Режимы работы главного двигателя судовой дизельной энергетической установки, страница 2

Режим работы двигателя – это совокупность состояния систем двигателя и потребителя энергии, определяющих протекание рабочего процесса, который оценивается показателями количественно характеризующими работу в единицу времени. Показатели режима работы двигателя связаны с параметрами его систем.

Режим работы системы двигателя – это совокупность состояния входных и выходных параметров системы, количественно определяющих ее работу в единицу времени.

Параметры систем – это показатели, количественно определяющие физические свойства системы.

2.2. Характеристики пропульсивного комплекса

Отдельные элементы пропульсивного комплекса характеризуются в работе следующими основными показателями:

главный двигатель – эффективным крутящим моментом или эффективной мощностью при заданной частоте вращения коленчатого вала;

передача – крутящим моментом или мощностью при заданной частоте вращения ведущего и ведомого валов;

гребной винт – упором винта, вращающим моментом и его частотой вращения, скоростью воды, поступающей на лопасти;

корпус судна – сопротивлением воды и воздуха, скоростью движения судна.

Взаимодействие элементов движительного комплекса изучается путем совместного рассмотрения их характеристик. Решение этой задачи в общем виде затруднительно, особенно для неустановившихся режимов, поэтому обычно рассматриваются частные случаи, конкретные режимы.

Взаимодействие корпуса судна с гребным винтом. Уравнение движения на установившемся режиме хода судна записывается так:

,

где  – полное сопротивление движению судна, Н;  – сила тяги на гаке, Н;  – упор гребного винта, Н;  – число работающих гребных винтов;  – коэффициент засасывания воды;  – полезная тяга гребного винта, Н.

Полезная сила тяги гребного винта вычисляется по формуле:

,

где  – коэффициент упора, определяемый по кривым действия гребного винта для данного значения относительной поступи этого винта

,

здесь  – расчетная скорость поступательного движения гребного винта, м/с,

( – скорость судна, м/с;  – коэффициент попутного потока воды);  – плотность воды, кг/м³;  – диаметр винта, м;  – частота вращения винта, об/мин.

Рис. 2.1. Паспортная диаграмма судна

Графические зависимости сопротивления воды движению судна , полезной силы тяги на гаке  от скорости движения судна представляют собой ходовые, или паспортные, диаграммы судна (рис. 2.1). Путем наложения графиков  и  получают режимы совместной работы корпуса судна и гребного винта (точки 1-15'). Кривые I÷IV показывают зависимость сопротивления воды R от скорости движения судна и при различных условиях плавания (I – судно в балласте, II – судно в полном грузу при расчетных условиях движения, III (точки 3, 6, 9, 12, 15), IV (точки 3’, 6’, 9’, 12’, 15’) – при повышенных сопротивлениях движения судна), а кривые V÷IX – зависимость полезной силы тяги гребных винтов  от скорости судна при различных, но постоянных частотах вращения гребного вала. Линия KL является ограничительной внешней номинальной скоростной характеристикой по величине эффективного крутящего момента, которая определяет допустимую нагрузку на двигатель.

Пользуясь паспортной диаграммой, можно для каждого заданного значения скорости судна и частоты вращения гребного винта определить силу тяги гребного винта, силу тяги на гаке и оценить допустимость данного режима движения судна. Так на рис. 2.1 показано, что при скорости судна  и этих условиях плавания, сопротивление движению судна будет определяться отрезком АВ. Если сила тяги гребного винта, при заданной частоте его вращения, характеризуется кривой VII, то сила тяги на гаке определяется отрезком ВС. При таком режиме плавания судна нагрузка на двигатель не превысит допустимых значений. Если отпадает необходимость создавать силу тяги на гаке (в случае свободного хода), то частота вращения гребного винта должна быть снижена так, чтобы кривая  проходила через точку В.