Инерционно-тормозные характеристики судна.

Общие сведения об инерционно-тормозных свойствах судна При управлении судном на акватории портов, рейдов, в узкостях, при расхождении в море с другими судами, а также в аварийных ситуациях возникает необходимость в изменении скорости судна. Изменение скорости судна, обладающего большой массой, происходит главным образом под воздействием двух сил: силы упора жвижителя и силы сопротивления воды. При этом масса судна при его ускорении или замедлении (положительном или отрицательном) порождает силу , всегда препятствующую изменению скорости движения.

Способность судна изменять скорость своего движения во времени под совместным влиянием перечисленных сил при различных начальных условиях принято называть инерционно-тормозными характеристиками (ИТХ).

Движение судна в процессе изменения скорости, описывается первым уравнением системы. Для случая прямолинейного движения, при отсутствии ветра и прямом положении руля, когда сила Ax и Ррх несущественны, имеем:

(2.1)

где m_x -масса судна с учётом присоединенной массы воды при движении по оси X

кг;

R - сила сопротивления вода, Н;

- сига упора винта (винтов), Н;

- ускорение

Знак минус перед силой сопротивления указывает на то, что она всегда направлена против движения, а знак плюс перед силой упора пинта означает, что упор направлен вперед, а знак минус - назад.

Произведениемассы на ускорение ,представляет собой силу инерции.

Сила упора изолированного винта (без учета взаимодействия с корпусом) определяется по формуле:

(2.5)

Где - об/с - частота вращения гребного винта;

- диаметр винта, м;

- коэффициент упора винта.

Эта формула дает надежные результаты, когда винт не имеет поступательного движения вперед или назад, однако если движение происходит с изменением скорости, то возникают переходные процессы, существенно влияющие на силу упора, что особенно проявляется в режиме торможения.

Торможение судна.

Под тормозными характеристиками подразумеваются время и путь торможения в зависимости от величины начальной скорости и водоизмещения судна. Торможение бывает пассивным и активным.

Пассивное торможение выполняется при остановленном двигателе, только за счет сопротивления воды движению судна.

Активное торможение обеспечивается за счет реверсирования и создания упора гребного винта на задний ход.

Реверс главного двигателя не может быть выполнен мгновенно, поэтому активному торможению всегда предшествует участок пассивного. Длительность периодов активного и пассивного торможения зависит от типа пропульсивного комплекса двигатель — движитель. В качестве главных двигателей наиболее часто используют: двигатели внутренего сгорания (ДВС), турбозубчатые агрегаты (ТЗА) и гребные электродвигатели (ГЭД). В качестве движителей используются: винты фиксированного шага (ВФШ) и винты регулируемого шага, которые образуют пропулъсивные комплексы: ДВС - ВФШ, ТЗА - ВФШ, ГЭД - ВФШ, а также любой двигатель — ВРШ.

Реверсивние ДВС - ВРШ.

На большинстве теплоходов установлены низкооборотные ДВС, напрямую связанные с гребным валом. Для выполнения реверса сначала закрывается подача топлива на ДВС. Когда обороты снизятся, из пусковых баллонов в цилиндры подается сжатый воздух, который проворачивает двигатель в обратном направлении, после этого впрыскивается топливо и происходит запуск двигателя на топливе.

Для этого комплекса характерен замедленный реверс при торможении с полного переднего хода. Это объясняется тем, что давление контрвоздуха обычно недостаточно для преодоления момента, приложенного к винту со стороны набегающего потока воды и работающего в режиме гидротурбины. Для уверенного запуска ДВС необходимо, чтобы обороты винта, вращающегося в режиме гидротурбины, снизились до значения 25 - 35% от оборотов полного переднего хода, что будет соответствовать 60 - 70% снижению скорости судна от полного переднего хода. При этом судно длительное время движется по инерции.

Если же торможение выполняется при пониженной скорости, то реверс выполняется быстро за 10 - 15 с и путь торможения резко сокращается.

Реверсирование ТЗА - ВФШ

Для реверсирования на турбоходах используется турбина заднего хода, мощность которой составляет примерно 50% от мощности турбины переднего хода. Обе турбины имеют общий вал.

Для выполнения реверса, сначала перекрывают пар на турбину переднего хода, затем открывают пар на сопла турбины заднего хода. Поскольку ротор турбины вращается с высокой частотой (несколько тысяч об/мин.), то его остановка с помощью турбины заднего хода не может быть выполнена мгновенно. Тем не менее, реверс турбины с полного переднего хода выполняется быстрее, чем на теплоходах, однако упор винта на задний ход у них невелик. Поэтому, при малых скоростях тормозные характеристики турбоходов значительно хуже, чем на теплоходах.

Реверсирование ГЭД - ВФШ

Существуют различные типы электроприводов на постоянном и переменном токе.

Судовые энергетические установки обычно состоят из нескольких дизель - или турбогенераторов, питающие гребные электродвигатели, что позволяет оперативно варьировать мощностями, в зависимости от условий работы судна, например, на многовинтовых ледоколах. Реверсирование электродвигателей осуществляется коммутированием питающего напряжения. Тормозные характеристики электроходов несколько лучше, чем у теплоходов.

Реверсирование ВРШ

Изменение направления упора ВРШ происходит в результате поворота лопастей винта без изменения направления вращения двигателя и без снижения частоты вращения. Скорость реверсирования ВРШ зависит от скорости срабатывания привода поворота лопастей. Приводы современных ВРШ позволяют изменить шаг винта с полного переднего на полный задний ход за 5 - 10 с, что обеспечивает резкое уменьшение тормозного пути и времени. Суда, оборудованные ВРШ с такими приводами, обладают наилучшими реверсивными характеристиками.

В общем случае процесс торможения принято делить на три периода. Первый период - прохождение команды до момента закрытия топлива на ДВС, пара на ТЗА или выключения литания на ГЭД. Он составляет примерно 5 с. Второй период - пассивное торможение длится с момент прекращения подачи топлива (пара) на двигатель, до момента реверса.

Третий период - активное торможение длится с момента реверса до момента полной остановки судна или снижения скорости до заданного значения.