3. Определение приведенного момента инерции

В формулу (6) для определения постоянной времени входит приведенный момент инерции J, который должен учитывать инерционные свойства подвижных узлов и деталей собственно двигателя, приводимых им в действие масс навешенных механизмов, маховика, редуктора, валопровода, гребного винта и присоединенной к нему массы морской воды.

В высоко- и среднеоборотных двигателях обычно пренебрегают силами тяжести деталей движения ввиду их незначительной величины по сравнению с другими действующими силами; в малооборотных двигателях силы тяжести, как правило, следует учитывать.

Основные силы, действующие в КШМ, являются силы давления газов и силы инерции движущихся масс. Силы инерции определяются массами движущихся деталей, ходом поршня и частотой вращения двигателя.

Согласно исходному варианту двигателя:

• диаметр цилиндра D = 66 см

• ход поршня S = 140 см

• число цилиндров двигателя i = 6

Определим коэффициент для крейцкопфных двигателей, из опыта установлено, что для двигателей внутреннего сгорания отношение лежит в пределах 0,6–0,9.

(7)

Момент инерции КШМ одного цилиндра равен:

(8)

Момент инерции собственно двигателя определяется следующим образом:

(9)

где i – число цилиндров двигателя.

Окончательно, с учетом всех остальных компонент пропульсивной энергетической установки судна, будем считать, что приведенный момент инерции в совокупности с ними составит величину:

(10)

где – коэффициент кратности единиц измерения, м/см

– коэффициент перевода момента инерции из технической системы единиц измерений в систему СИ.

3. Определение приведенного момента инерции

Каждый режим работы двигателя характеризуется совокупностью многих параметров, отражающих те или иные свойства. К числу таких параметров можно отнести:

N_e – эффективную мощность; М – крутящий момент; ω – угловую скорость коленчатого вала; р_к – давление наддува; g_e – эффективный удельный расход топлива; Т – температуру охлаждающей воды; α – коэффициент избытка воздуха; η_е – эффективный КПД; h – положение рейки топливного насоса (органа управления); ψ – положение рычага управления автоматическим регулятором и др.

Режим работы двигателя называется установившимся, если числовые значения всех названных (и многих других) параметров двигателя сохраняются постоянными во времени.

В некоторых случаях двигателю приходится работать при самой малой частоте вращения вала. При этом скоростной режим должен быть таким, чтобы двигатель работал устойчиво. Если снизить угловую скорость вала ниже допустимого минимального предела ω_min , то появятся перебои в работе, в результате чего двигатель может самопроизвольно остановиться.

Анализ режимов работы пропульсивного комплекса, обеспечивающего движение судну, и расчёт динамических характеристик ГД производится на основе статических энергетических характеристик этого комплекса.

Статические характеристики зависимости мощности (момента) сопротивления вращения гребного винта от частоты вращения вала двигателя называются винтовыми характеристиками:

(11)

Расчёт винтовых характеристик производят для 5-ти фиксированных значений параметра с, равных 0,6с_н, 0,8с_н, с_н, 1,2с_н, 1,4с_н. При этом честоту вращения вала n следует варьировать в диапазоне . Статическая характеристика при называется номинальной винтовой характеристикой.

Паспортные данные двигателя позволяют, вычислить для номинального режима номинальное значение фазовой переменной внешнего возмущающего воздействия с_н :

(12)

где N_ен и n_н – номинальные значения эффективной мощности и частоты.

Под статической характеристикой двигателя N_e (n,h₀) понимают зависимость развиваемой им эффективной мощности N_e от частоты вращения n вала в установившихся режимах работы при некотором фиксированном положении h₀ топливорегулирующего органа.

Для построения статических характеристик двигателя воспользуемся эмпирической формулой:

(13)

где – заданное, долевое, безразмерное значение мощности относительно номинала;

– соответствующее абсолютное значение эффективной мощности двигателя для скоростного режима его работы, когда n = n_зх ;

– частота вращения вала, удовлетворяющая долевому значению μ нагрузки двигателя, иначе, заданный ход судна при работе по некоторой винтовой характеристике.

Каждому из значений μ в уравнении (13) должно быть сопоставлено некоторое значение n_зх.

В качестве опорных режимов зададим нормативно назначаемый ряд нагрузок двигателя при проведении ходовых испытаний силовой установки судна, для которых μ составляет: 0,095; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,1.

Совокупность построенных винтовых характеристик представлена на рисунке.

Рис. 3. Внешние и частичные характеристики эффективной мощности главного двигателя и характеристики гребного ВФШ

Определим для каждой статической характеристики двигателя соответствующий индекс топливоподачи h.

Таблица 2. Индексы топливоподачи для соответствующих статических