книги из ГПНТБ / Гительман А.И. Динамика и управление судовых газотурбинных установок

Рис. 59. Заслонка перепуска воздуха с пневматическим сервомотором.

1 — корпус; 2 — уплотнительные полукольца; 3 — диск заслонки; 4 — ручной привод для местного управления; 5 — электропереключатель сигнализации положения; 6 — сервомотор; 7 — резиновые уплотнительные кольца; 8 — кри­ вошип с шатуном регулируемой длины.

ПО

На рис. 63 приведены расчетные характеристики ВРШ судна «Парижская коммуна» при постоянной скорости переднего хода. Характеристики получены по данным круговых диаграмм модели1 (кривых действия) [51 ] с по­

мощью соотношений:

Здесь ре, кгс — тяга, соз­ даваемая винтом; М в, кгс-м — момент винта; р <=« 104 кг-с2/м4 плотность морской воды; яв, об/с — частота вращения винта (гребного вала); DB = 6,3 м— диаметр винта; k y и k 2— без­ размерные коэффициенты упора и момента, определяемые из круговых диаграмм по шаговому отношению HID и относитель­ ной поступи

Характеристики в форме рис. 63 достаточно наглядны; их удобно аппроксимировать аналитическими зависимостями с переменными коэффициентами для набора на блоках моделирующей установки.

Теоретически обосновано [51], что статические характеристики ВРШ, подобные приведенным, сохраняются и в переходных режимах при условии

1 Модель N 1 {HIDK — 0,7),

114

— момента по частоте вращений

/дМ_\

[ dh )v =idem

н = idem

Для наглядности все значения приведены в относительных вели­ чинах:

н ■ ‘ 4

п = - ^ ~ ,

^ВО

4 4 ) /

а)

а а, а, Уг-

Рис. 65. Характеристики взаимного влияния основных параметров ВРШ: а ■ влияние шага.

/ — Л 1 = ^ - при Яр = 0 (vs ~ 0 , пв — 1,0); 2 — то же, при Яр = 0,6 (t's я: 18 уз,

116

ствующих режимам полных ходов, изменение момента винта дости­ гает 5—8% на 1% шагового диапазона. В этой же области изменение тяги связано с изменением момента в 1,5—-2 раза.

Таким образом, изменение момента как на единицу шага, так и на единицу тяги в этой области в 5—10 раз больше, чем в области малых шагов. Эти свойства приобретают большое практическое значение при исследованиях и отработке динамики и управления судовых ГТУ. При ходовых испытаниях «Парижской коммуны» — первого крупнотоннажного газотурбохода с ВРШ — возмущения при быст­ рой перекладке лопастей вызвали ряд трудностей в отработке дина­ мики турбовинтового комплекса. Подробнее эти вопросы будут рас­ смотрены в гл. VIII. Здесь отметим следующее. Обычно для форси­ рования реверса стремятся обеспечить минимальное время пере­ кладки лопастей. При этом большая часть ВРШ имеет примерно равномерную зависимость шага от времени перекладки. Как след­ ствие, изменение момента во времени весьма неравномерно: в обла­ сти малых шагов оно незначительно, а в области больших шагов происходит настолько форсированно, что реальная реакция ГТУ на это возмущение приводит либо к значительным перегрузкам (при увеличении шага), либо к забросу частоты вращения (при уменьше­ нии шага). Именно такие переходные процессы наблюдались на на­ чальном этапе отработки динамики турбовинтовой группы газотур­ бохода «Парижская коммуна» (рис. 66).

Сильные возмущения со стороны винта практически не могут проходить без заметных перегрузок и забросов, даже при высоком качестве системы автоматического регулирования частоты вращения ГТУ. В частности, такие меры, предпринятые при отработке дина­ мики ГТУ-20, как воздействие по производным и замедление отдель­ ных переходных процессов, не исключили полностью отрицательного влияния неравномерного изменения момента в процессе перекладок. Поэтому наиболее перспективным, особенно для ВРШ большой мощ­ ности, является обеспечение переменной скорости перекладки Т Целесообразно, чтобы эта скорость была примерно пропорциональна

величине d-i/dM. Тогда в процессе перекладки будет обеспечена

1 Это можно обеспечить, в частности, применением поршневого (плунжерного) насоса, производительность которого зависит от положения наклонной шайбы. Шайба должна быть соединена с помощью кулака необходимого профиля с деталями, определяющими шаг винта, например, с рейкой обратной связи механизма измене­ ния шага.

117

примерно равномерная скорость изменения момента винта:

и максимальным, которое еще не вызывает опасных реакций ГТУ на возмущение. При автоматическом регулировании скоростного ре­ жима ГТУ поворотом лопастей величина kMв определяется также соображениями устойчивости режима.

Рис. 66. Влияние шага ВРШ на заброс параметров ГТУ (натурные испытания): а — перегрузка по крутящему моменту при затяжелении винта в начальном периоде реверса с полного переднего хода; 6 — заброс частоты вращения гребного вала при облегчении винта в на­ чальном периоде маневра с полного на холостой ход.

Большинство современных ВРШ имеет гидравлический привод для поворота лопастей, в котором используется масло сравнительно высокой вязкости. Благодаря этому производительность объемных насосов (обычно винтовых или шестеренных) при неизменной частоте вращения асинхронного электропривода упрощенно считают постоянной, независимо от давления нагнетания, и, как следствие, скорость перекладки лопастей на всех режимах в динамических рас­ четах принимают неизменной:

где k — постоянный коэффициент.

Фактически же, вследствие неизбежных протечек, увеличиваю­ щихся к тому же в процессе эксплуатации из-за износа уплотнений и уменьшения вязкости масла, характеристика системы сервомотор —

118

насос вместо идеальной линии 1 имеет обычно вид линии 2 (рис. 67).. В частности, при испытании одного из насосов перекладки его про­ изводительность при давлении нагнетания 60 кгс/см2 снижалась, на 40% по сравнению с исходной при 5 кгс/см2. При высоком давле­ нии нагнетания на указанную характеристику насоса сильно влияет температура масла. При стендовых испытаниях ВРШ в диапазоне «полный назад—полный вперед», когда давление масла из-за боль шого сопротивления перекладке достигало 40 кгс/см2, уменьшение температуры масла с 50 до 30° С приводило к сокращению времени перекладки с 75 до 27 с. В диапазоне «полный

же условиях усилие становится минимальным и может быть даже

Таким образом, если в первом случае насос должен создавать максимальное давление, то во втором случае это давление будет близко к нулю. Как следствие, производительность насоса (линия 2 на рис. 67), т. е. скорость перекладки, будет для этих случаев раз­ лична. Поэтому при исследованиях динамики ГТУ, связанных с на­ грузкой на винте, необходимо либо убедиться в правомочности допу­ щения о постоянстве коэффициента k в (197), либо принимать его как функцию ряда переменных, характеризующих усилие поворота лопасти, т. е. давление за насосом, например:

Гидродинамические усилия, возникающие на лопасти и стремя­ щиеся ее развернуть, не только достигают значительных величин, но, кроме того, являются знакопеременными. На рис. 68 приведено изменение крутящего момента, разворачивающего лопасть, при ско­ рости и частоте вращения полного хода. На рис. 68, б даны кривые, соответствующие неустойчивому положению лопастей: при скорости судна, указанной на кривой, область частот вращения и шагов винта, расположенная выше кривой, соответствует стремлению лопастей повернуться в сторону увеличения шага. Область ниже кривой ха­

119