Kamkin_-_Expluatatsia_sudovykh_dizeley_-_1990

вала или винта. Кривые М м показывают, что при постоянной часто­ те вращения вала дизеля момент муфты возрастает во всем диапа­ зоне частот вращения винта вплоть до его полной остановки (в точ­ ках на оси ординат, где п в = 0 ; 5 ГМ=т ЮО %; г|гм = 0 ).

Если бы можно было поддерживать номинальную частоту вра­ щения при всех условиях, то при полном заклинивании винта муф­ та могла бы передать максимальный момент, равный восьмикрат­ ному номинальному моменту дизеля. Иначе говоря, гидромуфта является весьма надежным устройством с точки зрения сцепления вала с винтом. При любых скольжениях при подключении муфты к работающему дизелю момент его полностью передается винту, что обеспечивает тяговые и маневровые качества установки.

Кривые Л1м одновременно характеризуют изменение мощности на входном валу при п = const и различных скольжениях. Изме­ нение же мощности NT, отдаваемой винту, протекает иначе. С уве­ личением скольжения мощность N T сначала возрастает, а затем уменьшается. Максимальная мощность N т, равная четырехкратно­ му значению номинальной мощности дизеля, достигается при п в —

=0 ,66/1 ном* С уменьшением частоты вращения дизеля максималь­

ная мощность N T уменьшается и смещается к началу координат. Для любой точки характеристики КПД муфты определяется от­

191

няется на всех режимах, и кривая г\гм — 0,97 = const совпадает с характеристикой винта (линия 3). Отсюда очевидно влияние усло­ вий плавания на КПД муфты. С переходом на характеристику тя­ желого винта, например при ходе с грузом и обрастании корпуса, скольжение муфты возрастает, кривая постоянного КПД (линия 2)

ствие утяжеления или торможения винта, как и в установках с пря­ мой передачей, определяется кривой ограничения редоп (линия /). Если дизель снабжен всережимным регулятором с ограничением на­ грузки по фактической частоте вращения, то при торможении вин­ та частота вращения снижается в соответствии с кривой реАОп. При достижении пв = 0 частота вращения дизеля понижается до минимально устойчивой, что и приводит к его остановке.

Вслучае сохранения полного крутящего момента (ре — реном —

—const) частота вращения дизеля ко времени заклинивания винта (пв = 0) снизилась бы примерно до 40 %. Такой скоростной ре­ жим не допускается из-за перегрева муфты. Поэтому с переходом на «тяжелый» винт требуется уменьшить частоту вращения, а в слу­ чае заклинивания винта — остановить дизель. Типичным примером «утяжеления» винта является остановка или отключение одного из

дизелей.

Специфическое применение гидравлические муфты находят на судах ледового плавания. Демпфирующие способности муфт позво­ ляют снизить динамические нагрузки на элементы пропульсивного комплекса и защитить редуктор, дизель и сам винт от ударов об лед. В то же время неизбежные гидродинамические потери энер­ гии в муфтах при плавании в свободной воде снижают КПД уста­ новки.

Компромиссное решение, найденное на судах типа СА-15, со­ стоит в использовании двойного рода муфт: в ледовых условиях мощность дизеля передается на винт через гидродинамические муфты, в свободной воде — через фрикционные механические муфты.

В заключение отметим, что дизели, работающие на винт через муфту, независимо от типа муфты и наличия всережимного регуля­ тора по требованию Регистра СССР должны иметь регулятор без­ опасности. Такой регулятор страхует работу всережимного регу­ лятора и защищает дизель от разноса при внезапном отключении муфты. В связи с частой работой при пониженных скоростных ре­ жимах всережимный регулятор должен быть дополнен устройством ограничения нагрузки, предохраняющим дизель от возможной перегрузки при отключении муфты или остановке одного из дизелей.

192

5.7. Работа дизеля в установке с винтом регулируемого шага

Возможность дополнительного изменения нагрузки дизеля пу­ тем воздействия на шаг винта, с одной стороны, значительно рас­ ширяет область эксплуатационных режимов, улучшает использова­ ние мощности и маневренные качества судна, компенсирует влия­ ние внешних факторов на характеристику винта и исключает ре­ жимы работы в области «тяжелого» винта. С другой стороны при работе на ВРШ условия для перегрузки дизеля становятся более вероятными, чем при работе на ВФШ. Эти обстоятельства выдви­ гают специфические требования к системам управления, защиты и к назначению режимов.

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют (рис. 5.22) система дистанционного автоматизированного программного измене­ ния шага и частоты вращения с комбинатором 1 и регулятором нагрузки 3 . В многомашинных установках предусматривается и ав­ томатическое распределение нагрузки между дизелями. Комбина­ тор воздействует на всережимный регулятор 5 дизеля и элементы механизма изменения шага 2 , 7. Регулятор нагрузки работает во взаимосвязи с регулятором шага 2 и датчиками 4 и 6 входных сиг­ налов по положению рейки топливных насосов и частоты вращения. Командные сигналы на задание частоты вращения и шага Н винта вводятся рукоятками телеграфов на ходовом мостике 10 или ЦПУ 9.

Особенности работы дизеля на ВРШ прослеживаются на всех стадиях задания режимов. Пуск и прогревание дизеля производятся только с ЦПУ или с местного поста. Дизель работает в режиме хо­ лостого хода (ha ж 0,3/1ОНОм; п = 0,55/гном) при конструктивном нулевом упоре винта. Только после прогревания и проверки ра­ бочих параметров управление передают на мостик и сообщают

оготовности дизеля.

Вдальнейшем режим работы дизеля и скорость судна изме­ няют перемещением рукоятки телеграфа (ТЛГ) на мостике. Командный сигнал поступает в комбинатор и разделяется на сигнал заданного шагового от­ ношения Н/D и частоты враще­ ния п в соответствии с диаграм­ мой (рис. 5.23). Диаграммой охватываются все возможные режимы работы установки при маневрировании и эксплуата­ ционных ходах судна. Штрихо­

100/520

rt,%/[об/мин)

►

90/Ш -

90/416

70/364 *

60/312 ■

50/260 h

5 6 7 б 9 10 ТЛГ ПХ

0,85

Н / П , З Х

Рис. 5.23. Диаграмма комбинированного задания частоты вращения и шага винта

Рис. 5.24. Программные (/ — номинальная, 2 — перегрузочная, 3 — эксплуата­ ционная, 4, 5 — частичные) характеристики регулятора нагрузки

194

регулятора нагрузки. В процессе маневрирования из-за инерции судна и на установившихся режимах влияния внешних факторов на сопротивление движению судна возможны перегрузка дизеля или, наоборот, недоиспользование мощности. Благодаря регулятору нагрузки такие условия автоматически устраняются корректирова­ нием шага винта.

Как отмечалось, входными сигналами для регулятора нагруз­ ки являются основные режимные параметры h a и п. Действуя совместно с регулятором скорости, обеспечивающим заданную ча­ стоту вращения, регулятор нагрузки при рассогласовании дейст­ вительных и программных значений h a вырабатывает сигнал на разворачивание лопастей винта так, чтобы сохранить соответст­ вующее значению /гзад положение органа управления подачей топлива. Следовательно, при всех внешних возмущениях путем изменения шага винта стабилизируются момент и мощность дизеля. Как видно из рис. 5.24, программами h a охватывается большая область нагрузок и частот вращения. Очевидно, 100%-ная програм­ ма не должна выходить за пределы ограничительной характеристики

ДИЗеЛЯ ПО р ед о п ИЛИ ^ а д о п *

Задание программ регулятора нагрузки возможно только из ЦПУ и производится в соответствии с техническим состоянием дизеля или спецификой работы судна. Выбор оптимальных программ особенно важен для траулеров, буксиров, судов ледового плава­ ния, так как позволяет существенно улучшить тяговые свойства

ибез перегрузки дизеля получить необходимую скорость во льдах,

стралом или буксиром. С использованием регулятора нагрузки ре­ шаются и другие важные задачи по оптимизации управления ди­ зелями:

оптимизируется подача топлива во всем диапазоне скоростных режимов независимо от обрастания, глубины под килем, мертвой зыби, встречного ветра;

улучшаются маневренные качества судна и сокращается тормоз­ ной путь при экстренной остановке, так как изменение подачи сле­ дует оптимальной зависимости h a (л);

осуществляется автоматическая защита дизеля от перегрузки при выходе из строя ТНВД, форсунок отдельных цилиндров, а при внезапном разобщении муфт или остановке дизелей в многомашин­

ных установках режимы работы остальных дизелей определяются программой h a (п);

обеспечивается лучшее использование ресурса дизелей путем переключения программ и приведения их в соответствие с состоя­ нием дизеля, сортом применяемого топлива;

стабилизируется частота вращения на режимах работы с валогенератором при переменных внешних условиях, а при колебаниях тока в цепи валогенератора поддерживается полная загрузка глав­ ных дизелей.

Регулятор нагрузки осуществляет только автоматическую кор­ рекцию шага по фактической частоте вращения, а не автоматиче­ ский выход на режим полного хода по временной программе. Тем не менее он предохраняет дизели от небрежного обращения с ру­ кояткам^ управления на мостике или в ЦПУ. Его динамические ха­ рактеристики удовлетворяют требованиям переходных режимов при маневрировании, в том числе в таких тяжелых условиях, как бы­ строе изменение шага винта с полного хода «Вперед» на полный ход «Назад».

Во избежание частых изменений положения лопастей винта ре­ гулятор настраивают на воздействие сравнительно плавных внеш­ них возмущений (длительность возмущения свыше 5 с, зона чув­ ствительности ± 1,5-1- 2 %) и в штормовых условиях, как прави­ ло, не используется.

Важные преимущества от применения программных регулято­ ров нагрузки привели к тому, что комбинированное воздействие

Другие возможные способы управления рассматриваются как частные или аварийные. Например, при использовании валогенераторов на режимах маневрирования осуществляется способ уп­ равления (поз. 2 ), обеспечивающий работу главных дизелей по на­ грузочной характеристике с постоянной номинальной частотой вра­ щения. Аналогичный способ управления и в случае неисправного канала комбинатора (поз. 4).

Как отмечалось, комбинированное управление винтом и дизе­ лями может осуществляться и без регулятора нагрузки (поз. 3). Очевидно, на режимах работы п = const и при отключении регу­ лятора нагрузки, а также при переходе на резервную (кнопочную) систему управления с мостика (поз. 5, 6 ) требуется дополнительная защита дизелей от перегрузки по топливу. Эти задачи берет на себя механизм ограничения нагрузки всережимного регулятора ди­ зеля. При достижении допустимого уровня Ла д 0 п срабатывание механизма ограничения нагрузки регулятора сводится к подаче команды на уменьшение шага винта. Уменьшение шага будет про­ должаться до тех пор, пока рейка топливных насосов не займет по-

196

Т а б л и ц а 5.1

7 - 9 - из ЦПУ.

3. По позициям 1—6 и 9 управленце комбинированное, по позициям 7, 8— раздельное.

ложение Ладоп. При этом на мостике и в ЦПУ выключается опо­ вещающий сигнал «Перегрузка дизеля».

В случае выхода из строя системы ДАУ предусматривается аварийное управление из ЦПУ с местных постов (поз. 7, 8 ).

К другим особенностям работы дизелей на ВРШ следует отне­ сти наличие режимов холостого хода и работу с малой нагрузкой при повышенной частоте вращения. С одной стороны, это требует согласно Правилам Регистра СССР дополнительной защиты дизе­ ля от разноса с помощью регулятора безопасности, с другой — дозированной подачи масла на смазывание цилиндров в зависи­ мости от подачи топлива, т. е. применения систем регулируемой по­ дачи масла. Опыт показывает, что на выбор способов управления (НЮ = var; п = var или НЮ = var, п = const) также влияет степень загрязнения газовыпускных трактов на режимах маневри­ рования. Критерием здесь является температура выпускных газов. При температуре / г = 300 °С, характерной для комбинаторных ре­ жимов, отмечается значительное отложение в трактах жидких мас­

197

в выпускной тракт, но уменьшает отложения, так как образующий* ся сухой нагар уносится потоком газов.

В основном на ВРШ работают среднеоборотные дизели с редукторной передачей, система непосредственного реверсирования кото­ рых может сохраняться как резервное средство на случай закли­ нивания лопастей гребного винта. В этом случае снимается блоки­ ровка, препятствующая подключению муфт к неработающим ди­ зелям, и при включенных муфтах производятся одновременный пуск главных дизелей, маневрирование и нагружение по харак­ теристике ВФШ.

5.8.Работа дизеля при волнении

Вштормовую погоду дизель работает при переменной частоте вращения вследствие изменения упора и момента винта в зависимо­ сти от состояния моря, направления и силы ветра, изменения харак­ теристик винта при различной глубине погружения и работе в ко­ сом потоке, частых перекладок руля при удержании судна на кур­ се. Состояние дизеля при этом характеризуется меняющимися ме­ ханическими и тепловыми нагрузками, и режимы работы являются неустановившимися.

Взависимости от загрузки судна, условий плавания, типа и способа включения регулятора изменение частоты вращения и по­

дачи топлива при волнении может быть различным. Однако общим будет возрастание среднего момента винта и, как следствие, огра­ ничение нагрузки дизеля. Если при этом учесть колебания давле­ ний и температур в цилиндрах, динамические нагрузки при изме­

рядом установившихся режимов, изменение показателей можно представить закономерностями частичной характеристики (при предельном регуляторе — кривая 1 на рис. 5.26) или нагрузочной (регуляторной) характеристики (при всережимном регуляторе — кривая 2 ).

Режимы работы по кривой а ограничиваются подачей топлива ha2 — const, по кривой Ь — частотой вращения п 3 = const. В обоих случаях колебания частоты вращения и подачи топлива не выходят за пределы соответствующего допустимого среднего эф­ фективного давления. Из сопоставления режимов можно было бы прийти к выводу о том, что при ha2 = const без перегрузки дизе­ ля по давлению редоп достигаются большие значения частоты вра­ щения, мощности и скорости. Однако на этом режиме амплитуда

198

А%%

20

Ю

шкале Бофорта)

и скорость изменения частоты вращения являются по существу нерегулируемыми параметрами и полностью определяются состоя­ нием моря и загрузкой судна. Ускоренное движение масс дизеля и валопровода винта может сопровождаться значительными дина­ мическими нагрузками на дейдвудный и упорный подшипники, ко­ ленчатый и распределительные валы, вибрацией дизеля и корпуса вследствие повышенной неравномерности вращения и колебаний крутящего и опрокидывающего моментов.

С переходом на регуляторную характеристику п 3 = const коле­ бания частоты вращения практически исключаются, но глубокие изменения подачи топлива также могут оказаться нежелатель­ ными из-за колебаний параметров рабочего цикла и тепловых нагрузок.

Условия работы дизеля существенно улучшаются при исполь­ зовании всережимного регулятора, настраиваемого на изменение режимов по всережимно-предельной схеме, например по линии 2с— 2Ь. Амплитудные отклонения режимных параметров в этом слу­ чае характеризуются меньшими изменениями подачи топлива и ча­ стоты вращения.

Другие особенности обеспечения надежной работы дизеля свя­ заны с воздействием бортовой качки судна на перекладку поршней в цилиндрах и на условия смазывания.

Статистика аварий по задирам поршней свидетельствует о том, что повышенное их число (например, на дизелях Зульцер типов RD и RND) приходится на штормовые условия. Слежение за темпера­ турой поршней показывает, что перекладка поршней под действием бортовой качки сопровождается нагревом тронков со стороны вы­ пуска газов. Предотвращение развития задира требует увеличения

199

подачи масла на смазывание цилиндров и усиленного контроля за тепловым состоянием.

Внимание должно быть уделено и работе циркуляционной систе­ мы смазывания. Во избежание срыва подачи насоса в штормовых условиях обязательны срабатывание блокировки по давлению масла и автоматической остановке дизеля, поддержание уровня масла в циркуляционном танке на верхней отметке.

Нельзя не отметить и возможные случаи остановки дизелей в многомашинных установках с ВРШ и валогенераторами, когда вследствие повышенных колебаний частоты вращения при волнении срабатывание защиты валогенератора приводит к полному обес­ точиванию установки. Отсюда по соображениям безопасности море­ плавания в условиях волнения использование валогенераторов ограничено и электропитание обеспечивается автономными дизельгенераторами.

5.9.Работа дизеля при выключении цилиндров

иаварийном состоянии турбокомпрессоров

Режимы работы при выключении цилиндров. Один или несколько цилиндров наиболее часто выключают по причине зависания плун­ жерных пар, клапанов топливных насосов, игл форсунок из-за по­ падания грязи в топливную систему, а также вследствие корро­ зии прецизионных пар или перегрева топлива. Значительно реже выключение цилиндров связано с неисправностями или аварийным состоянием деталей ЦПГ и деталей механизмов движения (появле­ ние трещин, заклинивание поршней, поломка колец, перегрев под­ шипников и т. п.).

В зависимости от характера повреждений отключение цилин­ дров может сопровождаться частичным или полным демонтажем де­ талей механизма движения. Работы по отключению цилиндров сле­ дует выполнять в полном соот­

200