РЕВЕРС СУДНА И РЕВЕРСИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРЕБНОГО ВИНТА

Переходные процессы являются наиболее сложными режи­мами работы главных двигателей энергетических установок, в том числе двигателей внутреннего сгорания и электрогребных установок. Так, например, надежная работа электрогребной установки в значительной степени зависит от правильности рас­чета характеристик гребного винта на режимах маневрирования и разгона судна. Это обусловливается тем, что такие режимы протекают у электродвигателя крайне быстро, а у гребного винта относительно медленно. Длительность переходных про­цессов движения судна в 100—150 раз превышает длительность переходных процессов в электродвигателе. Поэтому одной из важнейших задач при проектировании СЭУ с электродвиже­нием является правильный выбор режимов регулирования на­пряжения генераторов, пуска, торможения, разгона и реверсирования электродвигателей с учетом гидродинамических ревер­сивных характеристик гребных винтов.

Реверсом судна называется процесс его остановки и после­дующего развития определенной скорости в направлении, об­ратном первоначальному движению под действием отрицатель­ного упора гребных винтов.

Для изменения направления упора гребных винтов фиксиро­ванного шага меняют направление их вращения.

Реверс судна, идущего полным передним ходом, осущест­вляется следующим образом: подается команда «полный назад» (с этого момента исчисляется время реверса); прекращается подача топлива в двигатель внутреннего сгорания и пара в па­ровую турбину, изменяется направление магнитного потока ге­нератора в гребной электрической установке (ГЭУ); при этом скорость вращения гребных винтов начинает уменьшаться, стремясь к скорости свободного вращения иод действием набе­гающего потока, обусловленного движением судна вперед; гребной винт при этом начинает вращаться как гидравлическая турбина, осуществляя торможение судна. При наступлении рав­новесия между моментом сопротивления комплекса двигатель — вал и моментом, вращающим гребной винт как турбину, сни­жение частоты вращения происходит по мере уменьшения ско­рости судна.

Для сокращения времени на остановку дизеля осуществляют подачу воздуха на задний ход. При сжатии воздуха затрачи­вается дополнительная работа, ускоряющая торможение двига­теля. В электрогребной установке в режиме работы гребного винта как турбины электродвигатель работает в генераторном режиме, что увеличивает торможение винта до его полной оста­новки. После этого двигатель и винт работают по характери­стике заднего хода, и судно увеличивает скорость до установив­шейся в режиме заднего хода.

Изложенный выше процесс реверса принято разбивать на четыре характерных периода:

I. От подачи команды до отключения двигателей. Судно, двигатели и гребные винты работают на передний ход.

II. От момента пуска двигателей на задний ход до остановки, гребных винтов. В этот период судно, притормаживаясь, дви­гается вперед, двигатели развивают крутящий момент заднего хода, гребной винт работает как гидротурбина.

III. От момента остановки гребных винтов до момента оста­новки судна. Гребные винты работают как движители на задний ход, двигатели работают на задний ход, судно движется с ак­тивным притормаживанием вперед и в конце периода оста­навливается.

IV. От момента остановки судна до развития полного заднего хода. Гребные винты и двигатели вращаются в направлении, обратном переднему ходу, судно движется назад.

Таким образом, в первые три периода происходит торможе­ние судна, а в четвертом — разгон в обратном направлении.

Маневренные качества судов при реверсе характеризуются следующими основными параметрами:

а) временем остановки;

б) выбегом судна от момента подачи команды до полной остановки;

в) временем, необходимым для развития вращения гребных винтов в обратном направлении;

г) временем развития судном полной скорости заднего хода.

Все эти параметры не­обходимо знать судоводи­тельскому составу, судовым механикам и электромеха­никам для грамотной, без­аварийной эксплуатации судна.

Для проектирования электродвигателей, систем управления ими, реверсив­ных муфт, турбин заднего хода и других механизмов необходимо знание харак­тера изменения момента со­противления вращению гребного винта и частоты вращения в процессе ре­верса.

Так, например, на ос­нове этих зависимостей осу­ществляются расчеты пере­ходных процессов в ГЭУ, целью которых является оп­ределение времени разгона,

торможения и реверса винта, максимального тока главной цепи, частота вращения первичного двигателя при реверсах или сни­жениях скорости судна.

Рассмотрим примерный график изменения вращающегося момента гребного винта при реверсе, представленный на рис. 3.60. Пусть судно первоначально движется с некоторой постоянной скоростью u = const. После выключения двигателей крутящий момент на валу уменьшается, а момент гребного винта и частота его вращения изменяются по кривой АВ. При частоте вращения гребного винта, соответствующей точке В, его момент сопротивления равен нулю. Дальнейшее уменьшение частоты вращения винта вызывает отрицательный момент, т. е. появляется движущий момент вращения — винт работает не как двигатель, а как турбина; этот режим характеризуется участком кривой BCD. При частоте вращения гребного винта, равной нулю, момент вращения выражается отрезком 0D. На участке DE гребной винт под воздействием отрицательного крутящего момента главного двигателя начинает вращаться в обратном направлении, и в точке Е частота его вращения равна OF.

Наиболее эффективное торможение требует, чтобы гребной винт как можно скорее прошел участок ABCD, достиг п = 0 и изменил направление вращения.

Во всех этих рассуждениях исходят из предпосылки, что скорость поступательного движения судна остается неизменной и равной скорости судна до поступления команды о реверси­ровании.

В действительности в процессе реверса скорость судна па­дает, и гидродинамические характеристики гребного винта при реверсировании могут быть представлены в виде семейства кри­вых, аналогичных представленным на рис. 3.60.

Если принять скорость судна до реверса в относительных единицах v=l, то работа винта будет характеризоваться посте­пенным переходом с кривой у = 1 на кривые v = 0,95; v = 0,90; и = 0,85 и т. д. Предельным режимом будет швартовный при t>in = 0, когда судно, израсходовав всю кинетическую энергию, остановится.

Расчет гидродинамических реверсивных характеристик судна производится на основе результатов систематических испытаний моделей гребных винтов в опытовом бассейне.

Первые систематические опыты по реверсированию гребных винтов были проведены в 1948 г. Нордстремом в шведском опы­товом бассейне в Гётеборге. Испытания проводились с серией гребных винтов с числом лопастей г = 4, дисковым отношением 6 = 0,45 и шаговым отношением от 0 до 1,6 в широком диапа­зоне относительных поступей.

В 1954—1956 гг. И. Я. Миниович провел аналогичные испы­тания серии моделей трехлопастных гребных винтов с диско­выми отношениями 0 = 0,5; 0,8; 1,1, причем для каждого зна­чения дискового отношения были испытаны модели с шаговыми отношениями от 0,6 до 1,6.

В. Г. Бакаев и В. М. Лаврентьев [2] переработали резуль­таты испытаний моделей Нордстрема, представили их в форме расчетных диаграмм и предложили удобную для практических целей методику расчета динамических характеристик гребных винтов при реверсе.

В теории и практических расчетах гребных винтов их гидро­динамические качества при данных геометрических параметрах определяются коэффициентами упора и момента К\ и /С₂ при относительной поступи Х_р. Однако эти характеристики не могут быть использованы при расчетах реверса, так как при падении частоты вращения п до нуля коэффициенты К\, К2 и X_v обра­щаются в бесконечность. Поэтому В. Г. Бакаев и В. М. Лавреитьев предложили применять вместо относительной поступи λ_p = V_p/Dn универсальную относительную поступь

Результаты систематических серийных испытаний, проведен­ных Нордстремом, были представлены в форме диаграмм, со­держащих четыре квадранта. На этих диаграммах кривые ко­эффициентов К_Р и Km построены в функции Ар для ряда по­стоянных значений шагового отношения H/D.

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ