Режимы работы ДЭУ в составе пропульсивного комплекса

Режим работы ПК определяется соотношением мощности ГД, частоты вращения гребного винта и скорости судна. Основными режимами являются режимы, обеспечивающие соответствующий ход судна: полный, средний, малый, самый малый.

Мощность, поглощаемая гребным винтом, зависит от конструкции корпуса судна и состоянии моря.

Винтовые характеристики – это зависимости мощности (или крутящего момента), потребляемой гребным винтом (с учетом потерь в редукторной передаче и валопроводе) от частоты вращения двигателя при различных условиях плавания.

В старой технической литературе наиболее часто рассматривается теоретическая винтовая характеристика, описывающаяся кубической параболой , где с – коэффициент пропорциональности; – обороты гребного винта.

В действительности зависимость мощности от числа оборотов отклоня­ется от кубической зависимости. Показатель степени для водоизмещающих судов лежит в пределах 2,9…4,5, а для глиссирующих катеров – 1,6…3,2.

Режимы совместной работы дизеля с ВФШ при прямой передаче показаны на рисунке 2.8. Кривая II представляет собой номинальную винтовую характеристику, относящуюся к расчетным условиям движения судна в полном грузу. Кри­вые 1 и 2 – соответственно внешняя и ограничительная характеристики дизеля, кривые III и IV – утяжеленные винтовые характеристики, кривая I – винтовая характеристика при плавании судна в балласте.

Пересечение номинальной винтовой характеристики двигателя с его номинальной внешней и ограничительной характеристиками (точка А) определяет допустимую нагрузку на двигатель и частоту вращения вала. Видно, что при работе по номинальной винтовой характеристике перегрузка может иметь место только в случае превышения частоты сверх номинальной. При других частотах вращения дизель остается недогруженным, если не предусмотрен отбор мощности на дополнительные нужды, например, валогенератор.

При плавании судна в балласте изменяется крутизна винтовой характеристики. Она становится «облегченной», что связано с уменьшением осадки смоченной поверхности и, как следствие, снижением сопротивления воды движению судна, а также с изменением условий обтекания винта набегающим потоком. Поэтому при той же частоте вращения гребного винта скорость судна возрастает, а относительная поступь винта увеличивается по сравнению с расчетной, момент, потребляемый винтом, снижается, упор уменьшается.

В условиях эксплуатации довольно часто наблюдается так называемое утяжеление винтовой характеристики (кривые III). Это может быть вызвано увеличением осадки, обрастанием корпуса и повышением его шероховатости, влиянием мелководья, буксировкой воза, тралением, работой на швартовах и др. При работе по утяжеленной винтовой характеристике (рисунок 2.8 кривая III) максимальная длительная допустимая нагрузка будет определяется положением точки Б, лежащей на ограничительной характеристике. Работе на швартовых соответствует кривая IV; предельную нагрузку по ней определяет точка Б¢. Точка В¢, соответствует нагрузке по внешней характеристике.

Рисунок 2.8 – Режимы совместной работы дизеля с ВФШ

Полностью мощность двигателя используется при номинальном числе обо­ротов, соответствующих точке пересечения винтовой и внешней номиналь­ной характеристик. Увеличение нагрузки выше номинальной сопровождается увеличе­нием удельного расхода топлива. Работа на пониженных оборотах также сопровождается увеличенным удельным расходом топлива, если не предусмотрены специальные конструктивные мероприятия (например, аккумуляторная система впрыска).

Переменные режимы работы и малые нагрузки в основном связаны с плаванием судов в каналах, узкостях, во время шторма, с подходами и отходами из портов и другими условиями. Работа на этих режимах довольно часто характеризуется малыми подачами топлива и мощностями. Главные двигатели рыбопромысловых судов при маневрировании с орудиями лова и приемо-транспортных судов при швартовках в море и портах, при движении в узкостях работают на режимах малых нагрузок более длительное время.

СДУ с ВФШ в подавляющем большинстве не могут обеспечить движение судна с малыми скоростями из-за довольно высоких значений минимально устойчивых оборотов ГД. При этом ухудшаются маневренные качества судна, приходится производить частые пуски и остановки ГД, что сказывается отрицательно на его техническом состоянии.

Дизельные установки с винтами регулируемого шага (ВРШ) позволяют устойчиво обеспечивать любую малую скорость судна и обеспечивают более полное использование мощности двигателя. При изменении частоты вращения вследствие изменения момента сопротивления гребного винта можно подобрать соответствующий определенный шаг гребного винта. По этой причине дизельные установки с ВРШ получили широкое применение на судах, работающих в условиях переменного сопротивления движению судна (буксиры, траулеры, паромы, транспортные рефрижераторы, пожарные, спасательные и другие суда).

Поскольку частоту вращения легко контролировать, то слу­чайные перегрузки маловероятны. При ВРШ (рисунок 2.9 б) перегрузка двигателя может произойти и на пониженных скоростных режимах, например в зоне, выше линии 1-2.

а)	б)

Рисунок 2.9 – Поле нагрузок при работе дизеля с ВФШ (а) и ВРШ (б)

При использовании ВРШ следует учитывать изменение кри­тических зон частоты вращения, связанных с опасными крутиль­ными колебаниями. Двигатели, работающие на ВРШ, должны быть снабжены всережимными регуляторами, обеспечивающими устойчивый скоростной режим при любом шаге винта.

Все осо­бенности эксплуатации установок с ВРШ являются следствием того, что мощность, потребляемая винтом, и момент сопротивле­ния винта представляют собой функцию двух переменных – час­тоты вращения и шагового отношения. Поэтому свойства уста­новки с ВРШ на установившихся режимах отражаются несколь­кими типами характеристик – винтовой, нагрузочной и характе­ристикой постоянной скорости судна.

Следует отметить, что на долевых нагрузках эффективность пропульсивного комплекса с ВРШ ниже в отличие от ВФШ из-за повышенных гидродинамических потерь.

Эксплуатационные возможности СДУ с ВФШ при работе на утяжеленных характеристиках расширяются также при использовании гидромуфт. Однако, при этом снижается экономичность. Режимы работы двигателя с гидромуфтой и ВФШ рассмотрены в [8].

Гидродинамические муфты находят применение на судах ледового плавания с ВРШ. Демпфирующие способность муфт позволяет снизить динамические нагрузки на элементы пропульсивного комплекса.