Режимы работы главного двигателя судовой дизельной энергетической установки, страница 3

Взаимодействие гребного винта с двигателем. Для анализа режима совместной работы гребного винта с двигателем на паспортных диаграммах судна приведены зависимости мощности, поглощаемые гребным винтом, от скорости движения судна при плавании в различных условиях (рис. 2.2). Кривые I÷IV (точки 1÷12) показывают зависимость мощности, потребляемой гребным винтом при свободном ходе судна, а кривые V÷VII характеризуют изменение потребляемой мощности в функции скорости судна при различной частоте вращения гребного винта. Здесь же нанесена ограничительная внешняя номинальная скоростная характеристика по эффективной мощности двигателя (линия KL).

Рис. 2.2. Зависимость мощности, потребляемой гребным винтом, от                                         скорости движения судна

Для построения кривых, представленных на рис. 2.2, используются следующие уравнения.

Мощность буксировки судна с заданной скоростью на свободном ходу, кВт,

.

Мощность, потребляемая гребным винтом, кВт,

,

где  – крутящий момент, потребляемый гребным винтом, Н×м;  – угловая скорость вращения гребного винта, 1/с.

Отношение буксировочной мощности к мощности, подводимой к гребному винту (с учетом числа работающих гребных винтов ), представляет собой пропульсивный коэффициент .

Таким образом, мощность, потребляемая гребным винтом, равна:

.

Из рис. 2.2 видно, что при частоте вращения гребного винта режим работы, характеризуемый точкой 3, является перегрузочным, и поэтому возникает необходимость снизить его частоту вращения.

2.3. Эксплуатационные характеристики двигателей

Так как главные судовые двигатели работают в широком диапазоне изменения нагрузок и частот вращения коленчатого вала, для оценки степени загрузки двигателя и определения допустимой продолжительности его работы, при данной нагрузке, вводят следующие градации эффективных мощностей, которые приняты при условии полной нагрузки судна.

Максимальная эффективная мощность двигателя  – кратковременная мощность, которая может быть получена от двигателя. На режиме максимальной эффективной мощности, как правило, разрешается непрерывно работать не более 1÷2 ч. Общее число часов работы на режиме максимальной эффективной мощности не должно превышать 10÷15% от всего ресурса двигателя.

Номинальная эффективная мощность двигателя  соответствует номинальной частоте вращения коленчатого вала, гарантируется заводом – изготовителем. Суммарное количество часов работы на номинальной эффективной мощности не должно превышать 20÷25% от всего ресурса двигателя. Для дизелей, работающих в системе электродвижения, а также для тепловозных двигателей, номинальная эффективная мощность определяется, как правило, из условий недопустимости ее превышения.

Эксплуатационная эффективная мощность двигателя  представляет собой мощность, длительность работы на которой в пределах ресурса двигателя не ограничивается. Эксплуатационная эффективная мощность составляет 75÷85% от номинальной эффективной мощности двигателя. Эту мощность главные дизели развивают обычно на режиме полного хода судна.

Для судов транспортного флота режимы полного хода являются наиболее продолжительными, а для рыбопромысловых судов они не превышают 20÷60% от общего количества часов, вырабатываемых за год эксплуатации судна.

Выбор нагрузки и частоты вращения коленчатого вала на режиме полного хода судна определяет надежность, экономичность и экологические характеристики работы двигателя, т. е. технико-эксплуатационные показатели энергетической установки и судна в целом.

Обычно частота вращения гребного винта на рассматриваемом режиме устанавливается из условия обеспечения заданной скорости полного хода судна. Однако в зависимости от условий плавания (волнение, ветер, осадка, состояние корпуса, техническое состояние двигателя и др.) эта скорость может изменяться даже в течение одного рейса. Отсюда следует, что на режиме полного хода судна частота вращения коленчатого вала и нагрузка на двигатель не остаются постоянными. Неизбежны колебания , ,  в ту и в другую стороны относительно средних значений. Поэтому вводится понятие эксплуатационной мощности двигателя при полном ходе судна , которая представляет собой среднее значение эффективной мощности двигателя, при которой в течение рейса выдерживается заданная скорость хода судна.