книги из ГПНТБ / Соловьев Б.И. Теплотехнические испытания и эксплуатация судовых дизелей

на 3% сверх номинальной

приводит к повышению мощности на

10%, т. е. к перегрузочному

режиму .

П р и работе по винтовой

характеристике скорость судна пропор­

циональна

частоте в р а щ е н и я

главного двигателя, т. е.

"1

График

этой зависимости

представляет собой прямую линию,

мерена скорость судна и частота

в р а щ е н и я

двигателя .

К р у т я щ и е

моменты и средние эффективные

д а в л е н и я

зависят от

частоты

в р а щ е н и я :

тойчивых. Величина ;гм „„ определяет н и ж н ю ю границу

эксплуата ­

ционных р е ж и м о в винтовой характеристики и является

основным

показателем р е ж и м о в малого хода.

ничена полем абевга (см. рис.

1). Н а всех остальных р е ж и м а х бу­

дет значительная недогрузка

двигателя, что отрицательно влияет

товой характеристики с внешней характеристикой

номинальной

мощности является точкой номинальной мощности.

М и н и м а л ь н о устойчивая нагрузка

судового

двигателя,

работа ­

ющего

при

n = c o n s t ,

составляет

N~

(0,20-j-0,25)Л^н о м

(поле

бдвкаб

на рис. 1).

На

стендовых

испытаниях

снимаются

винтовые

характери ­

стики

работы двигателя,

соответствующие

кубической

зависимо­

сти. В

эксплуатации

эта

зависимость

несколько

нарушается,

так

к а к скольжение винта при уменьшении частоты

в р а щ е н и я

увели­

чивается . Поэтому

винтовая

характеристика,

построенная

по

ре­

з у л ь т а т а м

ходовых

испытаний,

более

точно

о т р а ж а е т зависимость

мощности

от

частоты

в р а щ е н и я

с учетом

работы

винта . Н о ходо­

вые испытания обычно проводятся в

балласте, сопротивление

во­

ды д в и ж е н и ю судна незначительно,

отчего

двигатель

р а б о т а е т с

недогрузом,

легко

р а з в и в а е т номинальную

частоту

вращения,

т..е.

р а б о т а е т

по

облегченной

винтовой

характеристике . Основная

вин­

т о в а я

характеристика, по которой,

двигатель

работает

во

время

эксплуатационных

переходов

судна

в

грузу, может быть построе­

на только на основании результатов теплотехнических

испытаний,

проводимых при полной грузовой осадке .

Нагрузочные характеристики. Это

характеристики,

у

которых

за независимое переменное выбрана нагрузка

(мощность,

крутя ­

щий момент, среднее эффективное или среднее

индикаторное д а в ­

ление,

удельный

расход

т о п л и в а ) . Зависимыми

величинами

я в л я ­

ются любые другие

(по выбору)

п а р а м е т р ы

работы двигателя . Н а ­

грузочные

характеристики

снимают

при

разных подачах

топлива,

и оптимальных углах начала подачи топлива,

но при

постоянной

частоте

вращения — обычно

д л я

вспомогательных

двига­

телей,

р а б о т а ю щ и х

на

генера­

тор (рис. 3) .

Нагрузочная

характеристи­

ка

дизель-генераторов

выра­

ж а е т зависимость

часового

и

удельного

расхода

топлива,

температуры

отходящих

газов,

положения

топливной

рукоят­

ки,

значений

рг

и

рс

от

эф ­

фективной

мощности

двигате­

ля

или

мощности

генератора.

В эксплуатадии для опре­

деления

мощности

судовых

двигателей,

которые

не

имеют

индикаторного привода,

поль­

110 НагрузкаХ

зуются

косвенным

способом,

используя

совмещенные

гра­

Рис.

б.

Нагрузочные

характеристики:

фики серий нагрузочных ха­

вспомогательного

двигателя

«Бурмей-

рактеристик,

снятых

на

стенде

стер

и Вайн»

625МТВ'Н40

фирмы

при

разных

скоростных

режи­

«Хитачи»

мах. Например, по замеренной

на судне величине отношения часового

расхода топлива

к

часто ­

те в р а щ е н и я и используя совмещенные нагрузочные

х а р а к т е р и ­

стики,

определяется

среднее

эффективное давление .

По

ф о р м у л е

Л'е =Среп

можмо

определить "эффективную

мощность

двигателя .

Ходовые характеристики. Ходовой характеристикой судна на­

зывается зависимость,

с в я з ы в а ю щ а я

мощность

главного

двигателя

jV;

, частоту

вращения

гребного

винта п, скорость v

и

посадку Т

мости от режимов работы двигателя . Определение

составляющих

ходовой характеристики

и ее построение я в л я ю т с я одной из г л а в н ы х

'задач теплотехнических испытаний. Вид

ходовой

характеристики

Nt —f(n,

и, Т)

определяется р а з м е р а м и

и состоянием

гребного-

винта,

корпуса,

работой

двигателя

и

гидрометеорологическими

условиями . Всякое изменение этих

элементов (винта,

корпуса и-

пытания проводятся только при

удовлетворительном их состоянии.

Испытания д л я определения

составляющих

ходовой х а р а к т е р и ­

стики проводят при переходе судна

в грузу д л я

нескольких

осадок

и при ходе в балласте с различной

нагрузкой двигателя —

р е ж и м -

я ы е опыты при

100, 75, 50, 25, 110% номинальной

мощности двига­

т е л я .

Ходовые характеристики судна могут быть построены

или

не­

посредственно по

полученным

опытным

значениям

/V f J

п, v,

Т,

ил и расчетным путем с использованием данных теплотехнических

испытаний

(так

как чащ е всего

суда испытываются

во время

экс­

плуатационны х рейсов, когда невозможно установить

несколько

грузовых осадок и режимны е опыты с одинаковой частотой

вра­

щени я гребного винта) .

Н и ж е

рассмотрены

способы

построения

ходовой

характери ­

стики .

Первый

способ

применяется, когда испытания

проведены

в полном

объеме

<в грузу на двух-трех осадках и в балласте на одной осадке). Ходовую

харак­

теристику

в

этом

случае

находят следующим

образом. По

результатам

испы-

•

таннй

строят

два

вспомогательных

м.лс.

графика зависимости Ni=f(n)

и v=

=f(n)

для

каждой

осадки

судна,

£000

После этого строят зависимости Ni =

5500

—f(v)—также

для

каждой

осад­

7

~

ки,— на

которые

наносятся точки

с

Тгр=

Г

S000

одинаковой

частотой

вращения

nlt

«2,..,, п„, снимаемые

с

зависимости

МЖ

v=f(n).

Точки,

соответствующие

У

У

равным

значениям

частоты вращения

4№0\

на

каждой

осадке,

соединяются

прямыми, называемыми

линиями

рав­

J500

ных

частот

вращения.

Полученная

=5,5м

графическая

зависимость

Ni=f(v,

п,

3000

Т)

будет представлять

собой

ходо­

вую

характеристику судна

(рис. 4).

2500.

Второй способ

применяется

тогда,

13

it

15

15 v, узлы

когда двигатель испытывался

на ре­

12

Рис. 4. Ходовая

характеристика

жимных опытах

при

одной

осадке

судна.

Методика

расчета

и

по­

строения

ходовой

характеристики

J35, 67]

приводятся

на

примере теплохода

«Путятин»

типа

«Беломорсклес».

да=0,165 •0х \^^-ту^- =0,165-0,695 \ f •

V9330

=0,2485,

4,5

где х — число винтов

(при одном винте *=il).,

2.

Коэффициент

попутного потока

по Тейлору

для одновинтового судна

и»=0,56—0,1 = 0,5 • 0,695—0,1 =0,247

(для двухвинтового

судна ш = 0,56—^0,16).

Принимаем ш =0,248.

3.

По данным

теплотехнических

испытаний

судна в грузу

составляем

табл.

2. Для полученных при испытаниях значений

v/n определяем

скольжение

Н о м е р

t и.л.с.

п, об!мин

v, у з л ы

опыта

1

5665

128

16,6

0,11220

0,310

2

5673

130,5

15,7

0,1203

0,320

3

4Ш0

1.16

14,55

0,1264

0,29-2

4

2966

103,5

13,1

0,1265

0,286

5

6695

129

16,7

0,1617

0,313

—

=

1 ^

= ± Z | _ =0,177(1—5).

п

30,8

/,

g 24g\

5,65

4,1

у

• >

винта при данном

скольжении, к мощности, Необходимой для вращения с тем

же числом оборотов при скольжении, равным нулю) достаточно -найти для

скольжений: s=0,75; s=0,50; 5=0,26..

5. Определяем значение v/n для принятых величин s:

при s=0,75

и/ге=0,177(1—0,75) =0,0443;

при s=0,50

o/n=0,177(l—0,50) =0,0884;

при s=0,25

о/я=ОЛ'7Т01—0,25) =0ДВ27.

6. Подсчитываем коэффициент К'г

для скольжений

s,

равных

0,75; 0,50;

0,25 по формуле

(формула применима

для четырехлопастных

винтов

с 0=0,4---

-г0,7 и шаговым

отношением HjDB =0[8-fiI,5)

/С2=1+0.6*+в(в— * ) ( 2 ' 0 8 — - ^ r )

•

Коэффициенты а и b выбираем из табл. 3.

ОМ

0,0В ОМ

0J0 0,12 v

2000 3000 Ш0 5000 Nlt

и пс

ъ

Рис. 6.

Второй

вспомогатель­

Рис.

5. Первый

вспомогатель­

ный график

ный

график

Т а б л и ц а -1

Данные

для построения второго вспомогательного

графика

(см. рис. 6)

Д а н н ы е для п о с т р о е ­

ния

нижней

кривой,

второго гсполгога-

П о р я д ­

тельного графика

1

л 3

,-Nw

ковый

•а,

и. л. с.

п

C J V 1 0 '

н о м е р об'мин.

узлы

к

101

Nl

с н и ­

- "i

опыта

3

(прини­

мается

маем)

со 2-го

г р а ф и ­

ка

0

1

2

3

4

5

6

7

s

9

10

11

1.

128

15,6

5666

0,1220

1,925

209,5

28,1

14,60

6О00

13,74

437

2

100,5

16,7

5873

0,1203

1,954

222

25,5

13,00

5000

13,78

363

3

146

14,55

4070

0,1254

1,87ft

166

26,1

13,96

4000

13,97

287

4

103,5

13,1

2966

0,1265

1,852

1М

26,7

14,40

3000

14,42

' 208

5

129

15,7

5695

0,1017

1,930

216

26,5

13,74

2000

16,31

1-31

Т а б л и ц а 5

Сводные

данные

для построения

ходовой характеристики

Скорость

v при

N.

п3

К,

Л'•10' нз второго

•10' -х,

V

xN-W

10«

вспомогательного

10'-д-,

, равном:

графика

10"

0,12

0,123

0,127

5> и

1

•9

10

11

12

13

14

135

246

16,2

16,6

17,14

482

470

454

13,72

13,73

13.73

6620

6450

6240

130

2Ю,7

15,6

16,0

1.6,50

4-30

410

406

13,74 13,74 13,74 59*20 5770

5580

125

195,3

15,0

15,4

15,86

383

373

361

13,75

13,76

13,78

5270

5130

4970

120

172,8

14,4

14,76

15,24

339

330

319

13,82

13,84

13,86

4680

4570

4420

116

162,1

13,8

14,15

14,60

298

294

231

13,93

13,95

14,00

4450

4060

3930

110

133,1!

13,2

13,54

13,98

261

252

245

14,08

14,13

14,17

3670'

3560,

3470

105

115,8

1-2,6

12,93

13,35

227

221

213

14,28

14,32

!4,38

3240

3170

3060

100

100

112,0

12,30

1.2.70

196

191

184,5 14,52

14,57

14,64

2950

2780

2700

10. Строим

второй

вспомогательный

график (рис. 6). По значениям

граф 3

и 8

строим

кривую

зависимости

xN • 104 =f(A'j)

(верхняя кривая)

п по значе-

ilil. Для трех

выбранных величин

v/ii,

которые

охватывают

весь

интервал

опытных данных,

подсчитываем скорости

v при частоте

вращения

от 135 до

100 об/мин. через каждые 5 об/мин

и заносим в табл. 5.

КГ2 для трех

il2. Из первого вспомогательного' графика определяем

выбран-

ных значении v/ii

и подсчитываем

—-—ттгг-для принятых

частот

вращения от

135 до 100 об/мин.

Полученные значения

заносим

в табл. 5 в графы 6, 7, 8.

13. Из второго

вспомогательного

графика по

значениям-

п3

A's

• 10*

взятым из граф 6, 7, 8 табл. 5, находим величины xN-\0*

и заносим

их

соот­

ветственно в графы 9, 10 и 11 табл. 5.

114. Перемножаем величины соответственно в

графах

6, 7, 8 на

величины

граф 9, 10, 11 и полученные результаты

вписываем

в графы 12, 13, 14 табл. 5.

Это будут искомые мощности N[

для

построения

ходовой

характеристики

Ni=f(v,n,T).

Значения

можно было бы непосредственно

получить с нижней

кривой

(ом рис. 6), однако точность при этом была бы недостаточной.

15. Строим линии равных оборотов

(ом. .рис. 4), данные для которых

берем

из соответствующих граф табл. 5. Для каждого

выбранного значения

частоты

вращения наносим по три точки,

координаты которых — вкорости

из граф 3, 4,

б и мощности нз граф 12, 13, 14 при

соответствующих

значениях

vjn.

Эти

точки соединяем прямой, получаются линии равных частот вращения

от 135 до

100 об/мин.

46. В соответствии с табл. 2 на полученный

график

(ом. рис. 4)

наносим

опытные точки зависимости скорости

и мощности,

через которые

проводим кри-

вую. Это и будет

ходовая характеристика при осадке Г , р = 7 м, построенная на

основании опытных данных.

Аналогично, по данным испытании судна в балласте, строится кривая зави­

симости Nt =f(v,

п, Т).

(17. Для определения ходовой характеристики судна

при осадке Го, несколь­

ко отличной от грузовой 77р, и когда

винт не выходит

из воды

(или для грубо

приближенного определения ходовой

характеристики для судна в полугрузу или

в балласте), произвольно взятые ординаты полученной

ходовой

характеристики

для судна в грузу

(см. рис. 4) умножают на величину

То \ 2 < 1 - « )

В нашем примере для осадки судна в балласте при Ти=3,5

м эта величина

будет равна

^ _ Р * > в

( 3 ^ - 0 , 6 9 5 ) = 0 i 5 o , 1 = 0 i 6 5 5 2

Точность ее построения проверяется путем нанесения на график-

опытных

точек, полученных в балластном

переходе.

Третий способ

— ходовая .характеристика строится

расчетным путем

по эле­

ний. Рассмотрим пример построения ходовой

характеристики

для

теплохода

«Путятин» типа «Беломорсклес» с главным двигателем

«Бурмейстер и

ВаГтн»

типа 562VT2BF140 [71].

И с х о д н ы е д а н н ы е с у д н а :

Длина

между

перпендикулярами

1=115 м

Объемное

водоизмещение

. . .

. .

.

V=9330 ж3

Коэффициент

полноты

водоизмещения

. . .

.

6=0,695

Диаметр

винта

D"

=4,5 м

Шаг

винта

Я=4,1 м

Шаговое

отношение

HjDD

=0,911

Число

винтов

Л'=1

Т а б л и ц а 6

Результаты

режимных опытов теплотехнических испытании

при

средней

осадке судна 7

м

О б о з ­

Р а з ­

Опыты

Показатели

наче ­

м е р ­

ние

ность

1

2

3

4

5

Частота

вращения

гребного

вин­

п

об/лсин

та

судна

'.

№ 130,5

116

103,5

1129

Скорость

V •

узлы

16,6

16,7 14,55

'

1Й,1|

16,7

Индикаторная

'мощность

глав-

и.л.с.

5665

4070

2966

5696

Механический

к. п. д. гребной

—

0,84

—

—'

Под механическим

к. п. д. гребной

установки т]м .г.у

понимается

произведе­

ние механического к. п. д. главного

двигателя

при номинальной мощности т|м

4,5

0,70

=0,135;

30,9(1—да)

30,9(1-0,2444)

DB XJ-2

4,5-0.50

=0,0964;

3 0 , 9 ( 1 — 3 0 , 9 ( 1 - 0 , 2 4 4 4 )

> '

1 _

2 ^ D - 3

о т а ? -

2 - З Л 4 - 1 ^ 5 5 - 0 ' 1 5 2

- U 1 5 - 1 0 - '

75-60

3 , =

2 Т ^-.5

2-3,14.102,5.4,5^.0,176

^ . ц - з

•>-

75-603

2

75-603

О 0,1 0.2

0,3 ОЛ 0,5

0,6

0,7

0,8

0,9 1,0 1,1

1,2 1,3 /,4

» . у»

Рис. 7.

Диаграмма!

К г = / ( ^ р )

для гребных винтов

(г = 4;

0=4;

К

DHn

)