Kamkin_-_Expluatatsia_sudovykh_dizeley_-_1990

N g , к В т

5 0 0 0

m o

зооо

Ре,Ма IP

РгЛ №

68

151

пературы газов t T и крышки /т<р, возрастает коэффициент продувки фа и сохраняется коэффициент избытка воздуха а.

(линия 1 на рис. 4.12). В дизелях с турбонаддувом из-за снижения давления ps и заряда воздуха на пониженных скоростных режимах для сохранения значения коэффициента а требуется уменьшение по­ дачи топлива и момента М е (линии 2, 3). Давление ps используется также в качестве задающего параметра ограничения подачи топли­ ва в механизме ограничения нагрузки регулятора (так называемое ограничение по давлению наддува).

Задача использования ограничительных характеристик в экс­ плуатации при выборе режима работы не представляет трудностей. В установках с автоматизированным дистанционным управлением этот процесс осуществляется автоматически регулятором скорости,

h a (п) путем воздействия на шаг винта.

Однако программные ограничения, заложенные в системах дис­ танционного автоматизированного управления (ДАУ), не всегда удовлетворяют условиям эксплуатации. При работе во льдах для улучшения тяговых характеристик и мощности дизеля часто прихо­ дится прибегать к отключению программных регуляторов и пере­ ходить на ручное ограничение.

режимах разгона и маневрирования судна (диапазон нагрузок А). Режимы же длительной работы (диапазон нагрузок В) устанавли­ ваются в соответствии с характеристикой Налои. При задании ог­ раничительной характеристики в виде зависимости режимного пара­ метра h a или индекса подачи ТР от частоты вращения п всегда есть возможность сопоставить выбранные значения ТР с графиком до­

энергетические возможности дизеля используются неполностью (/, 2 , 3 — винтовые характеристики соответственно номинальная,

152

Индекс ТРдря

эксплуатационная на чистои воде, швартовная; кружками указа­ ны опытные режимы).

В заключение укажем, что характеристики ограничения в экс­ плуатации могут корректироваться в зависимости от состояния дизе­ ля, винта, корпуса, сорта применяемого топлива и масла. Наиболее оперативно такая коррекция осуществляется в системах управле­ ния дизелем, работающим на ВРШ, путем простого переключения задаваемых программ h a (п) регулятора нагрузки.

4.4. Режимы винтовой характеристики

При изучении эксплуатационных режимов пока обращалось внимание на изменение параметров работы дизелей по нагрузочной (п — const), внешней (ha = const) и ограничительной h ajl0U харак­ теристикам. А как же выглядят закономерности изменения показа­ телей главного судового дизеля, непосредственно работающего на гребной винт постоянного шага на режимах от малого до полного хо­ да судна? Определяющим фактором здесь выступает собственно ха­ рактеристика гребного винта как нагрузочного устройства дизеля. Специфика характеристики винта хорошо известна и состоит в том,

153

что для обычных водоизмещающих транспортных судов поглощае­ мые винтом момент и мощность изменяются по квадратичной М = = схпг и кубической N = сг? параболам.

Следовательно, и эффективные энергетические показатели дизе­ ля ввиду малости потерь в передаче изменяются пропорционально квадрату и кубу частоты вращения:

где с, сХу с 2 — постоянные.

Это значит, что для каждого нового режима устанавливаются

жимов, удовлетворяющих закономерностям работы гребного винта (4.1), и представляет собой винтовую характеристику дизеля. Зависимости показателей дизеля строят в функции основного режимного параметра — частоты вращения п, как определяющего скорость судна в силу пропорциональности v ~ п и режим его ра­ боты.

Обязательным условием построения винтовой характеристики по опытным данным является неизменность факторов, влияющих на сопротивление движению судна (осадка, состояние корпуса и вин­ та, погодные условия и т.д.). Только в этом случае гребной винт ра­ ботает практически с одинаковым скольжением и поступью во всем диапазоне частот вращения, и в соотношениях (4.1) могут быть вы­ делены постоянные с, сг, с2. Отсюда также следует, что для каждых новых условий плавания эти постоянные будут иметь свои значения, и область реальных режимов описывается полем винтовых характе­ ристик (рис. 4.15, а, б). Левая граница поля представляет собой

швартовную винтовую характеристику 4 . Она соответствует тяже-

80

60

40

20

Рис. 4.15. Винтовые характеристики для различных условий работы судна

154

Т а б л и ц а 4.1

лым условиям работы судна (во льдах, при снятии с мели, на швар­ товных испытаниях), когда при нулевой скорости v = 0 гидродина­ мика винта определяется 100 %-ным скольжением и нулевой посту­ пью, а постоянные с, с19 с2 в формулах (4.1) имеют наибольшие зна­ чения.

Правая граница относится к режимам работы дизеля в легких условиях (характеристика 1 — движение судна порожнем, в бал­ ласте, при чистом корпусе и попутном ветре). Постоянные с, си с2

судовые дизели обычно испытывают на стенде завода-изготовителя (табл. 4.1). Показатели, задающие режим: М е/М епом = p jp eНОм —

устанавливается понятие гидродинамически «тяжелого» и «легкого» винта. Влево от теоретической винтовой Характеристики имеем об­ ласть характеристик «тяжелого» винта, вправо — «легкого».

При переходе с одной характеристики на другую как раз и вос­ производятся рассмотренные режимы нагрузочной 2У внешней 6 и ограничительной 5 характеристик. Отсюда также следует, что на режимах «тяжелого» винта номинальная мощность не может быть получена без превышения номинальной подачи топлива, а на режи­ мах «легкого» винта для достижения N e ном потребуется превыше­ ние номинальной частоты вращения.

Выбираемые номинальные параметры ЛГеном и я НОм устанавли­ ваемого на судно дизеля обычно согласуются с исходной характе­ ристикой винта для чистого нового корпуса судна в полном грузу та­ ким образом, чтобы при л — л НОм был обеспечен запас мощности 10— 15 %. Следовательно, в начальный период эксплуатации дизель

155

работает по «облегченной» винтовой характеристике, а запас мощно­ сти используется для поддержания скорости при обрастании кор­ пуса или винта. При таком подходе также обеспечивается миними­ зация удельных расходов топлива на эксплуатационных режимах полного хода для различных загрузок и состояний корпуса. И все же «жесткость» задания эксплуатационных режимов, недоисполь­ зование мощности из-за ограничений по подаче топлива и частоте вращения являются основным недостатком винта постоянного шага. Этот недостаток особенно проявляется на судах, работающих с пере­ менным сопротивлением движению (буксирах, траулерах, спасате­ лях, судах ледового плавания), на которых, как известно, преимуще­ ственно применяют ВРШ.

Винт регулируемого шага позволяет существенно расширить диапазон эксплуатационных режимов и возможности использова­ ния мощности дизеля (рис. 4.16, я, б) изменением шага винта в до­ пускаемых по условиям кавитации пределах шаговых отношении (H/D)min и ((Н/D)тах всегда имеется возможность перейти с одной винтовой характеристики на другую и скомпенсировать нежелателы ные влияния внешних факторов. Используемые в системах управле­ ния дизелем и ВРШ программы задания режимов как раз и решают задачу оптимизации тяговых, мощностных и экономических характе­ ристик (регуляторной 7, нулевого 2 и максимального 5 упора, тео­ ретической 4, швартовной 6, внешней 7) в многообразных условиях работы судна (3 — граница кавитации).

Закономерности изменения эффективных энергетических пока­ зателей М е, ре, N e непосредственно влияют и на обеспечение режимов работы дизеля по винтовой характеристике. Так, из табл. 4.1 сле­ дует, что при повышении частоты вращения на 3,2 % (п = 103,2 %) перегрузка дизеля по мощности составляет 10 %. С понижением же частоты вращения энергетические показатели резко снижаются

100

80

60

20

Рис. 4.16. Поле рабочих режимов на ВРШ

156

В)

Рис. 4.17. Винтовая характеристика дизеля

при п — 30 % момент и давление составляют 9 % , а мощность 2,7% номинальных значений. Отсюда трудности поддержания до­ пустимых уровней тепломеханических нагрузок на режимах пол­ ного хода и устойчивой работы дизеля на режимах самого малого хода (п < 3 0 %). Последнее обусловливается неудовлетворитель­ ным распыливанием топлива, большой неравномерностью распреде­ ления его по цилиндрам, а иногда и недостаточным воздухоснабжением.

Индикаторные энергетические показатели дополнительно зави­

щих значений N ey ре. Следовательно, с увеличением частоты враще­

Показатели экономичности при работе на винт подвержены од­ новременному влиянию двух переменных— подачи топлива и часто­ ты вращения, а именно: с уменьшением частоты вращения подача топлива (har\ п) снижается по зависимости h ar\u ~ п2/v\e, что при умеренном давлении наддува (pSH0м < 0,2 МПа) обычно превышает

лом влияние а на r]f оказывается незначительным, и зависимость т\i (п) на рис. 4.17, б близка к прямой т = const.

157

охлаждения сохраняется водопоток и частичным байпасированием водоохладителя термостатом поддерживается постоянство температуры воды на выходе из дизеля. В системе масляного охлаждения поршней также сохраняется маслопоток, но терморегулятором под­ держивается температура масла на входе. В системе охлаждения над­ дувочного воздуха изменением водопотока через воздухоохладите­ ли температура воздуха поддерживается постоянной, а на малых хо­ дах прокачивание воздухоохладителей прекращается.

Однако принятых мер иногда оказывается недостаточно. Так, в тропических районах плавания нормальное тепловое состояние ди­ зеля, обычно оцениваемое по температуре выпускных газов, удается обеспечить лишь снижением подачи топлива и мощности дизеля. При низкой температуре для поддержания теплового состояния ди­ зеля на режимах малого хода прибегают к подогреву воздуха на входе в компрессоры или в двигатель. В последнем случае прокачи­ вают горячую воду через отдельную секцию воздухоохладителя.

4.Как принципиально можно улучшить экономичность дизеля при ра ­ боте на генератор постоянного и переменного тока?

5.Что является определяющим фактором изменения динамических пока­

зателей рт ах» Т 2шах на режимах п —const?

6. С какой точностью можно оценивать тепловую нагрузку и темпера­ туры стенок по указателю нагрузки ha на режимах п = const?

7. Постройте графики изменения температуры по толщине эквивалент­ ных стенок и объясните влияние нагрузки на тепловое состояние дизеля на режимах п — const.

прочности деталей ЦПГ при пониженных скоростных режимах и ha — const? П . К а к из выражения для тепловой нагрузки цилиндра объяснить повышение (сохранение) температуры деталей ЦПГ при снижении мощности

рактеристике и защита от перегрузки?

14.При каких условиях работа дизеля на винт протекает по закономер­ ностям винтовой характеристики?

15.Выполните простой расчет по оценке изменения момента, мощности,

среднего эффективного давления, тепловой нагрузки, температуры (/ст —

— ^охл)» температурных напряжений и скорости судна, если изменение часто­ ты вращения (п /п ном) при работе по винтовой характеристике составляет 0,95 и 1,05.

160