Эксплуатация современных судовых дизельных установок

Из анализа зависимостей КПД на рисунке 1.1а и 1.1б видно, что ВРШ обеспечивает работу с высоким КПД в широком диапазоне режимов. Изменения величин _p и S происходит при значительных воздействиях на сопротивление движению судна (разгон, торможение, работа во льдах). ВРШ широко применяются в установках, где часто меняются режимы работы.

Пропульсивный комплекс должен обеспечить не только заданную спецификационную скорость движения судна за счет создания тяги Pe и подведение к винту мощности N_B, но и обеспечить надежную работу в определенном диапазоне скоростей и частот вращения.

Для анализа совместной работы гребного винта, корпуса судна и ГД используют ходовые или паспортные диаграммы судна. Они представляются в виде зависимостей R = f (V) и N_B f (V).

Паспортную (ходовую) диаграмму судна первоначально представляют в виде зависимостей сопротивления движению R от скорости судна V при различных условиях плавания и при различных постоянных частотах вращения гребного винта n_p.

R(P_B) = f (V, n_p, условия плавания)

Затем эту паспортную диаграмму можно перестроить в диаграмму зависимости мощности, потребляемой гребным винтом, от возможной скорости движения судна при различных сопротивлениях движению судна по условиям плавания или зависимости от значений относительных поступей винта _p при различных частотах его вращения n_p.

N_B = f (V, n_p, _p).

Для построения кривых, представленных на рис. 1.2, можно использовать следующие уравнения.

Мощность буксировки судна с заданной скоростью на свободном ходу:

N_R = R • V.

Мощность, потребляемая гребным винтом:

N_B = M_B • _B,

где M_B – крутящий момент, потребляемый гребным винтом;

_B – угловая скорость вращения гребного винта, 1/с.

Зная экспериментальные значения коэффициентов упора K₁ и момента K₂ для гребного винта выбранной серии, можно определить зависимости упора винта и потребляемой винтом мощности от скорости судна, по приведённым выше формулам [2] или по формулам [5].

где K_C = K₁(1 – t)i – коэффициент тяги.

Паспортные диаграммы (графики P_e = f(n_p,V) и N_b = f'(n_p, V)) позволяют определить для установившихся режимов судна взаимосвязи между мощностью, подводимой к винту, частотой вращения винта и скоростью судна.

Эти диаграммы потом уточняются по результатам ходовых испытаний.

Общая конфигурация последней паспортной диаграммы с учетом ограничения по мощности ГД представлена на рисунке 1.2.

Если перенести кривые мощности, потребляемой винтом 2 в координаты N_e^ГД = f(n_ГД), учитывая, что частоты ГВ и ГД равны или связаны через величину передаточного числа редуктора, то получим широко распространенную диаграмму скоростной характеристики двигателя N_e = f(n), которая является паспортной диаграммой пропульсивного комплекса «корпус – движитель – двигатель».

Рис. 1.2. Паспортная диаграмма судна с пропульсивной установкой с ВРШ:

1 – n=const; 2 – _p= const; 3 – ограничительная характеристика по эффективной мощности.

Согласование характеристик «корпус-винт» с характеристиками двигателя графически представлено на рисунках 1.3 [5]. Нанося предельные характеристики двигателя на характеристики комплекса «корпус-винт», получим в левой части рисунка 1.8 паспортную диаграмму пропульсивного комплекса «корпус-движитель—двигатель».

Рис. 1.3. Характеристики и паспортная диаграмма пропульсивного комплекса [5]

Для анализа работы ГД по винтовой характеристике наносится кривая потребляемой винтом мощности. Для этого точки 1”– 2”-3”-4” на кривой зависимости потребляемой винтом мощности от скорости судна переносятся на правый график при тех же частотах вращения двигателя и, соединив их плавной кривой, получим винтовую характеристику двигателя.

Динамические качества ПК будут зависеть от ряда факторов. Определим факторы, влияющие на скорость движения судна.

Буксировочная мощность Nб зависит от мощности, подводимой к винту и пропульсивного коэффициента

N_б = R•V = N_B• = 2•M_B•n_p•.

Отсюда скорость движения судна

Буксировочная мощность Nб зависит от мощности, подводимой к винту и пропульсивного коэффициента

N_б = R•V = N_B• = 2•M_B•n_p•.

Отсюда скорость движения судна

На стационарных режимах работы при неизменных внешних факторах скорость судна будет пропорциональна частоте вращения винта.

При постоянстве пропульсивного КПД будет соблюдаться равенство относительных величин

Это значит, что в относительных координатах характеристика винта и корпуса будут одинаковыми. Таким образом, на стационарных режимах соблюдается условие автомодельности характеристик сопротивления корпуса и винта. Это позволяет моделировать эксплуатационные режимы СЭУ и судна.

При переходных режимах (разгон, торможение, реверсирование, работа на волнении) будут дополнительно возникать инерционные силы и моменты движущихся масс

R' = D(dV/d)

и вращающихся масс