2.Собственные характеристики главного двигателя: внешняя,

частично внешняя, ограничительная, нагрузочная.

В эксплуатационных условиях главные судовые двигатели работают на разных режимах, т. е. развивают различную мощность при различной частоте вращения вала. Изменение режима работы двигателя зависит от навигационных условий, степени загрузки судна и т. д. Для оценки основных показателей работы двигателей при работе на различных режимах пользуются характеристиками, устанавливающими зависимость между основными показателями работы двигателей и факторами, влияющими на режимы их работы. Характеристики, определяющие зависимость того или иного показателя от частоты вращения двигателя, называются скоростными, а для двигателя, работающего на гребной винт, — винтовыми (рис. 61).

Вспомогательные двигатели, приводящие в действие электрические генераторы, работают при постоянной частоте вращения. Характеристики, определяющие зависимость того или иного показателя от степени нагрузки двигателя при постоянной частоте вращения, называются нагрузочными.

Основная скоростная характеристика главного судового дви­гателя, работающего непосредственно на гребной винт, — винтовая (кривая Л на рис. 130).

Она показывает мощность, ис­пользуемую гребным винтом (и одновременно развиваемую двигателем) при различной ча­стоте вращения. При постоянной осадке судна мощность, погло­щаемая гребным винтом, при­близительно пропорциональна третьей степени частоты враще­ния винта или скорости хода судна.

Рис. 61. Скоростные характеристи- ки главного судового дизеля

Внешними характеристиками двигателя называются зависимости между мощностью, развиваемой двигателем, и частотой вращения при данной установке регулирущего устройства топливных насосов. Внешней характеристикой предельных мощностей (кривая 1 на рис. 61) называется кривая мощности, развиваемая двигателем при наибольшей подаче топлива топливными насосами во всем диапазоне рабочих частот вращения.

При работе на режимах, соответствующих внешней характеристике предельных мощностей, наблюдаются неполное сгорание и повышенный расход топлива, нарушение теплового равновесия двигателя. По этой характеристике двигатель работает только при испытаниях на заводском стенде.

Кривая 2 является кривой мощностей, развиваемых при различной частоте вращения в случае доведения регулирующего устройства топливных насосов до уцора. Эту кривую можно назвать внешней характеристикой наибольших мощностей. В эксплуатационных условиях работа по характеристике наибольших мощностей допускается лишь как временная (обыч­но в течение не более 1 ч) и считается перегрузочным ре­жимом. Внешней характеристикой номинальных мощностей (кривая 3) называется кривая наибольших мощностей, которые двига­тель может развивать при эксплуатации в течение неопределенно долгого времени. Кривые 4 и 5 представляют собой внешние характеристики долевых мощностей, соответствующие уменьшенным подачам топлива. Кривые 3, 4 и 5 обычно называются внешними характеристиками эксплуатационных мощностей. Точка а пересечения винтовой характеристики и характеристики номинальных мощностей соответствует номинальному режиму работы двигателя. При частоте вращения, меньшей номинальной, винтовая характеристика проходит ниже внешней характеристики номинальных мощностей.

Для снижения частоты вращения необходимо уменьшить подачу топлива, переходя на одну из характеристик долевых мощностей. При этом двигатель работает с недогрузкой и, следовательно, с повышенным удельным расходом топлива. Так, при частоте вращения, составляющей 85% номинальной, мощность, развиваемая двигателем, составляет лишь 61% номинальной (точка Ь на кривой Л), и двигатель работает по характеристике долевой мощности (кривая 5). Если бы при той же частоте вращения двигатель работал по характеристике 3 (точка с), то он развивал бы 93% номинальной мощности. Отрезок be наглядно показывает степень недогрузки двигателя.

При частоте вращения, выше номинальной винтовая характеристика располагается выше внешней характеристики номинальных мощностей. Это показывает, что мощность, требуемая гребным винтом, превышает номинальную мощность двигателя, т. е. для обеспечения мощности, требуемой винтом, двигатель должен работать с перегрузкой. При перегрузке увеличивается удельный расход топлива, а при продолжительной перегрузке из-за увеличения механических и тепловых напряжений возможна поломка деталей двигателя.

Винтовая характеристика, являясь кубической параболой, идет круто, поэтому даже небольшое увеличение частоты вращения сверх номинальной требует значительного увеличения, мощности двигателя. Допустимое Правилами технической эксплуатации временное (на 1 ч) увеличение частоты вращения на 3% сверх номинальной приводит к возрастанию мощности на 10%. Такой режим требует перехода на. работу по характеристике на­ибольших мощностей (точка d на пересечении кривых А и 2).

При снижении частоты вращения гребного винта происходит стремительное уменьшение мощности двигателя. Так, при частоте вращения, равной 30% номинальной, мощность двигателя составляет 2,7% номинальной. Для многих судовых дизелей этот режим является предельным при котором еще возможна устойчивая работа двигателя. При попытке дальнейшего уменьшения подачи топлива в цилиндры нарушается нормальное течение тепловых процессов и двигатель останавливается. Поэтому для судовых дизелей частота вращения, равная 25—30% номинальной, рассматривается как минимально устойчивая. Невозможность обеспечения меньшей частоты вращения ограничивает маневренные возможности дизельного судна.

Рис. 62. Скоростные характеристи­ки дизеля, работающего на ВРШ

Если сопротивление движению судна увеличится (при ходе против встречного ветра, ходе во льдах, на мелководье, при буксировке другого судна), то мощность, требуемая гребным вин­том при той же частоте вращения, как и при обычных условиях, станет больше. Эта мощность будет характеризоваться новой винтовой характеристикой, имеющей более крутую форму (кривая В, см. рис. 61). В этом случае новая винтовая характеристи пересечется с внешней характе­ристикой номинальных мощностей в точке е, соответствующей частоте вращения, меньшей но­минальной. Соответственно и двигатель будет развивать несколько пониженную мощность. Повышение сопротивления движению судна всегда приводит к автоматическому снижению ча­стоты вращения гребного винта. В этих условиях попытки дове­сти частоту вращения двигателя до номинальной путем увеличения подачи топлива приводят к его перегрузке. Более крутая винтовая характеристика будет также соответствовать случаю установки на судно «гидродинамически тяжелого» винта. При ходе судна в балласте или с сильным недогрузом, а также при наличии «гидродинамически легкого» винта винтовая характеристика имеет более пологую форму (кривая С). В этом случае номинальной частоте вращения соответствует неполная мощность двигателя (точка f). Тогда полная мощность будет получена лишь за счет недопустимого повышения частоты вращения сверх нормальной.

С коростные характеристики, приведенные на рис. 61, относятся к двигателям, работающим на ВФШ. На рис. 62 показаны скоростные характеристики для случая работы двигателя на ВРШ Семейство кривых D является винтовыми характеристиками при различном развороте лопастей ВРШ, т. е. при различном значении шага. Кривая Е представляет собой внешнюю характеристику номинальных мощностей. Из рис. 63 видно, что при ВРШ всегда имеется возможность изменением шага винта привести винтовую характеристику в соответствие с характе­ристикой двигателя. Этим достигается полное использование номинальной мощности двигателя и устраняется опасность пере­грузки. При наличии ВРШ лучше сочетаются характеристики винта и двигателя при всех эксплуатационных режимах.

Рис. 63. Нагрузочные характеристики вспомогательного двигателя

Пример нагрузочных характеристик вспомогательного двигателя, работающего при постоянной частоте вращения, показан на рис. 63. По оси абсцисс откладывается степень нагрузки двигателя по отношению к номинальной мощности, а по оси ординат — тот или иной показатель в своем масштабе.

Мощность, соответствующая механическим потерям, одинакова при всех нагрузках и выражается прямой, параллельной оси абсцисс. Индикаторная и эффективная мощности изображаются также прямыми. При этом прямая эффективной мощности проходит через начало координат, а прямая индикаторной мощности ей параллельна и отстоит от нее на величину, равную мощности механических потерь. Механический к. п. д. при увеличении на­грузки возрастает сначала быстро, а затем более медленно. Эффективный к. п. д. достигает наибольшего значения при нагрузке, близкой к 90% номинальной, и при дальнейшем увеличении нагрузки медленно снижается (из-за увеличения потери от неполноты сгорания). При снижении нагрузки он падает в основном из-за уменьшения механического к. п. д.