Эксплуатация современных судовых дизельных установок

На транспортных судах чаще всего применяют ПК с малооборотными двухтактными двигателями (МОД) и прямой передачей мощности на гребной винт. Используются СДУ как с прямой передачей, так и с ВРШ. Применение дизель-редукторных установок (ДРУ) с среднеоборотными двигателями (СОД) позволяет сократить размеры МО по высоте и облегчить отбор мощности на ВГ. Находят применение различные компоновочные и схемные решения [1,2,4,28].

Совмещение характеристик корпуса и винта определяет необходимую мощность ГД. Рассмотрим взаимодействие и условия работы элементов ПК.

Взаимодействие гребного с водой и корпусом судна характеризуется создаваемым винтом упором P, вращающим моментом поглощаемым винтом, частотой вращения винта n_p, скоростью воды, поступающей на лопасти V_a, (из-за наличия попутного потока она меньше скорости движения судна V), поступью гребного винта h_p и в конечном итоге к.п.д. винта _p.

Схема судового пропульсивного комплекса и описание взаимодействия его элементов приведены в источнике [2].

Гребной винт встречает воду не со скоростью движения судна V, а со скоростью V_a уменьшенной на величину скорости попутного потока, который вызван трением воды вдоль сторон корпуса и увеличивает упор винта.

V_a = V–V_п

Наличие попутного потока улучшает работу ПК, его влияние учитывается коэффициентом попутного потока.

Кроме того, в процессе работы ГВ засасывает воду из под кормы, отбрасывая ее назад и уменьшая давление воды на кормовую часть. Возникающая сила засасывания, отнесенная к упору винта, называется коэффициентом засасывания.

Обводы, размеры и состояние корпуса и кормовой части, расположение и режимы нагрузки гребного винта влияют на пропульсивные качества и оцениваются коэффициентом влияния корпуса.

где – коэффициент попутного потока, = 0,2…0,45;

t – коэффициент засасывания, t = 0,12…0,3;

i – коэффициент, учитывающий неравномерность поля скоростей в диске винта, i = 0,95…1,03.

Буксировочная мощность расходуется на преодоление сопротивления движению судна.

N_б = R • V = P_е • V

Осевая скорость винта относительно воды V_p незначительно отличается от скорости V_a.

Пропульсивный коэффициент – это отношение буксировочной мощности к мощности подводимой к винту N_B.

Пропульсивный коэффициент характеризует гидромеханические потери на ГВ при его взаимодействии с корпусом.

Помимо этих потерь следует учитывать потери в редукторной передаче _n (при ее наличии), валопроводе _B и потери в ГД.

Тогда К. П. Д. пропульсивного комплекса представляется в виде:

Поступь винта h_p – это путь, пройденный винтом в воде за один оборот. Относительная поступь – это поступь, отнесенная к диаметру винта D.

Если бы гребной винт вращался в твердой среде, как штопор в пробке, то за один оборот он бы прошел расстояние, равное шагу винта H без скольжения.

Скольжение S – безразмерная величина, определяемая как отношение скорости скольжения V_c = (H x n_p – V_a) к осевой скорости винта в «твердой среде», равной H x n_p

В реальных условиях скольжение винта относительно воды является условием создания упора винта. Винт отбрасывает воду назад и создает упор. Без скольжения не будет и упора винта.

Упор ГВ зависит прямо пропорционально от массы и скорости отбрасываемой воды, а потери энергии с отбрасываемой частью воды пропорциональны произведению массы на скорость воды во второй степени, поэтому КПД винта будет увеличиваться при увеличении диаметра D и снижении частоты вращения винта n_p. Масса отбрасываемой воды будет возрастать при увеличении диаметра ГВ, а обороты винта n_p при этом можно снизить. КПД винта зависит от относительной поступи, а также от обводов корпуса и имеет для ВФШ ярко выраженное оптимальное значение при определенном _p.

На рисунке 1.1. приведены кривые действия геометрически подобных винтов фиксированного и регулируемого шага [2].

Рис 1.1. Кривые действия гребных винтов:

а) – ВФШ; б) – ВРШ [2].

Соответствующие зависимости для упора, момента, мощности и КПД винта при упрощающем допущениях, что M_B^~n²_p, N_B^~n³_p выражаются формулами: