Режимы работы главного двигателя судовой дизельной энергетической установки, страница 5

Характеристики двигателей подробно рассматриваются в курсе «Судовые ДВС». В данном учебнике приведен анализ возможностей и условий использования характеристик двигателя при работе главных двигателей в составе пропульсивного комплекса. Одновременно рассматриваются факторы, влияющие на изменения эксплуатационных характеристик двигателя.

Поле допустимых режимов работы дизеля (рис.2.З) определяется положением ограничительных характеристик – максимальной 1, минимальной 2 мощности, а также номинальной регуляторной характеристикой 3 и минимально устойчивой частотой вращения коленчатого вала 4. На рис.2.3 нанесены внешние характеристики двигателя, снятые при подаче топлива, соответствующей номинальной 5 и максимальной 6 мощностям двигателя, а также регуляторная характеристика предельных частот вращения коленчатого вала 7.

Главные судовые двигатели обычно нагружаются гребным винтом. Если не предусматривается дополнительный отбор мощности, то для любого режима плавания мощность, развиваемая двигателем, будет определяться мощностью, потребляемой гребным винтом, с учетом потерь в передаче и в валопроводе.

При рассмотрении паспортных диаграмм судна, эффективная мощность двигателя, подводимая к гребному винту, выражалась в функции от скорости движения судна. Для удобства анализа целесообразно эту диаграмму построить в координатах эффективная мощность двигателя  (или эффективный крутящий момент двигателя ) – частота вращения гребного винта . Воспользуемся для этой цели уравнениями, применяемыми в теории движителей. Известно, что крутящий момент, потребляемый гребным винтом , Н×м, выражается через частоту вращения гребного винта , коэффициент момента  и диаметр винта  следующим образом:

.

Тогда мощность, потребляемая гребным винтом, кВт, будет равна:

.

Коэффициент момента  зависит от относительной поступи гребного винта , а относительная поступь гребного винта – от соотношения скорости движения судна и частоты вращения гребного винта.

Скорость движения судна, при определенных условиях плавания, будет зависеть от частоты вращения гребного винта, т. е.  и  являются функциями . Отсюда следует, что и мощность, потребляемая гребным винтом, может быть выражена зависимостью:

.

В случае, если скорость судна изменяется пропорционально частоте вращения коленчатого вала двигателя, коэффициенты  и  остаются постоянными и показатель степени  = 3, то зависимость мощности, потребляемой гребным винтом , от частоты его вращения  называется винтовой характеристикой потребителя, и превращается в кубическую параболу .

Однако, такая зависимость будет справедлива только для водоизмещающих судов при относительно невысокой скорости движения. Для судов такого типа показатель  изменяется в пределах  = 2,8÷3,2 .Для полуглиссирующих судов показатель                                 = 1,8÷2,2, а для глиссирующих судов  = 1,6÷1,8.

Эффективная мощность двигателя (кВт), передаваемая на привод гребного винта, определится из соотношения

,

где ,  – КПД передачи и линии валопровода, соответсвенно.

Следовательно, винтовую характеристику потребителя можно представить как зависимость эффективной мощности двигателя от частоты вращения коленчатого вала, нагруженного гребным винтом. Вид винтовой характеристики потребителя зависит от типа и конструктивных особенностей самого гребного винта, от обводов корпуса судна, гидродинамических условий работы винта (состояния моря, осадки, глубины под килем, направления потока воды, обтекающего винт) и других факторов.

Для некоторых судов (траулеров, ледоколов, буксиров, китобойных судов и др.) характерно плавание в условиях значительных колебаний сопротивления воды движению судна, что резко изменяет крутизну винтовой характеристики.

Для определения диапазона частот вращения коленчатого вала и изменения эффективной мощности двигателя (если двигатель непосредственно связан с гребным винтом) внешнюю номинальную скоростную и частичные характеристики двигателя совмещают с винтовой характеристикой потребителя. При этом винтовая характеристика потребителя снимается при прямом свободном (без буксира) ходе судна на спокойной воде, чистом корпусе, нормальной осадке и при работе всех гребных валов и двигателей.