych, innym problemem jest opłacalność produkcji. Jest to bariera nie do pokonania dla firm rozpoczynających produkcję. Żeby firma mogła utrzymać się na rynku, musi utrzymywać co najmniej kilkadziesiąt punktów serwisowych rozsianych po całym świecie. Dlatego też firmy które próbowały podjąć produkcję żyrokompasów ponoszą porażkę np.: firmy Robertson z Norwegii i Brown z Wielkiej Brytanii. Analizując rozwiązania żyrokompasów produkowanych przez wiele firm dochodzi się do wniosku, że ich konstrukcje stają się w zasadniczych punktach zbieżne-podobne. Uwaga ta dotyczy również kompasów jednożyroskopowych, którym nawet przypisuje się odmienną zasadę działania, w ostateczności w budowie w chwili obecnej mało 47
różnią się od kompasów dwużyroskopowych. Przykładem może być to że w obu tych żyrokompasach występuje kula żyroskopowa. 4.1 Wyposażenie żyrokompasu Żyrokompasem nazywamy zespół urządzeń które pozwalają na wyznaczenie kursu jakim płynie statek. Kurs ten transmitowany jest do analogowych lub cyfrowych powtarzaczy (repetytorów), autopilota, odbiorników satelitarnych, radarów i rejestratora kursu- kursografu. Na rysunku 1 przedstawiono podstawowe przyrządy wyposażenia żyrokompasu STANDARD 14 firmy ANSCHUTZ to: Kompas żyroskopowy (zwany też żyrokompasem głównym) z synchronicznym transmiterem do podłączenia autopilota Zasilacz żyrokompasu- wytwarza napięcia do zasilania żyrokompasu i dodatkowych urządzeń Przetwornik kursu urządzenie umożliwiające podłączanie do żyrokompasu różnych odbiorników: analogowych, cyfrowych, z silnikami krokowymi. W skład dodatkowego wyposażenia wchodzą: Dodatkowe przyrządy umożliwiające podłączanie większej liczby odbiorników. Repetytor sterowy. 48
Repetytor namiarowy Repetytor cyfrowy Generator podstawy czasu Kursograf Autopilot Ploter do kreślenia linii kursowej na mapach nawigacyjnych Namiernik rys 1. Żyrokompas Standard 14 wraz z wyposażeniem 1. Kompas żyroskopowy 2. Zasilacz 3. Przetwornik kursu 4. Repetytor sterowy 5. Autopilot 6. Repetytor cyfrowy 7. Sygnalizator alarmu 8. Generator podstawy czasu 49
8. Repetytor namiarowy 9. Ploter 4. 2. Budowa żyrokompasu schemat konstrukcji żyrokompasu Żyrokompas jest więc urządzeniem które składna się z wielu przyrządów. Najważniejszym urządzeniem jest żyrokompas główny, w którym znajduje się między innymi żyroskopowy zespół, ustawiający się swoją osią wzdłuż południka. W wyniku przeglądu budowy wielu żyrokompasów dochodzimy do wniosku że konstrukcja ich się musi rozwiązać zasadniczo trzy problemy : - Zawieszenie elementu czułego w takim środowisku które nie obciąża jego żadnymi siłami zakłócającymi. - Doprowadzenie prądu do niego bez obciążeń mechanicznych. - Przekazywania informacji o kursie do wielu odbiornikówrepetytorów. Należy podkreślić że pierwsi konstruktorzy sprzed 100 laty zastosowali niektóre rozwiązania które w zasadniczej idei przetrwały do dzisiaj, dlatego że są prawie absolutnie doskonale i nie da się ich zastąpić lepszymi. Żyrokompasy są dość złożonymi urządzeniami, dlatego też celowe jest przedstawienie schematu konstrukcji żyrokompasu. 50
Znajomość jego jest niezbędna do poznawania budowy i zasad eksploatacji wszystkich.żyrokompasów. 1- kula żyroskopowa 2- kula naśladująca 3- zbiornik 4- obudowa 5- podstawa żyrokompasu 6- silnik azymutalny 7- zawieszenie kardanowe rys 2. Schemat konstrukcji żyrokompasu głównego. Przedstawiony schemat na rys 2 jest bardzo łatwy do zapamiętania jak i do narysowania. Na jego podstawie omówiona będzie najpierw budowa, a następnie współdziałanie poszczególnych części i zespołów żyrokompasu. Na rysunku tym przedstawiono przekrój płaszczyzną pionową żyrokompas główny, kula żyroskopowa- element czuły umieszczona jest w cieczy którą nazywa się płynem nośnym lub zamiennie cieczą podtrzymującą. Popularnie płyn nośny nazywany jest też elektrolitem, ze względu na jego skład chemiczny. Płyn nośny znajduje się w zbiorniku. 51
Żeby ograniczyć przesunięcia liniowe kuli żyroskopowej umieszczono ją wewnątrz wydrążonej kuli, nazwanej kulą naśladującą. Stanowi ona swojego rodzaju klatkę dla kuli żyroskopowej, jest ona nieszczelna, tak że płyn nośny znajduje się w przestrzeni miedzy nimi. Należy też podkreślić, że luz między powierzchniami obu kuli jest niewielki i wynosi zaledwie kilka milimetrów. Wszystkie elementy stykające się z elektrolitem pokryte są tworzywem sztucznym które nie przewodzi prądu elektrycznego i odporne jest na działanie kwasu. Aby zabezpieczyć płyn nośny przed wylaniem, zbiornik płynu od góry przykryto pokrywą nazwaną stolikiem. Zakończenie kuli naśladującej, zwane trzonem, ułożyskowane jest w stoliku, dzięki temu silnik azymutalny poprzez przekładnię może obracać kulę naśladującą w płaszczyźnie horyzontalnej. Zbiornik płynu nośnego do obudowy przymocowany jest za pośrednictwem dwóch pierścieni kardanowych, dzięki którym, podczas przechyłów statku pozostaje on w pionie, zapewniając kuli żyroskopowej jak najlepsze warunki pracy. Obudowa żyrokompasu zakończona jest podstawą którą silnie przymocowuje się do pokładu statku. Na zakończenie należy nadmienić że współcześnie produkowane żyrokompasy wyposażone są w szczelną kulę naśladującą wewnątrz której znajduje się kula żyroskopowa wraz z elektrolitem. W żyrokompasach tych wyeliminowany został zbiornik płynu, dzięki temu są one lżejsze. Takie rozwiązanie umożliwia też lepsze odprowadzanie ciepła z elektrolitu, które wydziela się podczas pracy żyrokompasu. Należy podkreślić że przedstawiony schemat konstrukcji umożliwia także prezentację budowy współczesnych kompasów 52
jednożyroskopowych. W żyrokompasach tych występuje dodatkowy element - zawieszenie kardanowe łączące kulę żyroskopową z kulą naśladującą. Płynem nośnym może w takich rozwiązaniach może być olej o określonej lepkości Przedstawione na rys. 2 i omówione przez nas urządzenie nazywane jest popularnie kompasem głównym. 4.3. Centralne położenie kuli żyroskopowej względem naśladującej Kula żyroskopowa powinna zajmować centralne-współśrodkowe położenie względem kuli naśladującej, dopuszczalne są pewne niewielkie przesunięcia, a także chwilowe krótkotrwałe zetknięcia się obu kul, które zachodzą podczas gwałtownych manewrów statku, lub podczas jego ruchu falowania morza. Utrzymanie kuli żyroskopowej w tym położeniu możliwe jest dzięki zastosowaniu następujących dwóch rozwiązań: - Równowadze siły wyporu i siły ciężkości kuli. - Zastosowaniu dodatkowych zabezpieczeń. Równowaga siły wyporu i ciężkości kuli zależy od gęstości elektrolitu, która z kolei zależy od temperatury elektrolitu. Podczas pracy żyrokompasu temperatura elektrolitu wzrasta ze względu na ciepło które powstaje przy przepływie prądu, jak i ciepło które powstaje na wskutek tarcia w łożyskach żyroskopów. Aby osiągnąć położenie obu kul chociaż zbliżone do stanu równowagi, należy utrzymywać temperaturę płynu 53
nośnego w określonym zakresie, realizowane jest to poprzez chłodzenie elektrolitu, za pomocą nadmuchu powietrza przez wentylator. Przedstawione rozwiązanie jest niedostateczne, gdyż temperatura elektrolitu ulega pewnym wahaniom, dlatego też w żyrokompasach stosowane są dodatkowe zabezpieczenia. Jednym z nich jest umieszczenie wewnątrz kuli żyroskopowej cewki wydmuchu magnetycznego, która wytwarza poduszkę magnetyczną, która nie dopuszcza do zetknięcia się obu kul. Innym rozwiązaniem jest wprowadzenie trzpienia centrującego unieruchamiającego środek kuli żyroskopowej przed przemieszczeniami liniowymi. Na rys. 3 przedstawiono budowę kompasu głównego żyrokompasu STANDARD 14 firmy Anschutz Żyrokompas ten posiada podstawę sztywno połączoną do kadłuba statku. Obudowa i osłona żyrokompasu są wykonane są z tworzywa sztucznego. Zbiornik płynu ( wewnętrzna obudowa) w którym znajduje się kula naśladująca zawierająca kulę żyroskopową jest połączona z przekładnią układu naśladującego za pomocą elastycznego zawieszenia wahadłowgo. Przy podstawie kompasu znajduje się wentylator. Wyskalowana tarcza kursowa przymocowana do kuli naśladującej. Ogrzewanie i system wentylacji pozwala utrzymywać stałą temperaturę. Górna część kuli naśladującej jest przykryta osłoną z przeźroczystą wstawką umożliwiającą odczyt kursu. 54
rys. 3 Przekrój poprzeczny kompasu żyroskopowego W górnej części obudowy wewnętrznej wykonano otwór jest uszczelniony za pomocą wkładki. Wkładka mieści przeźroczystą wyskalowaną rurkę umożliwiająca kontrolę poziomu elektrolitu. Do zbiornika w jego dolnej części przymocowana jest pompa ciśnieniowa sprężająca elektrolit, który doprowadzony jest do wielu dysz rozmieszczonych symetrycznie w wielu punktach kuli naśladującej. Strumienie elektrolitu wytryskujące z dysz podtrzymują kulę żyroskopową w położeniu centralnym przy zmianach temperatury elektrolitu, bądź przy gwałtownych ruchach kuli żyroskopowej. 55
4. 4. Budowa kuli żyroskopowej Kula żyroskopowa jest wytłoczona z blachy ( rys. 3) mosiężnej i jest hermetycznie zamknięta, często wypełniona jest gazem obojętnym. Wewnątrz kuli żyroskopowej znajduje się zespół dwóch żyroskopów wyznaczających północ. Na powierzchni kuli znajdują się trzy elektrody umożliwiające doprowadzenie prądu do, dwie elektrody biegunowe i jedna równikowa. Półkolisty przewodząca elektroda biegunowa umożliwia przekazywanie informacji o kursie przez układ naśladujący. rys.3 Przekrój poprzeczny kuli żyroskopowej. Płyn żyrokompasowy jest mieszaniną przewodzącą prąd złożona z destylowanej wody, gliceryny i innych dodatków. Właściwą temperaturą elektrolitu jest 52 stopni C. Zapewnione jest ona przez system ogrzewania i chłodzenia płynu. 56
Kula żyroskopowa pływająca swobodnie w płynie kompasowym w środku wewnętrznej obudowy stanowi cały system żyroskopowy, czyli system wyznaczający rzeczywistą północ. Żyroskopy zainstalowane w hermetycznej kuli wirują wykorzystując dostarczony im prąd. Dzięki ruchowi obrotowemu Ziemi i jej grawitacji powstaje kierunkowa siła która sprawia, że kula żyroskopowa ustawia się w kierunku linii łączącej bieguny ziemskie. Połączenie dwóch żyroskopów zmniejsza błędy powstające przez wzdłużne i poprzeczne ruchy statku podczas kołysania statku. Obudowa wewnętrzna jest zawieszona na złączu wahadłowym i swobodnie obraca się wokoło pionowej osi. Jeśli statek zmienia kurs, elektryczny system śledzący sprawia że wewnętrzna obudowa odtwarza położenie kuli żyroskopowej w azymucie. 4.5 Doprowadzenie prądu do kuli żyroskopowej Kula żyroskopowa w której znajdują się dwa lub jeden żyroskop są zasilane prądem elektrycznym jednofazowym lub trójfazowym. W związku z koniecznością zapewnienia wysokich obrotów żyroskopom np.: 20000 0br/min kula żyroskopowa zasilana jest prądem o podwyższonej częstotliwości w tym przykładzie 333 Hz. Prąd do zasilania kuli żyroskopowej wytwarza specjalna przetwornica maszynowa, a we współczesnych żyrokompasach elektroniczna. Doprowadzenie prądu do kuli żyroskopowej powinno być takie aby ono nie powodowało żadnych obciążeń mechanicznych kuli. 57
Najczęściej prąd do kuli żyroskopowej doprowadzany jest za pomocą trzech par elektrod rozmieszczonych na kuli żyroskopowej i naśladującej. Do doprowadzenia prądu niezbędny jest przepływ ładunku elektrycznego przez płyn nośny, dlatego przy tych rozwiązaniach płynem tym jest elektrolit. W większości przypadków elektrolit zawiera następujące składniki: - woda destylowana, - gliceryna, - kwas lub zasada, - płyn obniżający temperaturę zamarzania elektrolitu, - dodatkowe specjalne składniki. Gliceryna jest cieczą która dobrze rozpuszcza się w wodzie, 3 posiada dość duży ciężar właściwy 1,26G/ cm, większy jej udział w elektrolicie podnosi ciężar właściwy elektrolitu i służy do wyważania kul o większym ciężarze właściwym. Tak więc gdy kula opada, należy dodać gliceryny do elektrolitu, gdy kula wypływa do góry, należy dodać wody, w celu obniżenia ciężaru właściwego. Dodanie kwasu lub zasady do wody powoduje rozpad tych związków (dysocjację) na cząstki dodatnie i ujemne, kationy i aniony. Elektrolity zawierają niewielkie ilości tych związków chemicznych. Kontakt elektrolitu ze skórą ludzką nie jest zbyt groźny. W związku z tym że żyrokompasy mogą pracować przy ujemnych temperaturach zewnętrznych, może dojść do jego uszkodzenia w przypadku wyłączenia z eksploatacji. Aby zabezpieczyć się przed takimi 58
przypadkami, w niektórych żyrokompasach dodaje się składniki obniżające temperaturę zamarzania np.: alkohol, Dodatkowymi składnikami specjalnie dodawanymi do elektrolitu mogą być związki chemiczne które np.: niszczą pojawiające się drobnoustroje w organicznych składnikach elektrolitu, bądź związki nadające określoną barwę elektrolitowi, lub poprawiające jego klarowność. Każda z faz prądu doprowadzana jest za pomocą dwóch elektrod ( pary) rozmieszczonych na kuli żyroskopowej i naśladującej. Do doprowadzenia prądu trójfazowego wykorzystano dwie pary elektrod rozmieszczonych na biegunach kul oraz parę elektrod równikowych. Przepływ prądu pomiędzy elektrodami odbywa się poprzez elektrolit, za pośrednictwem cząstek posiadających ładunek elektryczny: anionów i kationów. W związku z zasilaniem kuli żyroskopowej zmiennym prądem elektrycznym cząstki te nie płyną a tylko wykonują drgania. Taki sposób doprowadzenia prądu nie powoduje zmiany składu elektrolitu, co ma miejsce w akumulatorach prądu stałego. Elektrolit zachowuje też dużą trwałość. Przedstawione rozwiązanie doprowadzenia prądu na rys.16 jest rozwiązaniem które w praktyce występuje z pewnymi modyfikacjami. W rozwiązaniach firmy C. Plath jedną z faz doprowadza się za pomocą trzpienia centrującego a inną przez kontakt z rtęcią. W żyrokompasach firmy Sperry prąd doprowadzany jest z pomocą bardzo cienkich elastycznych przewodów elektrycznych. 59
4.6 Układ naśladujący żyrokompasu Z dotychczas przedstawionej budowy żyrokompasu wynika że, kurs żyrokompasu możemy bezpośrednio odczytać z kuli żyrokompasu głównego. Taki sposób odczytu jest niewygodny i niewystarczający, gdy, zachodzi potrzeba przesyłania informacji o kursie do wielu odbiorników: radaru, autopilota i.t.p. Problem transmisji danych o kursie żyrokompasu rozwiązuje układ naśladujący żyrokompasu. Przed układem przeznaczonym do tego celu stawiane jest wymaganie, aby jego działanie nie obciążało kuli żyroskopowej żadnymi zakłócającymi momentami sił Schemat układu naśladującego przedstawiono na rys 4. rys.4 Schemat układu naśladującego żyrokompasu. Na rysunku nr6 przedstawiono układ naśladujący, najważniejszymi zespołami tego układu jest kula żyroskopowa i kula naśladująca. Kula 60
naśladująca odtwarza położenie kuli żyroskopowej w azymucie. Przy takim rozwiązaniu kula ta może także obracać nadajnik kursu oraz wszystkie do niego dołączone repetytory. Prze cały czas kula żyroskopowa pozostaje nie obciążona. Nazwa kuli naśladującej pochodzi z jej funkcji, naśladowania- odtwarzania położenia azymutalnego kuli żyroskopowej. Bardzo ważną rolę w przedstawionym układzie odgrywają dwie pary elektrod rozmieszczonych na kuli żyroskopowej i naśladującej, nazwane one zostały elektrodami wodzącymi. Duże znaczenie w tym układzie na silnik, który posiada dwa prostopadle do siebie nawinięte uzwojenia: uzwojenie wzbudzenia i uzwojenie sterujące. Uzwojenie wzbudzenie stale podłączone jest do zasilania. Silnik ten obraca się tylko wtedy gdy do uzwojenia sterującego podane zostanie napięcie o wartości przekraczającej wartość progową. Silnik ten może obracać się w lewo i w prawo, w zależności od fazy napięcia sterującego. Prędkość obrotowa zależy od wartości napięcia sterującego. W elektrotechnice taki silnik nazywany jest często silnikiem dwufazowym, w automatyce natomiast serwomotorem, w konstrukcji żyrokompasów nazywany jest silnikiem azymutalnym, lub nawrotnym. Silnik azymutalny poprzez przekładnię obraca kulę naśladującą oraz nadajnik kursu. Do nadajnika podłączone są repetytory, których liczba może do chodzić nawet do kilkunastu sztuk. Dość ważną rolę odgrywa transformator, posiada on dwa uzwojenia: uzwojenie pierwotne i wtórne. Uzwojenie pierwotne posiada odczep środkowy, który podłączony jest do jednej z faz, natomiast jego końce dołączone są do elektrod wodzących. Napięcie uzwojenia wtórnego, które jest napięciem sterującym, podane jest na wejście wzmacniacza. Wzmocnione napięcie sterujące jest dołączone na odpowiednie uzwojenie silnika azymutalnego. 61
Do zasilania tego układu potrzeba dwóch faz: pierwsza dołączona jest do odczepu środkowego, druga do jednej z elektrod biegunowych kuli naśladującej. Przepływ prądu jest następujący: z odczepu środkowego prąd rozdziela się na I 1 i I 2, pierwszy prąd płynie do górnej par elektrod wodzących pokonując opór elektrolitu r 1, drugi do dolnej pary elektrod pokonując opór elektrolitu r 2. Prądy te po przejsciu do elektrody pasa równikowego kuli żyroskopowej, w pływają z powrotem do elektrody kuli naśladującej do której dołączona jest druga faza. Omawianie zasady działania układu naśladującego, rozpoczniemy od omówienia jej dla sytuacji gdy statek porusza się kursem stałym a następnie podczas jego zmiany. Jeżeli statek porusza się kursem stałym to elektrody wodzące są położone naprzeciw siebie, wówczas: r = r I 1 1 Φ = I 1 2 2 = Φ Φ = 0 2 W rezultacie tego napięcie sterujące na uzwojeniu silnika azymutalnego będzie u s = 0, silnik ten będzie nieruchomy, a także nadajnik kursu, repetytory będą wskazywały stały kurs. Przy zmianie kursu nastąpi przesunięcie elektrod wodzących, spowodowne to jest to tym że kula żyroskopowa zajmuje stałe połżenie w azymucie, natomiast kula naśladująca związana ze statkiem obraca się razem z nim. Między elektrodami wodzącymi powstaną opory elektrolitu: r1 r 2 wobec czego; I1 I 2 1 Φ 2 Φ, 62
wobec tego Φ 0, także u s 0. Silnik azymutalny zacznie poprzez przekładnię obracać kulę żyroskopową a także nadajnik kursu w takim kierunku, aby nastąpiło pokrycie się elektrod wodzących kuli żyroskopowej i naśladującej, z chwilą gdy to nastąpi silnik zatrzyma się, ustanie obrót układu. W tym samym czasie repetytory zostaną przestawione na nową wartość kursu. 4.7 System alarmowy żyrokompasu Żyrokompasy w czasie pracy kontrolowane są pod względem niezawodności. Kontrola ta wynika z dwóch zasadniczych względów: - niesprawności określonych układów żyrokompasów są słabo widoczne dla obsługi, - skutki błędów nawigacyjnych wynikających z niesprawności żyrokompasu są bardzo poważne. Przykładem częstej usterki żyrokompasów może być przekroczenie dopuszczalnej temperatury elektrolitu, prowadzi ona w konsekwencji do zetknięcia się obu kul, następstwem jest znaczny błąd wskazań żyrokompasu. Obsłudze nawigacyjnej jest dość trudno, szybko wykryć taki błąd, dlatego konstruktorzy przewidzieli kontrolę temperatury elektrolitu, w przypadku jej przekroczenia uruchamiany jest alarm. W żyrokompasach kontroli poddawane są najczęściej następuje układy: - układ chłodzenia żyrokompasu, 63
- układ naśladujący żyrokompasu, - doprowadzenie prądu do kuli żyroskopowej. W następstwie uszkodzenia układu naśladującego wystąpi błąd w przekazywaniu informacji o kursie z kompasu głównego do repetytorów, nawigator najczęściej widzi tylko repetytory, nie jest w stanie stwierdzić tego błędu. Brak prądu w jednej z faz zasilających kulę żyroskopową prowadzi do zatrzymania żyroskopów, prowadzi to do odejścia osi kuli żyroskopowej od południka i powstawania dużego błędu kursu. Należy też podkreślić że brak prądu w którejkolwiek z faz jest często oznaką uszkodzenia kuli, a tym samym konieczności jej wymiany. W przypadku uruchomienia alarmu awarii należy żyrokompas traktować jako uszkodzony do momentu jej usunięcia. W tym czasie należy korzystać z innych urządzeń wyznaczających kurs. Na zakończenie należy podkreślić że w czasie nawigacji należy wskazania żyrokompasu porównywać z innymi źródłami, na przykład z kompasem magnetycznym, systemu GPS. W celu podwyższenia pewności wyznacznia kursu statku, zaleca się instalowania na statkach dwóch żyrokompasów pracujących jednocześnie. 64
4.8.Wybrane przepisy Międzynarodowej Organizacji Morskiej (IMO) i PRS dotyczące żyrokompasów Przepisy IMO dotyczące żyrokompasów zostały zatwierdzone na 15 listopada 1979 roku i wydano je jako Rezolucja A.424. Wymagania takie również zostały wydane przez Polski Rejestr Statków (PRS) w 1990 roku jako Pozaklasyfikacyjne przepisy wyposażenia statkow morskich.polski Komitet Normalizacyjny opracował normę PN-EN ISO 8728, która weszła w życie 2001. Według Konwencji Solas, żyrokompasy powinny posiadać statki o pojemności brutto 500 ton i większej. Ze względu na konieczność skrótów przytoczymy najważniejsze i w skrócie. Wprowadzenie 1.Zyrokompasy powinny wyznaczać kierunek dziobu statku w stosunku do rzeczywistej północy. 2. Kurs rzeczywisty- jest to poziomy kąt pomiędzy pionową płaszczyzną przechodzącą przez linię odniesienia łączącą dziób i rufę statku. mierzony jest od północy rzeczywistej zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Dokładność 1 - Ustawianie się elementu czułego żyrokompasu. Po włączeniu żyrokompasu zgodnie z instrukcją obsługi kompas szerokościach powinien ustawić się w ciągu 6 godzin, w do o 60. 65
Błąd wskazania ustawienia żyrokompasu na dowolnym kursie i szerokościach do o 60 nie powinien przekraczać +0,75 secans szerokości geograficznej. Wskazania kursu powinno być wzięte jako średnia z 10 odczytów co 20 minut, przy czym średnia kwadratowa błędu tego pomiaru powinna być mniejsza niż 0,25*secans szerokości geograficznej. 2 Błąd żyrokompasu w stanie ustalonym i przejściowym wywołany kołysaniem poprzecznym, wzdłużnym i myszkowaniem ruchem harmonicznym z okresami od 6 sekund do 15 sekund o maksymalnych kątach odpowiednio.20, 10, 5 stopni oraz maksymalnym poziomym przyspieszeniu nie przekraczającym 1 m/s 2, nie powinny przekraczać 1 0 secansϕ. 3 Maksymalna rozbieżność wskazań pomiędzy kompasem głównym a powtarzaczami we wszystkich warunkach roboczych nie powinna przekraczać +/- 0,5 0. Konstrukcja i instalacja 1 Powinny być zapewnione środki do korekcji błędów wywołanych ruchem statku- dewiacji szybkościowej. 2 Powinien być zapewniony automatyczny alarm do wskazywania większych awarii żyrokompasu. Na zakończenie należy podkreślić że wszyscy producenci 66
żyrokompasów deklarują zgodność swoich wyrobów z przyjętymi normami międzynarodowymi 5. Pytania kontrolne - Omów współpracę poszczególnych części i zespołów żyrokompasu głównego ( narysuj jego schemat konstrukcyjny ) - Omów budowę kuli żyroskopowej. - Omów budowę kuli naśladującej. - W jaki sposób doprowadzony jest prąd do kuli żyroskopowej? - Jakim prądem jest zasilana kula żyroskopowa? - Jaki jest wpływ temperatury elektrolitu na pracę żyrokompasu? - Omów w jaki sposób zapewnia się współśrodkowe położenie kuli żyroskopowej względem naśladującej? - Podaj skład chemiczny elektrolitu, jaką rolę odgrywają poszczególne składniki? 6.Literatura 1. Edward Krajczyński, Urządzenia nawigacji technicznej, Fundacja Rozwoju Wyższej Szkoły Morskiej w Gdyni, Gdynia 1995. 67
2. Edward Krajczyński, Okrętowe kompasy żyroskopowe, Wydawnictwo Morskie, Gdańsk 1987. 3. Polski Rejestr Statków, Przepisy klasyfikacji i budowy statków morskich, Gdańsk 1999. 4. M. Mięsikowski, Współczesne kompasy żyroskopowe, Przegląd Morski 1999 nr 7-8. 5. Zeszyt Naukowy WSM Szczecin, Kryteria dokładności żyrokompasów, 1998 nr 55 6. Podręcznik techniczny żyrokompasu CMZ 300X, wydanie angielskie 7. Instrukcja obsługi żyrokompasu CMZ 300X, wydanie polskie skrócone 8. Podręcznik techniczny Plath żyrokompas Navigat, Hamburg 9. Strona internetowa: http://www.sperry.com 10. Strona internetowa: http://www.plath.com 68