6 Organi di governo: timoni, agghiacci, unità di potenza, telemotori, sistemi di comando, pinne stabilizzatrici del rollio

UN PO’ DI STORIA

In passato la trasmissione della manovra avveniva per mezzo di cavi. La ruota del timone manovrava un cilindro su cui erano avvolti diversi giri di cavo, i cui due capi andavano fino a poppa dove erano fissati alle due estremità di una barra trasversale del timone. Questo consentiva di applicare una forza maggiore e con più precisione. Inoltre il riporto del comando del timone in cabina di manovra consente la condotta a vista. Il metodo usato successivamente al sistema a cavi (frenelli) è quello oleodinamico, in cui la ruota del timone aziona un servosistema idraulico che amplifica la forza e la trasmette sotto forma di pressione ad uno stantuffo agente sul timone.

IL TIMONE  A CODA DI PESCE

Il timone a coda di pesce è un timone progettato in tale concezione per utilizzare efficacemente il flusso di scorrimento delle eliche per l'azione del timone e caratterizzato dal fatto di avere una sezione a croce orizzontale a forma di pesce, piastre superiori e inferiori, ottimizzata l'altezza e la lunghezza del timone ed essere Così disposti che il timone può essere girato fino a 70 gradi di angolo del timone, pari a quello dei timoni convenzionali.

Timone con pignone inferiore

Timone a sospensione

Timone marinaro

Le particolari esigenze operative dell’impianto obbligano alla scelta di una pompa che assicuri una portata variabile utilizzando la potenza fornita, a velocità praticamente costante, all’albero del motore primo. Per tale motivo la pompa volumetrica non può che essere del tipo a pistoni (lineare), poiché le altre tipologie di pompe non garantiscono la stessa flessibilità di portata da valori quasi nulli a valori alti. La pompa deve combinare una camera di lavoro volumetrica lineare a portata variabile con il moto rotatorio del motore. Tali vincoli progettuali obbligano all’uso di una pompa multi–cilindro, quella con cilindri disposti radialmente rispetto all’asse di rotazione (detta a pistoni radiali, pompa “Hele Shaw”). Sulle timonerie moderne sia a palmole che a torchi questa pompa non è più utilizzata, in sostituzione è installata una pompa volumetrica a portata fissa con distributore a tre vie per comandare i cilindri/palmole in un verso o nell’altro. Relativamente alla pompa Hele Shaw vanno osservati i seguenti elementi: la cassa rotante esterna porta incernierati i pistoni; il corpo rotante interno porta i cilindri; i condotti di mandata e di aspirazione sono assiali (ortogonali al piano dei cilindri); spostando le casse rispetto all’albero (orizzontalmente) i pistoni aspirano in metà circonferenza e danno pressione sull’altra metà. In entrambi i casi la parte della pompa in moto rotatorio deve continuare a girare alla velocità impressa dal motore anche a vuoto, pronta per generare la portata alla pressione richiesta. 

POMPA “JANNEY”

Altro tipo di pompa idraulica a portata variabile utilizzata in impianti più datati è quella a pistoni assiali dove i pistoni si muovono assialmente rispetto alla precedente. La pompa in questione è la pompa Janney dove vanno messi in evidenza i seguenti elementi: la cassa ha un fondo con aperture a lunetta, l’albero porta in rotazione la cassa pistoni (piatto) che grazie ad uno snodo può anche essere inclinata attorno ad un asse orizzontale; alla cassa pistoni sono incernierate le bielle che portano all’altra estremità i pistoni alloggiati in una cassa cilindri che ruota assieme all’albero; il singolo pistone per metà della circonferenza aspira da una lunetta e per l’altra metà manda l’olio in pressione attraverso l’altra; il circuito esterno di aspirazione e mandata fa capo alle due lunette; i pistoni sono in numero sufficiente da generare una portata pressoché omogenea ed in numero dispari per ottenere sempre un pistone in azione (usualmente 9 o 11). Orientando diversamente il piatto si ottiene portata in direzioni opposte, mentre quando esso è posto ortogonalmente all’asse di rotazione la pompa non dà portata, vanno osservati poi i circuiti di riempimento, lubrificazione e asservimento. 

Osserviamo come funziona il sistema con una pompa a portata fissa. Viene montata una elettrovalvola a tre vie con comandi elettrici e manuali e con ritorno a molla. In pratica il segnale inviato dalla plancia va ad eccitare una delle due bobine (dipende dalla direzione impartita al timone) facendo scorrere la spola all’interno della valvola e deviando l’olio in pressione o alla porta B (dritta) o alla porta A (sinistra). Se non c’è nessun segnale nessuna delle due bobine è eccitata per cui la spola resta al centro facendo ricircolare l’olio che la pompa invia di continuo al circuito.

In questa animazione voglio mostrare in un modo un pò elementare, il flusso che si viene a creare durante il funzionamento della macchina del timone. La timoneria è di tipo elettroidraulica a torchi nel numero di 4 attuatori. Sono presenti due pompe idrauliche che, attraverso un distributore oleodinamico, inviano l’olio agli attuatori a seconda dell’ordine dato. Oltre alle pompe sono visibili le servo pump che vanno a comandare sia le valvole automatiche di isolazione che quelle di by pass. E’ presente il control box dove arriva il segnale dal ponte che poi viene inviato ai distributori oleodinamici. In ultimo è presente anche il trasmettitore di segnale della posizione (potentiometer) del timone, il segnale tornerà alla control box per essere confrontato con quello inviato dal ponte (differenziale) in modo da continuare o arrestare l’invio dell’olio agli attuatori.

Prima della messa in moto del sistema occorre sempre controllare il livello dell’olio delle casse servizio delle due pompe.

Nell’animazione è consigliato anche il controllo delle valvole di isolazione, in genere non vanno toccate tranne in caso di necessità.

Importante la presenza di lubrificante, in genere grasso, nel contenitore adibito alla lubrificazione dell’impianto quando è in movimento. In impianti datati tale impianto era manuale e durante il servizio di guardia e di ispezione era necessario utilizzarlo per ingrassare tutti i punti da lubrificare.In ultimo un controllo agli avviatori che di norma resteranno sempre alimentati con i comandi in remoto. In quest’animazione i comandi sono in locale per meglio comprenderne il funzionamento.

Verrà messa in moto la pompa n° 1 che, attraverso la servo pompa associata, verranno messe in posizione giusta le valvole di by pass in modo che l’olio possa giungere agli attuatori.

Nell’animazione viene evidenziato il distributore oleodinamico onde a indicare che si resta in attesa di un ordine dal ponte.

Dal ponte verrà impartito un comando per muovere il timone verso sinistra (P). Il segnale giunge alla control box che invia un segnale elettrico al distributore oleodinamico della pompa in moto (n° 1). Il distributore provvederà a spostare la sua spola interna mettendo in comunicazione le linee olio in pressione che alimentano gli attuatori in modo da ruotare il timone dei gradi impartiti. Il potenziometro leggerà costantemente il segnale di rotazione e quando la posizione del timone è quella giusta, verrà generato nella control box un segnale che mette a riposo il distributore oleodinamico. Dal ponte verrà impartito un segnale per ruotare il timone a dritta, dalla control box verrà impartito un segnale elettrico al distributore oleodinamico che sposterà la spola in modo da inviare l’olio agli attuatori in modo da ruotare il timone a dritta. Alla fine il distributore oleodinamico verrà posto a riposo fino a nuovo ordine dal ponte.

Verrà mostrata adesso la condizione in cui vi è l’intervento delle valvole di isolazione a causa di una perdita di olio su una linea. Il livello olio nella relativa cassa servizio scende fino ad attivare l’allarme e all’arresto della pompa. Le valvole di isolazione si sposteranno in posizione di sicurezza come pure le valvole di by pass.

In automatico partirà la pompa n° 2 che era in stand by per riposizionare il timone. Si dovrà provvedere al ripristino dell’impianto eliminando la perdita e ripristinando il livello olio nella cassa servizio e comunicare in plancia dell’emergenza.

Occorrerà adesso agire sul distributore oleodinamico in modalità emergenza ripressurizzando il circuito eliminando l’avaria.

Ovvio che nella realtà la procedura è molto più lunga e delicata, ci saranno operazioni di spurgo dell’aria entrata nel circuito.

TIMONERIA A PALMOLE – VALVOLE DI BLOCCO

L’attuatore è equipaggiato con valvole automatiche di blocco.

Se c’è una caduta di pressione dell’olio dovuta ad una probabile perdita esterna all’attuatore, le valvole di blocco si chiuderanno automaticamente e tengono intatto l’attuatore per farlo proseguire nel suo lavoro con la pompa di riserva. Le valvole di blocco montate sull’attuatore consistono in un corpo ove sono connessi entrambi i tubi del sistema idraulico. Tra l’entrata e l’uscita olio c’è un pistone pilota che gestisce le molle che tengono chiuse le valvole. Nell’animazione a lato la pressione dell’olio proveniente dalla pompa apre entrambi le valvole di blocco.

TIMONERIA A PALMOLE – VALVOLE DI SICUREZZA 

Se la pressione aumenta al massimo valore che corrisponde alla pressione di apertura della valvola pilota 1, la valvola principale a molla 4 sarà spinta oltre la sua pressione aprendo il passaggio dell’olio.

TIMONERIA A PALMOLE – VALVOLA DI CONTROLLO

Approssimativamente dopo un secondo, la valvola di controllo 3 è mossa a fine posizione. Il flusso dell’olio proveniente dalla pompa ha il passaggio libero dal canale 1 al tubo B azionando l’attuatore.Il ritorno dell’olio dall’attuatore entra nel tubo A e ha libero passaggio al canale 2 e ritorna all’aspirazione della pompa. 

Come per la timoneria a torchi, con la presente animazione diamo un’occhiata all’impianto in cui compaiono grosso modo gli stessi macchinari:

Due pompe oleodinamiche con relativi distributori oleodinamici e casse servizio olio. La control box con il trasmettitore di posizione del timone

Questa volta metteremo in moto la pompa n° 2 prima di aver controllato il livello olio della relativa cassa servizio.

La valvola di isolazione relativo al circuito si posizionerà in modo da permettere il flusso dell’olio in pressione alla macchina

Dal ponte verrà impartito un comando di 30° a sinistra (P), comando che attraverso la control box verrà inviato al distributore oleodinamico della pompa che provvederà ad inviare olio alle palmole interessate facendo ruotare il timone nella direzione desiderata riponendolo a riposo una volta raggiunta la posizione.

Si simula adesso una perdita di olio sulla linea della pompa n° 2 che è in moto fino a far intervenire il livellostato del serbatoio olio. Si fermerà la pompa n° 2, la valvola di isolazione si posizionerà in sicurezza, partirà la pompa n° 1 e il timone verrà riportato nella posizione prevista. Avvisare il ponte dell’avaria.

Una volta eliminata la perdita occorrerà riempire il circuito di olio e agire in modo emergenza sul distributore oleodinamico della pompa n° 2. Ovviamente occorrerà eseguire operazioni di decapaggio nel caso di saldatura per eliminare la perdita e di sfogare tutta l’aria entrata nel circuito.

AGGHIACCIO A PALMOLE

Attuatore a palmole in manutenzione, prova al moto dopo il cambio degli o-ring.

Manca l’asta del timone anche se la macchina è collegata meccanicamente ai vari sensori per essere configurata.

TIMONERIA A VAPORE

Da non dimenticare l’agghiaccio a vapore di cui se ne è fatto uso su moltissime navi  quando non era ancora acclamato l’uso dell’idraulica nelle apparecchiature di bordo.