Работа пропульсивного комплекса судна

Главная механическая установка и движитель — единый пропульсивный комплекс, кинематические и динамические характеристики отдельных элементов которого должны быть жестко увязаны. Действительно, частота вращения гребного винта равняется.

(или кратна в случае наличия редуктора) частоте вращения двигателя; мощность, развиваемая последним, за вычетом потерь в передаче, равна мощности, потребляемой движителем.

Однако каждый из элементов комплекса характеризуется собственной зависимостью мощности от частоты вращения. Для гребного винта она определяется кривыми действия, для двигателя — режимом работы и подачей топлива.

Сегодня на транспортных судах наибольшее распространение имеет двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — дизель.

Рис. 4.25. Работа пропульсивного комплекса двигательдвижитель.

Расчетный, или номинальный, режим работы этого двигателя соответствует точке А на графике рис. 4.25, в которой частота вращения и мощность имеют номинальные значения п_п и Р_5н. В этом режиме ДВС может работать неограниченное время, соответственно значения п_и и P_Sit являются максимально допустимыми при длительной работе. Поле устойчивой работы ДВС заключено между четырьмя линиями: верхней 1 и нижней 3 ограничительными характеристиками, которые отвечают максимальной и минимальной мощности, развиваемой двигателем в зависимости от частоты вращения. Замыкают это поле (горизонтальная штриховка на рис. 4.25) линия минимально устойчивых оборотов 2 и регуляторная ограничительная характеристика 4. Последняя обеспечивается работой регулятора частоты вращения, не допускающего разноса двигателя при внезапном снижении нагрузки.

Двигатель вырабатывает ровно столько мощности, сколько потребляет гребной винт. С учетом потерь в передаче эта величина составляет:

Для водоизмещающих судов и кораблей скорость движения v практически пропорциональна частоте вращения гребного винта п, т. е. J — const. В связи с этим в (4.92) для оценок можно принять и K_Q — const. Тогда мощность ДВС при работе на гребной винт.

где С — постоянный для конкретных условий плавания коэффициент.

Говоря об условиях плавания, имеем в виду водоизмещение судна, его посадку, состояние поверхности корпуса, волнение моря и т. д. Другими словами, величина С фактически определяется конкретной зависимостью R (v). Весь диапазон изменения коэффициента С заключен между граничными значениями, отвечающими самому тяжелому режиму — швартовному (/? -*"), и самому легкому — движению свежеокрашенного судна в балласте на тихой воде (R — R_min).

Зависимости (4.93) называются винтовыми характеристиками двигателя. Та из них, которая проходит через точку А (кривая / на рис. 4.25), является номинальной (расчетной). Граничные винтовые характеристики — швартовного режима (кривая II) и движения в балласте (кривая III) — существенно сужают иоле возможной работы ДВС (вертикальная штриховка на рис. 4.25).

В точке А гребной винт при номинальной частоте вращения использует номинальную мощность двигателя — говорят, что в этом случае движитель соответствует механической установке. Эта точка расположена на расчетной винтовой характеристике, и она единственная, где соответствие двигателя и гребного винта имеет место. В более тяжелых, чем расчетные, условиях плавания (левее расчетной винтовой характеристики на рис. 4.25), двигателю не хватает мощности, чтобы вращать винт с номинальной частотой вращения. При этом говорят, что винт гидродинамически тяжелый. Когда сопротивление уменьшается, винтовая характеристика идет ниже расчетной для вращения винта с номинальной частотой требуется мощность, меньшая чем номинальная; винт в этом случае гидродинамически легкий (на практике обычно говорят: просто тяжелый и легкий винт).

И тяжелый и легкий винты не соответствуют механической установке. Общее для них — недоиспользование мощности Р_{$д т} < P_Sh, однако если первый работает по верхней ограничительной характеристике с частотой и_т < п_и, то второй располагается на регуляторной характеристике и у него п_ч > п_п.

Для того чтобы привести тяжелый гребной винт в соответствие с двигателем, надо уменьшить либо его шаговое отношение, либо диаметр. Последний способ наиболее эффективен [см. (4.92)], иногда он используется на практике: винт «облегчают», обрубая его лопасти.

Сложнее обстоит дело в другом случае — ни шаговое отношение P/D, ни диаметр готового винта Д оказавшегося легким, увеличить практически невозможно. Единственный выход из положения — замена движителя.

Соответствие гребного винта и двигателя имеет место лишь в одном режиме — расчетном. Таким образом, выбор последнего при проектировании движителя приобретает весьма важное значение.

В процессе эксплуатации среднее сопротивление всегда выше, чем у свежеокрашенного корпуса на тихой воде. Причины тому — обрастание обшивки и ее коррозия, волнение моря, лед, ветер и т. д. Эти обстоятельства, а также ухудшение поверхности лопастей приводят к утяжелению гребного винта, спроектированного на условия сдаточных испытаний.

Поэтому на практике обычно гребной винт предварительно облегчают. Для этого в качестве расчетного задается режим движения, когда сопротивление несколько выше, чем на тихой воде. Таким образом, обеспечивается некоторый запас мощности, учитывающий условия эксплуатации, отличные от идеальных. Аналогичного облегчения гребного винта можно достичь, повышая на 3—5% расчетную частоту вращения по сравнению с номинальной.

Выбор расчетного режима зависит и от типа двигателя. Если в качестве такого на судне служит турбина или электродвигатель, то предварительно облегчать гребной винт не требуется: обе эти установки позволяют поддерживать номинальную мощность и при оборотах, меньших номинальных.