книги из ГПНТБ / Эпельман Т.Е. Судовые теплоэнергетические установки и их оборудование учеб. пособие

й т. д. Во многих случаях, однако, более удобны не абсолютные, а относительные значения величин (с черточкой над обозначением величины). При этом номинальные значения рассматриваемых ве­ личин принимаются равными единице (или 100%), а остальные пред­ ставляются отношениями их к номинальному значению. Например, относительное номинальное значение относительной поступи Хрн = 1, относительное номинальное значение коэффициента момента k2u = 1, относительное значение коэффициента упора klH — 1, относитель-

Значения коэффициентов k1 и k2 при одинаковых Хр зависят от геометрических параметров винта: шагового HID и дискового AIAd отношений, числа z лопастей винта и «расчетного режима», т. е. от абсолютного значения Хр, принятого в качестве номинального. Обычно расчетное значение Хр выбирают в области наибольших зна­ чений к. п. д. винта.

При расчете винтов зависимости k± = f (Хр) и k2 = f (кр) пред­ ставляют графически, что удобно для последующего их использо­

На рис. 204, а приведены в относительных координатах мощностные характеристики гребного винта N = f (я) при разных по­ стоянных значениях Хр. Характеристика, проходящая через точку А с координатами n = 1 и JV = 1, является номинальной мощностной характеристикой (Хр = 1).

3 10

в случае постоянных значений относительной поступи Кр, при изу­ чении режимов работы энергетической установки важную роль

чаях, когда при одинаковой скорости судна гребные винты должны развивать большие или меньшие упоры, чем при работе по номиналь­

выбранного расчетного режима и элементов гребного винта. Это обусловливается зависимостью от указанных факторов значений kx

иk2.

Семейства кривых kxn2 — f (Кр) и ktn2 = / (кр) (рис. 205) позво­ ляют решать многие задачи, возникающие при проектировании и эксплуатации судовой энергетической установки.

Например, пусть по какой-либо причине полное сопротивление воды движению судна со скоростью v увеличилось в v раз. Требуется определить:

а) новое значение относительной поступи гребного винта; б) во сколько раз нужно увеличить крутящий момент винта,

к винту, для сохранения скорости v.

Задача может быть решена по следующей схеме (в порядке по­

311

а)

Рис. 205. Характер кривых относительных упора и момента

соответствует значение относительной частоты вращения пс, а зна­ чению Хр = 1 и скорости v значение п. Отношение njn является искомым;

личение мощности, необходимое для сохранения скорости v. ,

Утяжеление винтовых характеристик в эксплуатации. В реальных условиях эксплуатации судна значение относительной поступи гребного винта по многим причинам изменяется (прием или сдача груза, обрастание корпуса, буксирование воза и т. п.), вследствие

312

чего изменяются и винтовые характеристики. Они «утяжеляются», если Кр уменьшается, или «облегчаются», если Кр увеличивается. Это приводит к изменению режима работы главного двигателя и

313

Мощность, соответствующая режиму работь! на утяжеленной характеристике при некоторой частоте вращения пх, таким образом,

Определим частоту вращения п\ и мощность N[ при работе на утяжеленной характеристике, и сохранении номинального крутя­ щего момента М{ = М н н (точка d, рис. 206). На основании (112) и (113)

м[

Момент при частоте вращения п х на номинальной характеристике

M l H = M H H ( ^ ) 2 =M H H n?

и, следовательно,

M i = k2MHHnl.

При равенстве моментов Mi = Мнн будем иметь

"х Vf2 '

Мощность при этом

Таким образом, мощность при работе с номинальным моментом на утяжеленной характеристике меньше номинальной мощности. При облегченной характеристике для обеспечения такого же крутя­ щего момента потребовалась бы мощность больше номинальной,

314

Найдем частоту вращения. п2 и крутящий момент М2 при работе на утяжеленной характеристике и сохранении номинальной мощ­ ности N2 — NHH (точка е, рис. 206). Из соотношения (112)

при S = const

N=1,0

при 5 = const

Мощность на номинальной характеристике при частоте враще­ ния п2

315

Из этого следует, что при одинаковых мощностях крутящий мо­ мент при работе на утяжеленной характеристике больше номиналь­ ного. При облегченной характеристике той же мощности соответст­ вует меньший крутящий момент.

(kp < 1) сохранение М = 1_приводит к недогрузке двигателя по мощности, а при сохранении N — 1 крутящий момент на валу может превзойти допускаемый. При наличии всережимного регулятора и установке органа его управления в положение, соответствующее номинальному режиму дизеля, предельная частота вращения по облегченной^ характеристике будет равна пр, момент Мр < 1 и мощность Np < 1.

Условия совместной работы турбины и винта в различных усло­ виях плавания судна с ПТУ показаны на рис. 208. Из рисунка видно, что турбина при уменьшении частоты вращения вала и неизменном расходе пара G = const увеличивает крутящий момент, т. е. обла-

316

дает свойством саморегулирования. Это повышает маневренность установки в сравнении с маневренностью ДУ .

Рисунок 209, а иллюстрирует способность установки с электро­ передачей на постоянном токе к саморегулированию крутящего момента. При уменьшении частоты вращения вала вследствие тор­ можения (например, при плавании в ледовых условиях) крутящий момент на валу гребного электродвигателя значительно увеличи­ вается (кривые / и 2), что способствует преодолению торможения.

вращения, при которых двигатель должен развивать мощность, пре­ вышающую номинальную.

На рис. 209, б представлена зависимость М = f (п) в установке с синхронными гребными электродвигателями. Во избежание пе­ регрузки двигателя при утяжелении характеристики необходимо уменьшить частоту вращения двигателя до пь < 1, при которой крутящий момент двигателя равен номинальному. Развиваемая при этом мощность будет уменьшена пропорционально уменьшению

Работа главных двигателей на швартовах

Работа установки на швартовах, т. е. при Хр = 0, является частным случаем работы по утяжеленной характеристике. Так как при Кр = 0 винтовая характеристика двигателя протекает круче, чем при других возможных значениях относительной поступи (см. рис. 204), то предельно допустимые значения мощности Nw и частоты вращения пш на швартовном режиме значительно отлича­ ются от номинальных. В установках с винтами фиксированного шага значения наибольших допустимых мощности и частоты вращения вала двигателя на швартовах могут быть определены из выражения (114), если вместо произвольной винтовой характеристики Х'р принять швартовную винтовую характеристику Кр — 0. Ограничивая кру­ тящий момент его номинальным значением, в соответствии с (114) получим

тоты вращения меньше номинального, допускаемые мощность и частота вращения на швартовном режиме оказываются ниже, чем по формуле (116), и могут быть найдены по точке пересечения швар­ товной характеристики Хр = 0 с ограничительной характеристикой двигателя.

В эксплуатации режимы, близкие к режиму на швартовах, воз­ никают при трогании и разгоне судна, при буксировании тяжелого

317

воза и других обстоятельствах, значительно утяжеляющих винтовую характеристику.

При постройке судна режимы работы на швартовах используются для проверки исправности и регулировки элементов установки.

В установках с винтами фиксированного шага невозможно по­ лучить на швартовах номинальную мощность при номинальной частоте вращения главного двигателя без применения специальных устройств или мероприятий, облегчающих винтовую характеристику. Таким устройством может служить специальная кольцевая насадка на винт, уменьшающая его активный диаметр. Мероприятиями, разгружающими винт, являются подача сжатого воздуха в район действия винта, уменьшение осадки судна кормой, частичное ого­ ление лопастей винта и др.

Предельно допустимая частота вращения двигателя на швартовах может ограничиваться также упором Рш, создаваемым винтом, во избежание перегрева упорных подшипников судового валопровода.

Так как

= £1шР"ш £4 ;

В качестве предельно допустимой частоты вращения на швар­

Одним из важных вопросов является определение предельно допустимой мощности и частоты вращения главных дви­ гателей в случае вывода из действия одного или нескольких винтов в многовальной установке.' При этом следует учесть, что при выводе из действия одного винта (например, в двухвальной установке) сопротивление воды движению судна, приходившееся на каждый

318

из двух работающих винтов, увеличится более чем вдвое, так как к сопротивлению корпуса судна прибавится сопротивление свободно вращающегося или застопоренного гребного винта АРВ и сопротив­ ление отклоненного пера руля АРр. В общем случае, если в уста­ новке г винтов, из которых / выведено из действия, суммарный эффек­

сутяжеленной характеристикой винта 2.

Удизелей, форсированных по наддуву, ограничительная характе­ ристика 4 является крутопадающей, что обусловливает значитель­ ное уменьшение развиваемой двигателем мощности и частоты вра­ щения. Через точку С проходит частичная характеристика двига­ теля 6.

§ 63

Работа главных двигателей при буксировании судном воза

Буксирование воза, т. е. буксирование другого судна, баржи, плавучего крана, плота и т. п., является либо спе­ циальным (для буксирных судов), либо случайным (для транспорт­ ных судов) режимом работы судна. В первом случае нагрузка дви­ гателя при буксировании учитывается еще в процессе проектирова­ ния энергетической установки. Во втором случае при буксировании тяжелого воза режим работы гребного винта, а следовательно, и двигателя может значительно утяжелиться, что вызывает необхо­ димость перевода двигателя на работу по частичной характеристике и ограничения частоты вращения.

Пусть на рис. 211 кривая R = f (v) — сопротивление воды дви­ жению судна без воза, кривая Z — f (v) — сопротивление воды

319