Le tenute fra cilindro e quelle fra cilindro ed asta sono realizzate con fasce elastiche. Il cuscinetto può essere con bronzina, le aste sono infine più o meno robuste in funzione del carico di punta cui devono sottostare. Per le alte pressioni si realizzano pistoni “tuffanti”, ovvero pistoni aventi aste di diametro pari a quello del cilindro, e la tenuta si fa con contatto metallico sfruttando l’auto–lubrificazione del circuito oleodinamico. Quando infine è richiesta una riduzione della velocità verso la fine della corsa, per esempio per pistoni che lavorano fra due posizioni fisse, si realizzano sistemi a resistenza variabile, con meccanismi interni al cilindro o con valvole esterne di regolazione, comandate da camme mosse direttamente dai pistoni.
Il tipo più semplice di pistone è quello a semplice effetto e ad uno stelo; altri tipi sono a doppio effetto con doppio stelo per esercitare forze uguali nelle due direzioni (oppure con un solo stelo ma con circuito di compensazione per bilanciare le forze nelle due direzioni).
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 destro la pressione dell’olio proveniente dalla pompa apre entrambi le valvole di blocco.
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.
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.
Prima di procedere guardiamo la seguente immagine per renderci conto di come è composto schematicamente l’impianto spiegando man mano il suo funzionamento. Nell’immagine a sinistra sono presenti i 4 torchi del timone con la control box che riceve e trasmette i segnali della macchina del timone. A destra le due pompe con motore elettrico, la cassa servizio olio e al centro le elettrovalvole di isolazione.
La prima cosa prima di mettere in servizio una delle due pompe è quella di controllare il livello dell’olio nella relativa cassa gravitazionale di servizio. Si dà per funzionante il galleggiante presente per l’allarme di basso livello olio nella cassa.
Controllare anche il sistema di lubrificazione delle aste regolazione del timone, nel nostro caso si tratta di grasso con pompa manuale incorporata.
Una volta recatosi sull’avviatore della pompa da mettere in moto, premere il pulsante di MARCIA, all’avvio della pompa leggeremo anche l’assorbimento elettrico del motore che la fa ruotare. La servopompa sposta il cassetto delle valvole di isolamento in modo che l’olio di li non passi, il distributore posto sulla pompa è in modalità di riposo per cui l’olio pompato viene rimandato al serbatoio dell’olio.
Dalla plancia diamo un comando con la ruota del timone di tutto a sinistra, questo comando viene trasmesso sotto forma di segnale elettrico alla Control box che, a sua volta, va a comandare il cassetto oleodinamico posto sulla pompa in modo che esso si predispone nel modo di inviare olio ai cilindri 2 e 3. Questi ultimi vengono pian piano riempiti di olio e spostano la barra del timone in modo che l’asse ruoti a sinistra. Allo stesso tempo le aste dei cilindri 1 e 4 scaricano l’olio in esso contenuti al serbatoio attraverso la posizione del cassetto.
Il potenziometro posto sul timone invierà un segnale elettrico alla Control box che lo invierà come risposta in plancia. Quando alla fine il timone ha raggiunto i gradi desiderati, la Control box invierà un segnale elettrico al distributore oleodinamico posto sulla pompa in modo da posizionarlo in riposo. In questo modo il timone resterà posizionato come richiesto dalla plancia e l’olio verrà messo in ricircolo.
La servopompa continuerà a mantenere la posizione delle valvole di isolamento in modo che sia l’olio in arrivo al timone che quello in uscita sia libero di flussare.
Dalla plancia diamo un comando con la ruota del timone di 5 gradi a dritta, questo comando viene trasmesso sotto forma di segnale elettrico alla Control box che, a sua volta, va a comandare il cassetto oleodinamico posto sulla pompa in modo che esso si predispone nel modo di inviare olio ai cilindri 1 e 4. Questi ultimi vengono pian piano riempiti di olio e spostano la barra del timone in modo che l’asse ruoti a dritta. Allo stesso tempo le aste dei cilindri 2 e 3 scaricano l’olio in esso contenuti al serbatoio attraverso la posizione del cassetto.
Il potenziometro posto sul timone invierà un segnale elettrico alla Control box che lo invierà come risposta in plancia. Quando alla fine il timone ha raggiunto i gradi desiderati, la Control box invierà un segnale elettrico al distributore oleodinamico posto sulla pompa in modo da posizionarlo in riposo. In questo modo il timone resterà posizionato come richiesto dalla plancia e l’olio verrà messo in ricircolo.
La servopompa continuerà a mantenere la posizione delle valvole di isolamento in modo che sia l’olio in arrivo al timone che quello in uscita sia libero di flussare.
Supponiamo adesso che vi sia una perdita di olio sulla tubazione di comando del cilindro 1, la perdita causerà l’abbassamento di livello olio nella cassa di servizio della pompa e, ad allarme in corso, la pompa si fermerà automaticamente per cui la servopompa non comanderà più le valvole di isolamento che torneranno nella posizione di protezione. Partirà la pompa in stand-by la cui servopompa predisporrà per le valvole di isolamento per questa linea, l’olio comanderà il cilindro 3 fino a portarlo nella posizione centrale, il cilindro 4 scaricherà l’olio nella cassa.
Nel momento in cui dovessimo manovrare con il timone in LOCALE occorre procedere alla messa in moto della pompa e agire manualmente sul cassetto distributore della pompa posizionandolo nella posizione voluta e leggendo i gradi direttamente sulla targa in bronzo posta sulla macchina del timone.
Rivediamo le stesse fasi con un timone a palmole, la procedura sarà pressochè identica a quella con timoni a torchi. Il sistema di comando che vedi è un sistema di timone elettroidraulico di tipo a palmole. Ci sono due gruppi di potenza idraulica che comprendono pompe idrauliche e serbatoi d'olio. La valvola di controllo bidirezionale cambia la direzione del flusso dell'olio. Le valvole di isolamento automatico azionate elettricamente isolano il sistema difettoso in caso di emergenza. Le valvole di sfiato del buffering degli urti combinate mantengono la pressione dell'olio del sistema entro limiti. La scatola di controllo riceve l'ordine dal ponte e invia segnali elettrici alla valvola di controllo bidirezionale. Un potenziometro rileva la posizione dell'albero di governo e invia il feedback alla scatola di controllo.
Controllare il livello di olio idraulico nel serbatoio. Un livello insufficiente di olio idraulico porterà a una scarsa prestazione del sistema. Tuttavia, sono previsti allarmi per avvisare l'operatore. Controllare se l'alimentazione elettrica è disponibile per entrambi i motori di sterzo.
La pompa numero due inizia a funzionare. Viene controllata l'amperaggio del motore della pompa. La valvola di isolamento azionata elettricamente della pompa attiva viene mantenuta in posizione aperta contro la pressione della molla, mentre è chiusa la valvola di isolamento della pompa di riserva quando non viene ordinato nessun ordine per il timone. La valvola di controllo bidirezionale è in posizione centrale.
Quando viene dato l'ordine da babordo dal ponte, la valvola di controllo bidirezionale si sposta verso sinistra. Viene pompato olio pressurizzato nel rotore. L'olio sposta le alette del rotore. Il rotore a sua volta ruota l’asse del timone verso babordo. L'olio di ritorno fluisce verso il lato di ritorno della pompa. Quando il timone raggiunge l'angolo desiderato, il potenziometro invia un segnale alla scatola di controllo. La scatola di controllo invia un segnale alla valvola di controllo bidirezionale. La valvola viene spinta nella sua posizione iniziale. Ciò blocca il flusso dell'olio e si ferma il movimento del rotore.
Quando viene dato l'ordine da tribordo dal ponte, la scatola di controllo invia un segnale alla valvola di controllo bidirezionale. La valvola si sposta verso destra. L'olio pressurizzato viene pompato nell'altro lato del rotore. L'olio pressurizzato fa muovere le palette del rotore. Il rotore a sua volta muove l’asse del timone dalla posizione di sinistra a quella di dritta. L'olio di ritorno fluisce nuovamente sul lato di ritorno della pompa. Quando il timone raggiunge la posizione di dritta, il potenziometro invia un segnale alla scatola di controllo. La scatola di controllo invia un segnale alla valvola di controllo bidirezionale. La valvola viene spinta indietro nella sua posizione iniziale. Questo blocca il flusso di olio e ferma il movimento del rotore.
Considerando che durante il funzionamento si verifica una rottura in una delle tubazioni. L'olio inizia a perdere e il livello di olio nel serbatoio inizia a diminuire. Viene attivato l'allarme di basso livello. Se la perdita è grave, allora si attiva l'allarme di basso livello e si isola automaticamente il tubo. La luce viene spenta e il motore di comando numero 2 viene fermato. Anche la valvola di isolamento si chiude. La pompa numero 1 viene avviata e si apre la valvola di isolamento numero 1. Così, il sistema 2 viene isolato e il sistema 1 viene messo in uso.
In tali situazioni di emergenza, si utilizza un sistema alternativo di comunicazione per dare l'ordine al controllo del timone. La valvola di controllo bidirezionale è azionata manualmente utilizzando una leva o pulsante. Ad esempio, quando viene azionata la leva sul suo lato destro, la valvola di controllo bidirezionale si sposta verso destra. Il motore a sua volta muove il timone verso il lato di sinistra. Quando l'angolo desiderato del timone viene raggiunto, l'operatore manuale rilascia la leva e la valvola torna alla sua posizione iniziale. Il sistema di governo viene spento quando la nave raggiunge il porto e si accosta al molo. Il motore della pompa di direzione viene spento. L'alimentazione del passaggio di controllo sul ponte viene spenta.
TIMONERIE CON POMPE A PORTATA VARIABILE
Prima di spiegare il funzionamento con pompa a portata variabile, dobbiamo fare un passo indietro giusto per ricordare il funzionamento di quest’ultima. Per far funzionare un agghiaccio idraulico, sia esso a torchi che a palmole, viene ormai comunemente adottato sulle navi un particolare tipo di pompa a portata variabile (tipo Janney). Si tratta, di una pompa in grado di assicurare ad un sistema oleodinamico ricevente la condizione di stallo, cioè di arresto bloccato in una posizione qualunque ed una serie continua di condizioni di funzionamento caratterizzate da mandate ed aspirazioni invertibili e da portate variabili da zero ad un valore massimo, pur essendo trascinata dal motore primo ad un numero di giri costante ed in un solo senso di rotazione. Nella timoneria elettroidraulica quindi, una volta messo in moto il motore elettrico, esso ruota a numero di giri costante, assorbendo una maggiore o minore quantità di corrente a seconda delle portate richieste.
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