Agghiaccio Idraulico a Cilindri: Funzionamento e Sistemi di Controllo
La necessità di controllare un'imbarcazione in movimento, mantenendola sulla rotta desiderata, deviandola o facendola evoluire, è fondamentale fin dai tempi antichi. Questo è particolarmente vero per le navi con molti rematori, dove era difficile assicurare la simultaneità e l'uniformità dell'azione dei remi su entrambi i lati, e ottenere cambiamenti di rotta agendo sulle variazioni della voga sui due lati.
Da qui l'importanza del timone, che nelle rappresentazioni più antiche appare come un'asta con una pala lunga e sporgente sotto la chiglia. Questa asta si appoggia sul fianco della nave nella parte poppiera ed è collegata allo scafo tramite un sistema a leva, facilitando la manovra per il timoniere. La pala, mantenuta allineata alla direzione del moto quando non in uso, poteva essere ruotata per presentare una superficie maggiore o minore, creando una resistenza al moto su un lato della nave e generando una coppia di forze che faceva girare la nave.
Originariamente, le navi avevano due timoni, uno per lato. Successivamente, con l'introduzione del timone girevole centrale ("alla navarresca"), il doppio timone è stato abbandonato, ad eccezione di alcune navi militari che ne utilizzano due per migliorare le qualità evolutive.
La superficie della pala del timone è generalmente compresa tra un trentesimo e un quarantesimo della superficie del piano di deriva della nave. Le navi da guerra tendono ad avere una superficie di timone maggiore rispetto alle navi mercantili di pari dislocamento e lunghezza.
L'angolo massimo di spostamento del timone su ciascun lato è ottimizzato per raggiungere il massimo effetto di rotazione senza sforzi eccessivi, generalmente non superando i 35°, ma in alcuni casi raggiungendo i 40°.
Oltre ai timoni di direzione, esistono i timoni di profondità, utilizzati in applicazioni specifiche come la navigazione aerea e sottomarina, che ruotano attorno a un asse orizzontale.
Meccanismi di Manovra del Timone
I meccanismi di manovra del timone variano dalla semplice barra, applicata direttamente sull'asta del timone nelle imbarcazioni a remi, ai più complessi macchinari delle navi militari, che richiedono sforzi rilevanti e complicazioni per garantire il funzionamento del timone con più macchinari e da diverse stazioni di governo.
La manovra manuale del timone avviene tramite una ruota a caviglie o una ruota a impronte, che comandano un cavo d'acciaio o catena (frenello) che agisce su un collare applicato sopra l'estremità della barra, trasmettendo il moto e facendo ruotare la barra dell'angolo desiderato.
Con l'aumentare della velocità e delle dimensioni delle navi, e con la necessità di una manovra più rapida, si è fatto ricorso a meccanismi più potenti, come macchine a vapore, elettriche o elettroidrauliche. Questi macchinari, detti servomotori, funzionano in modo asservito al movimento del timone, regolando il movimento del motore in senso inverso a quello provocato dal timoniere.
Agghiaccio: Trasmissione del Movimento al Timone
I meccanismi adottati per trasmettere il movimento dalla macchina al timone sono generalmente chiamati agghiaccio. L'originale barra del timone si trasforma spesso in una traversa, alle cui estremità sono fissate due bielle che agiscono come braccia comandate simultaneamente in senso contrario da un meccanismo a vite e madrevite, oppure in un settore, a ingranaggi o a gola, azionato da una catena.
Il Sistema di Controllo del Timone
Il sistema di controllo del timone è l'impianto che trasmette i comandi dalla plancia alle unità di potenza della macchina del timone. Include trasmettitori, ricevitori, pompe di controllo idrauliche, motori associati, dispositivi di controllo del motore, tubazioni e cavi.
La macchina di governo principale è composta da attuatori del timone (torchi o palmole), unità di potenza e ausiliari, e dai mezzi per applicare la coppia all'asse del timone. La macchina di governo ausiliaria è l'attrezzatura necessaria per governare la nave in caso di avaria della macchina principale.
Le navi devono essere dotate almeno di un sistema di governo principale e uno ausiliario, che deve entrare in funzione in caso di avaria del sistema principale. L'avaria di un sistema non deve compromettere l'altro.
I componenti idraulici devono essere testati a 1.25 volte la pressione di esercizio.
Macchina del Timone a Palmole
La macchina del timone a palmole è compatta e di dimensioni contenute. In essa, lo statore e il "rudder stock" interagiscono con le palmole rotanti e il fluido idraulico per generare il movimento.
Macchina del Timone a Torchi Idraulici
La macchina del timone a torchi idraulici è semplice ed economica, ma più voluminosa. Utilizza un sistema motore elettrico-pompa oleodinamica di potenza.
Sistema Ausiliario e Prestazioni
Il sistema ausiliario deve garantire che la nave, alla sua massima immersione e a metà velocità avanti o 7 nodi (a seconda di quale sia maggiore), sia in grado di portare il timone da 15° da un lato a 15° dall'altro lato in non più di 60 secondi.
Se il sistema di governo è composto da una macchina di potenza e un'ulteriore macchina di pari caratteristiche della principale, non è richiesta la macchina ausiliaria. In questo caso, le navi da passeggeri devono dare le massime prestazioni anche con una macchina di potenza fuori servizio, mentre per le navi da carico le piene prestazioni possono essere soddisfatte con due sistemi di potenza.
L'Incidente dell'Amoco Cadiz e le Normative
L'avaria di un tubo dell'oleodinamica di potenza sull'Amoco Cadiz, che causò il disastro ambientale del 1978, portò a un aggiornamento delle normative. Nonostante il sistema fosse conforme alle norme vigenti all'epoca, gli armatori decisero di adeguare il sistema idraulico, anticipando la nuova normativa basata sulle best practices di realizzazione.
Se il sistema di tubazioni di una singola unità di potenza dovesse subire un'avaria, deve essere possibile ripristinare il funzionamento in modo rapido.
Sistemi di Controllo delle Macchine
La ruota del timone (o sistema equivalente) deve essere presente sia in plancia che nel locale agghiaccio. Quando il telemotore serve due sistemi indipendenti ed è di tipo idraulico, non è richiesto un secondo sistema indipendente, a meno che non si tratti di tanker non inferiori a 10.000 TSL.
I sistemi principale e ausiliario devono essere predisposti per il riavvio automatico al ripristino dell'alimentazione dopo un'interruzione di energia elettrica e devono poter essere messi in funzione da una posizione del ponte di comando.
È necessaria l'indicazione meccanica dell'angolo del timone, sia per le macchine a palmole che per quelle a torchi idraulici.
Comunicazione tra Plancia e Spazio Macchine
La comunicazione degli ordini di velocità e direzione del moto della nave, dal ponte di comando alla direzione delle macchine, deve avvenire tramite almeno due mezzi indipendenti. Gli apparecchi ricevitori devono essere presenti sia nella centrale di propulsione che in ogni posizione locale ove si possa intervenire sui parametri di velocità e direzione. Il sistema di comando deve fornire indicazione visiva della velocità e direzione, con la risposta visiva a conferma dell'immediata esecuzione dell'ordine ricevuto.
La SOLAS non impone l'aspetto del telegrafo di macchina, che può essere realizzato con lampade, LED o su schermo, purché risponda ai requisiti dell'articolo 37.
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