9. Какую температуру масла следует обеспечить в системе гидропривода ВРШ при работе?
10. Особенности конструкции и работы системы наддува двигателей Вяртсиля.
11. Как регулируется максимальное давление сгорания в СОД двигателях MAN?
12. От каких факторов зависят динамические качества ПК?
Раздел 2. Режимы работы СДЭУ
2.1. Общая характеристика режимов СДЭУ
Эксплуатация СДЭУ происходит в различных условиях и характеризуется целым рядом показателей.
Режимы работы главного двигателя, являющегося основным элементом СДЭУ и ПК в целом, определяются типом судна, конкретными условиями его плавания, конструктивными особенностями корпуса судна, движителя, редуктора, машинной установки, а также способом передачи мощности.
Под режимом работы ГД обычно понимают эксплуатационное состояние двигателя, его систем и потребителя энергии [1].
Любой режим СДЭУ характеризуется комплексом технико-эксплуатационных показателей и прежде всего нагрузкой ГД и частотами вращения двигателя и винта, а также эксплуатационными показателями (температурами, давлениями, расходами рабочих сред), которые не должны выходить за допустимые значения.
Изменение режима может происходить преднамеренно (изменение скорости или направления движения судна) или случайно под влиянием внешних неуправляемых факторов воздействия.
Режимы работы бывают установившимися и неустановившимися.
Установившиеся режимы характеризуются постоянством во времени показателей работы. Неустановившиеся режимы характеризуются изменением показателей. Неустановившиеся режимы возникают при пуске, трогании судна с места, маневрировании, реверсировании, работе в штормовых условиях и др.
Различают номинальные и неспецификационные режимы СДЭУ. Номинальные режимы гарантируются изготовителем и оговариваются условиями на поставку, а неспецификационные режимы требуют введения дополнительных ограничений.
Особенности и специфика режима работы ДЭУ зависит от состава установки.
2.2. Установившиеся режимы совместной работы ГД и гребного винта
2.2.1. Совместная работа ГД и ВФШ
На рис. 2.1. изображены зависимости, определяющие возможные режимы работы дизеля с ВФШ при прямой передаче. Возможные режимы совместной работы получаются при пересечении винтовых характеристик, характеризующих сопротивление движению судна, с внешними, регуляторными или ограничительными характеристиками. Мощность, поглощаемая гребным винтом, зависит от конструкции корпуса судна и состояния моря.
Рис. 2.1. Режимы совместной работы дизеля с ВФШ [9].
Винтовые характеристики описывают показательной функцией
где с – коэффициент пропорциональности;
nв – частота вращения.
Показатель степени m для современных водоизмещающих судов составляет 2,9…4,5; а для глиссирующих катеров – 1,6…3,2.
Кривая II представляет собой номинальную винтовую характеристику, относящуюся к расчетным условиям движения судна в полном грузу. Кривые 1 и 2 – соответственно внешняя и ограничительная характеристики дизеля, кривые III и IV – утяжеленные винтовые характеристики, кривая I – винтовая характеристика при плавании судна в балласте. Линии R0, R1, R2 – регуляторные характеристики.
Пересечение нормальной винтовой характеристики двигателя с его номинальной внешней и ограничительной характеристиками (точка А) определяет величину допустимой длительной нагрузки и частоту вращения вала ГД (и гребного винта).
При плавании судна в балласте винтовая характеристика становится «облегченной», что связано с уменьшением осадки и, как следствие, снижением сопротивления воды движению судна. При той же частоте вращения гребного винта скорость судна возрастает.
В условиях эксплуатации довольно часто наблюдается так называемое утяжеление винтовой характеристики (кривая III). Это может быть вызвано увеличением осадки, обрастанием корпуса, волнением моря, перекладками руля при маневрировании, влиянием мелководья, буксировкой воза, тралением, работой на швартовах и др.
При работе по утяжеленной винтовой характеристике (рисунок 2.1, кривая III) допустимая нагрузка определяется положением точки Б, лежащей на ограничительной характеристике, которая условно показана прямой линией, а не ломанной кривой. В дальнейшем виды ограничительных характеристик будут рассмотрены более подробно.
Работа на швартовах соответствует кривая IV; предельную нагрузку на ней определяет точка Б'. Точка В' соответствует, значительной перегрузке при работе по внешней характеристике.
Винтовая характеристика при движении судна может располагаться левее, чем швартовная. Это может происходить на второй стадии реверса при подаче контрвоздуха, когда судно по инерции еще движется вперед, а двигатель уже раскручивает винт на задний ход. ГД в этих случаях значительно перегружается.
Мощность двигателя используется полностью при номинальном числе оборотов, в точке пересечения винтовой и внешней номинальной характеристик.
Значительная недогрузка двигателя сопровождается увеличением удельного расхода топлива, и при пониженных оборотах приводит к неустойчивой его работе, если не предусмотрены специальные конструктивные мероприятия, например, аккумуляторные системы топливоподачи.
Для судна, движущегося с определенной эксплуатационной скоростью, при определенном неизменном водоизмещении можно подобрать оптимальный винт, обеспечивающий наиболее высокий для данных условий коэффициент полезного действия, но только при nном. Теоретическая винтовая характеристика при этом проходит через точку А.
Сегодня широко распространена практика проектирования ДЭУ с винтами облегченного типа. Облегченная винтовая характеристика располагается правее теоретической, образуя 10…20 % запас по мощности. Наличие такого запаса позволит в штормовую погоду и при других сложных условиях плавания поддерживать частоту вращения, а с ней и скорость судна на прежнем уровне без перегрузки ГД.
Если произойдет утяжеление винтовой характеристики, то КПД винта, спроектированного на максимальное значение ηp при эксплуатационной или номинальной частоте вращения, будет снижаться, а коэффициенты к1 и к2 возрастать (рис 1.1).
Потребляемая эффективная мощность Ne будет уменьшаться (точки B или Б на рис 2.1) и для обеспечения прежних оборотов ГД и скорости судна потребуется увеличение мощности и крутящего момента (точка А1). Возникшая перегрузка двигателя приведет к росту максимального давления сгорания Pz, температуры выхлопных газов и удельного расхода топлива.
При плавании в балласте с уменьшенной осадкой сопротивление движению судна снижается, винтовая характеристика смещается вправо («легкий винт»), поступь винта растет, КПД винта резко снижается, коэффициенты момента и упора уменьшаются.
Момент сопротивления Mc в этом случае буде значительно меньше крутящего момента развиваемого ГД при nном. Если ничего не предусмотреть, то ГД будет разгоняться до перегрузочного режима по частоте вращения, находящегося в точке пересечения мощностей соответствующих указанным моментам (точка А2). Подачу топлива и мощность ГД надо снизить, поддерживая при помощи регулятора приемлемые значения частоты вращения (не более 103…105 % nном).
При спокойной погоде скорость судна увеличивается на 1…2 узла за счет снижения сопротивления движению при меньшей осадке. Однако при сильном волнении моря высокую скорость обеспечить не удастся из-за ухудшения остойчивости судна и увеличения динамических нагрузок.
