Режимы работы главного двигателя судовой дизельной энергетической установки, страница 17

В процессе эксплуатации судна на ряде режимов движения – таких, как страгивание с места и разгон, реверсирование, плавание в штормовую погоду, в ледовых условиях нарушается равенство (2.1). Это приводит к изменению нагрузок на двигатель, которые могут превысить допустимые. В связи с этим возникает необходимость рассмотреть основные неустановившиеся режимы работы двигателей в составе пропульсивной установки с учетом типа движителей и передач. Анализ режимов движения в процессе эксплуатации судна позволит более обоснованно оценить преимущества и недостатки различных типов движителей, передач, схем установок и типов главных двигателей.

Нагрузка на двигатели при страгивании судна с места и разгоне. Указанные режимы встречаются как при повседневной эксплуатации судов, так и в аварийных ситуациях, например при снятии судна с мели.

Характерным и часто встречающимся примером разгона судна является работа траулеров на промысле в период травления ваеров (тросов). Здесь главные двигатели за сравнительно короткий промежуток времени (менее 1 мин) должны обеспечить увеличение скорости судна с малого хода до полного.

При страгивании с места и разгоне судна кроме сопротивления воды необходимо преодолеть еще силу инерции массы судна. Поэтому движущая сила и крутящий момент гребного винта в этих случаях могут быть больше, чем при установившемся движении судна с заданной скоростью.

Возможны два случая разгона судна: с превышением и без превышения максимально допустимого крутящего момента.

В момент страгивания скорость судна равна нулю, следовательно, и относительная поступь гребного винта близка к нулю(≈ 0). Поэтому коэффициент крутящего момента  имеет почти максимальное значение. Двигатель и гребной винт уже работают с некоторой частотой вращения вала . Поэтому крутящий момент, потребляемый гребным винтом, будет равен

.

Поскольку  = const (в момент страгивания судна, пока ≈ 0), то крутящий момент гребного винта будет зависеть только от частоты вращения вала , принятой на режиме страгивания судна. При очень высоком значении  крутящий момент может оказаться, как и при работе на швартовых, чрезмерно большим, и двигатель будет перегружен.

Разгон судна обычно идет с нарастанием частоты вращения гребного винта по времени. В зависимости от интенсивности нарастания частоты вращения гребного винта устанавливается и характер изменения крутящего момента во времени.

Уравнение движения судна в период разгона имеет следующий вид:

,

где  – общее сопротивление воды и воздуха движению судна;  – присоединенная масса воды.

При разгоне судна, , т. е. .

С изменением скорости судна возрастает сопротивление воды корпусу судна ; относительная поступь винта  также постепенно растет, уменьшается коэффициент упора , а КПД гребного винта увеличивается. Вместе с тем коэффициент крутящего момента  падает, и это может привести к снижению крутящего момента винта .

Нагрузка на двигатель для случая непосредственной передачи на ВФШ может быть определена из уравнения равенства крутящего момента на гребном валу и эффективного крутящего момента двигателя:

,

откуда

,

где  – эффективный крутящий момент двигателя;  – крутящий момент, потребляемый гребным винтом;  – момент механических потерь в системе валопровода; ,  – момент инерции вращающихся масс дизеля, элементов валопровода и гребного винта.

На эффективный крутящий момент двигателя  наибольшее влияние оказывает момент, потребляемый винтом . Составляющие, такие как  и  имеют существенное значение на переходных режимах, которые протекают довольно быстро.