Режимы работы главного двигателя судовой дизельной энергетической установки, страница 14

Использовать в полной мере преимущества ВРШ и исключить возможность перегрузки дизеля можно только при определенном уровне автоматизации установок, для построения системы управления СДЭУ с ВРШ, удовлетворяющей эксплуатационным требованиям, необходимо установить критерии оптимальной работы установки на различных режимах движения судна. В комплексном решении проблемы должны участвовать проектанты, эксплуатационники, экономисты.

Режимы работы главного двигателя с гидротрансформаторной передачей. Гидротрансформатор является разновидностью гидродинамической передачи. Он находит применение в случаях, когда возникает необходимость расширить скоростной и нагрузочный диапазоны работы главных двигателей, повысить маневренные качества установки или когда требуется обеспечить высокие тяговые характеристики на номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя. Такие режимы работы характерны для судов ледового плавания, буксиров, паромов и др.

Помимо указанного гидротрансформаторная передача может обеспечить реверсирование гребного вала, что позволит избежать необходимости использовать реверсивные двигатели. Нагрузки на двигатели на установившихся режимах работы определяются его внешними скоростными характеристиками, которые, как правило, различны при работе гидротрансформаторов переднего и заднего хода.

Под тяговой характеристикой гидротрансформатора понимают изменение крутящих моментов на ведущем , ведомом  валах и КПД гидротрансформатора  от частоты вращения ведомого вала.

На рис. 2. 13 приведены тяговые характеристики реверсивной гидродинамической передачи буксира-толкача. Здесь показана зависимость крутящих моментов на ведущем 1 и ведомом 2 валах от частоты вращения ведомого вала. Кривая 3 характеризует изменение КПД гидротрансформатора при неизменной частоте вращения коленчатого вала двигателя. Цифры на кривых показывают передаточные отношения . При работе двигателя на переднем ходу по нагрузочной характеристике крутящий момент на ведомом валу гидродинамической передачи повышается по мере снижения частоты его вращения. Такая же картина наблюдается при работе гидротрансформаторов заднего хода. Важным свойством гидротрансформатора является его саморегулирование.

При изменении условий плавания передаточное отношение гидротрансформатора изменяется, а частота вращения ведущего вала и эффективный крутящий момент двигателя остаются практически неизменными. Изменение частоты вращения ведомого вала  при сохранении неизменной  КПД гидротрансформаторной передачи существенно снижается.

Рис. 2.13. Тяговые характеристики реверсивной гидродинамической                                                       передачи буксира-толкача при работе на переднем ходу

Отсюда следует, что использование гидротрансформатора целесообразно в определенном диапазоне передаточных отношений. Этот диапазон устанавливается при анализе режимов работы конкретной установки.

Режимы работы комплекса главный двигатель – гидротрансформатор – гребной винт определяются при совместном рассмотрении характеристик его элементов. Такие характеристики, построенные в безразмерных координатах, показаны на рис. 2.14. Из графика видно, что по мере «утяжеления» винтовой характеристики  (кривые 3), крутящий момент  на выходном валу гидротранформатора непрерывно возрастает (кривая 1) при практически постоянных эффективном крутящем моменте  (кривая 4) и частоте вращения коленчатого вала  главного двигателя. Соответствующим профилированием лопаток направляющего аппарата гидротрансформатора при  = 0 можно получить значение крутящего момента на выходном валу 3. КПД гидротрансформатора (кривая 2) достигает максимального значения при некотором передаточном отношении, соответствующем номинальному режиму работы. Расширение области работы установки с высокими значениями КПД гидропередачи может быть достигнуто применением универсальной гидрозубчатой передачи, в которой помимо гидротрансформаторов переднего и заднего хода имеются зубчатый редуктор и гидромуфта. Через гидромуфту осуществляется передача на установившемся переднем ходе судна в свободной воде, а через гидротрансформаторы – на маневренных режимах и при повышенном сопротивлении движению судна (например, во льдах).