Режимы работы главного двигателя судовой дизельной энергетической установки, страница 13

Режимы совместной работы двигателя с винтом регулируемого шага. Дизельные двигатели с ВРШ в настоящее время получили широкое применение на судах различного назначения, особенно таких, как буксиры, траулеры, паромы, транспортные рефрижераторы, спасательные, пожарные и др. Это объясняется особенностями режимов их плавания, при которых в большей степени проявляются преимущества ВРШ.

Известно, что эффективная мощность двигателя при номинальной частоте вращения коленчатого вала может быть использована полностью только в том случае, когда мощность, потребляемая гребным винтом, будет равна мощности, развиваемой двигателем. Для ВФШ равенство может быть достигнуто лишь при определенной скорости движения судна.

При данной частоте вращения коленчатого вала полное использование эффективной мощности двигателей возможно в том случае, когда каждому значению сопротивления движению судна будет соответствовать определенный шаг гребного винта. Такое требование может быть выполнено только с помощью ВРШ. Вместе с тем, при использовании ВРШ появляется опасность перегрузки двигателей в случае несогласованного управления частотой вращения коленчатого вала (цикловой подачей топлива) и шагом гребного винта.

Из рис. 2.10, а видно, что при нагружении двигателя с ВФШ по номинальной винтовой характеристике можно перегрузить двигатель только в случае превышения номинальной частоты вращения коленчатого вала (точка 1). В этой зоне винтовая характеристика I будет проходить выше внешней номинальной скоростной характеристики двигателя II.

Поскольку частоту вращения коленчатого вала легко контролировать, то случайные перегрузки маловероятны. В случае ВРШ (рис. 2.10, б) перегрузка двигателя может произойти и на пониженных скоростных режимах работы, например в зоне, начиная от точки 2, определяемой пересечением винтовой характеристики, соответствующей максимальному шагу гребного винта III с внешней номинальной скоростной характеристикой двигателя II и выше. Это объясняется тем, что коэффициент , определяющий значение крутящего момента, потребляемого гребным винтом, у ВРШ может изменяться в более широких пределах чем у ВФШ, вследствие изменения как , так и шагового отношения .

Рис. 2.10. Поле нагрузок при работе дизеля с ВФШ (а) и с ВРШ (б)

При использовании ВРШ следует учитывать изменение критических зон частоты вращения линии вала, связанных с опасными крутильными колебаниями. Двигатели, работающие на ВРШ, должны быть снабжены всережимными регуляторами, обеспечивающими устойчивый скоростной режим при любом шаге гребного винта.

Все особенности эксплуатации установок с ВРШ являются следствием того, что мощность, потребляемая гребным винтом, и момент сопротивления гребного винта представляют собой функцию двух переменных – частоты его вращения и его шагового отношения.

Поэтому свойства установки с ВРШ на установившихся режимах отражаются несколькими типами характеристик – винтовой, нагрузочной и характеристикой постоянной скорости судна.

Винтовые характеристики потребителя с ВРШ (рис. 2. 11) представляют собой семейство линий для различных . Наибольшую крутизну имеет характеристика максимального шага ВРШ, наименьшую – характеристика шага нулевого упора , т.е. нулевой скорости. Указанные выше характеристики определяют область режимов работы, задаваемых гребным винтом. Отношение  для винтов обычной геометрии лежит в пределах от -0,05 до +0,05. Для широколопастных ВРШ  может достигать 0,2. При анализе режимов работы двигателей удобнее пользоваться безразмерными характеристиками [3]. Подобные нагрузочные характеристики с ВРШ для траулера приведены на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Нагрузочные характеристики с ВРШ для траулера: а – режим свободного хода; б – режим траления