2.3. Ограничительные характеристики на паспортной диаграмме судна
Для выделения области допустимых режимов работы главного двигателя и пропульсивного комплекса в целом на паспортную диаграмму наносится ограничительные (заградительные) характеристики по крутящему моменту главного двигателя Ме и частоте вращения гребного винта (главного двигателя) пс.
2.3.1. Прочность вала (в том числе KB ГД и валопровода) определяется исходя из допускаемых касательных напряжений [τ] величина которых определяется по формуле:
при диаметре вала d, м.
Отсюда следует, чтобы выполнить условие прочности вала, нельзя превышать расчетный крутящий момент Ме.
Для двигателей и валопроводов такой момент соответствует номинальному режиму работы двигателя при Nен = 2πпснМен, откуда:
Двигатель считается перегруженным, если он работает на режиме, превышающем номинальную эффективную мощность Neн, когда крутящий момент Ме или частота вращения вала пс превышают номинальные величины (с индексом «н»).
2.3.2. Для нанесения на паспортную диаграмму ограничительной характеристики для Ne при Мен = const исходя из линейной зависимости изменения мощности Ne = Мен 2πпсн, нужно определить две точки на диаграмме. Одна точка соответствует номинальному режиму Neн и псн, а вторая точка может быть определена для любой частоты вращения пс1 по формуле:
Проводя через эти две точки прямую линию, получаем границу изменения величины эффективной мощности Ne при Мен = const.
2.3.3. Для нанесения ограничительной характеристики по Мен на графике изменения полезной тяги Ре при Мен = const следует полученные расчетные точки ограничительной характеристики для мощности Ne и частоты вращения пс соответственно перенести по вертикали на кривые изменения Ре. Это точки пересечения прямой Ne при Мен = const с линиями псн = const и пс1 = const.
Проводя прямую через эти точки на графике изменения Ре = f2(.v, nс), получаем границу предельной располагаемой тяги, достижимой при данных гребного винта и ГД, для соответствующей скорости движения судна.
Если на диаграмму Ре = f2(.v, nс) нанести кривую сопротивления судна R = f1 (υ), то можно определить частоту вращения гребного винта и соответствующую ей скорость хода судна. При пересечении графика R = f1 (υ) с границей предельной тяги определяется скорость полного хода и соответствующая ей частота вращения гребного винта.
Перенеся полученные точки пересечения кривых сопротивления и тяги при различных частотах вращения гребного винта на диаграмму зависимости Ne = = f3(v, nс), получаем значения требуемой мощности главного двигателя для достижения соответствующей скорости судна и полезной тяги.
Зная границу предельной тяги, и кривую сопротивления судна, можно определить буксировочные возможности судна. Тяга на гаке, которая может быть использована для буксировки объектов, равняется разности между максимальной полезной тягой и величиной сопротивления судна при данной скорости судна. Предельная тяга, равная сумме сопротивления судна и буксируемых объектов, позволяет определить достижимую скорость буксировки и соответствующие им мощность и частоту вращения вала ГД.
Назначать режим работы главного двигателя выше ограничительной характеристики по Мен = const не допускается.
В случае работы двигателя с так называемым легким винтом, например, при ходе судна в балласте, двигатель обычно не развивает номинальной мощности, и режим его работы находится в области ниже ограничительной характеристики по Ме. В этом случае режим нагрузки двигателя ограничивается величиной частоты вращения вала, которая не должна выходить за пределы номинального значения псн.
Заводы-изготовители двигателей обычно предусматривают возможность кратковременного режима работы, двигателей на максимальной мощности, превышающей на 10% номинальную мощность Nemаx = 1,1 Neн [5]. На режиме максимальной мощности, как правило, разрешается непрерывно работать не более одного - двух часов. Исходя из кубической зависимости изменения эффективной мощности двигателя Ne от частоты вращения вала при работе по винтовой характеристике, т.е. Nе = сп3 можно определить предельную частоту вращения вала пс тах при максимальной мощности дизеля (перегрузочный режим работы ГД).
При этом перегрузочном режиме работы двигателя максимальный крутящий момент равен:
Эти значения величин Ne maх и пс тгх можно нанести на паспортную диаграмму в качестве предельных ограничительных характеристик. Методика расчета и построения этих линий на диаграмме Ne = f3(v,nс) и Ре = f2(.v, nс) аналогична ранее приведенной для номинального крутящего момента Meн = const и номинальной частоты вращения псн = const.
При назначении данного режима работы всегда следует помнить, что Правила технической эксплуатации судовых дизелей [9] требуют следующее: «Работа дизеля с перегрузкой допускается в исключительных случаях, связанных с угрозой человеческой жизни или безопасности судна, только по распоряжению капитана».
При работе дизеля с перегрузкой должны быть соблюдены все указания заводской инструкции по эксплуатации в части допускаемых величин превышения мощности и частоты вращения, а также в части продолжительности работы дизеля в этом режиме.