Режимы работы главного двигателя судовой дизельной энергетической установки, страница 6

Для удобства анализа режимов работы двигателя по винтовой характеристике ее представляют обычно в виде кубической параболы . Это справедливо для большинства судов объемного водоизмещения. Коэффициент  определяется, как правило, по данным испытаний судна на режиме полного хода. Для конкретного судна при неизменных гидродинамических условиях работы гребного винта коэффициент  сохраняется постоянным. Внешняя номинальная скоростная характеристика двигателя и винтовая характеристика потребителя пересекаются при номинальной частоте вращения коленчатого вала, и двигатель по эффективной мощности и по эффективному крутящему моменту нагружен до номинальных значений. При изменении гидродинамических условий работы гребного винта значение коэффициента  будет изменяться. В связи с этим изменится мощность, поглощаемая гребным винтом при данной частоте его вращения. Следовательно, винтовая характеристика потребителя пересечется с внешней номинальной скоростной характеристикой двигателя при другой частоте вращения коленчатого вала. Обычно, будет происходить увеличение коэффициента , т. е. так называемое, «утяжеление» винтовых характеристик потребителя. В этом случае возникнет ограничение по частоте вращения коленчатого вала, так как номинальную эффективную мощность двигатель будет развивать при пониженной частоте вращения коленчатого вала. При проектировании ГЭУ необходимо знать максимально допустимые частоты вращения коленчатого вала, чтобы избежать перегрузки дизеля и, вместе с тем, обеспечить более полное использование его по мощности.

Анализ винтовых характеристик потребителя показывает, что эффективные показатели работы двигателя, в том числе эффективная мощность и топливная экономичность, изменяются в очень широких пределах. В области малой частоты вращения коленчатого вала дизель в значительной степени недогружается, а экономичность резко ухудшается. Поэтому длительное использование дизеля на таких режимах нецелесообразно.

Минимальный эффективный удельный расход топлива достигается при частоте вращения коленчатого вала двигателя, составляющей (0,8÷0,85) .

В системе электропередачи, при работе дизеля на гребной винт регулируемого шага, а также на гребной винт фиксированного шага через гидростатическую и гидротрансформаторную передачу главные дизели могут использоваться на различных нагрузочных режимах при постоянной частоте вращения коленчатого вала. В этом случае они будут работать по нагрузочной характеристике двигателя. Нагрузочные характеристики двигателя позволяют в процессе проектирования установок выбирать наиболее экономичные режимы использования дизелей, определять максимально допустимые значения ,  или  при заданной частоте вращения коленчатого вала.

Выше указывалось, что нагрузки на главные двигатели на всех режимах работы должны быть в поле допустимых режимов их работы. Рассмотрим эти режимы.

2.4. Установившиеся режимы работы пропульсивного                                      комплекса

Уравнение прямолинейного поступательного движения судна в общем виде записывается так:

,

где  – сила тяги на гаке, Н;  – полное сопротивление движению корпуса судна, Н;  – суммарный полезный упор гребных винтов, Н;  – масса судна, т;  – коэффициент присоединенной массы воды к корпусу судна при его ускорении или замедлении;                       – скорость движения судна, м/с.

В случае установившегося движения судна , тогда уравнение принимает вид: .

На установившихся режимах при свободном (без буксира) движении судна .

При заданных размерах судна, его осадке и определенных метеорологических условиях сопротивление корпуса судна R зависит от его скорости, а суммарный упор гребных винтов  – от частоты вращения гребных винтов и скорости судна.

Таким образом, , . Упор гребных винтов можно представить в функции от крутящего момента (или мощности) и частоты вращения гребного вала. Так как, обычно известны зависимости , , тогда .