Эксплуатация современных судовых дизельных установок - страница 4

Рис 1.1. Кривые действия гребных винтов:

а) – ВФШ; б) – ВРШ [2].

Соответствующие зависимости для упора, момента, мощности и КПД винта при упрощающем допущениях, что M_>B^>~n^>2_>p, N_>B^>~n^>3_>p выражаются формулами:

Из анализа зависимостей КПД на рисунке 1.1а и 1.1б видно, что ВРШ обеспечивает работу с высоким КПД в широком диапазоне режимов. Изменения величин λ_>p и S происходит при значительных воздействиях на сопротивление движению судна (разгон, торможение, работа во льдах). ВРШ широко применяются в установках, где часто меняются режимы работы.

Пропульсивный комплекс должен обеспечить не только заданную спецификационную скорость движения судна за счет создания тяги Pe и подведение к винту мощности N_>B, но и обеспечить надежную работу в определенном диапазоне скоростей и частот вращения.

Для анализа совместной работы гребного винта, корпуса судна и ГД используют ходовые или паспортные диаграммы судна. Они представляются в виде зависимостей R = f (V) и N_>B f (V).

Паспортную (ходовую) диаграмму судна первоначально представляют в виде зависимостей сопротивления движению R от скорости судна V при различных условиях плавания и при различных постоянных частотах вращения гребного винта n_>p.

Затем эту паспортную диаграмму можно перестроить в диаграмму зависимости мощности, потребляемой гребным винтом, от возможной скорости движения судна при различных сопротивлениях движению судна по условиям плавания или зависимости от значений относительных поступей винта λ_>p при различных частотах его вращения n_>p.

Для построения кривых, представленных на рис. 1.2, можно использовать следующие уравнения.

Мощность буксировки судна с заданной скоростью на свободном ходу:

Мощность, потребляемая гребным винтом:

где M_>B – крутящий момент, потребляемый гребным винтом;

ω_>B – угловая скорость вращения гребного винта, 1/с.

Зная экспериментальные значения коэффициентов упора K_>1 и момента K_>2 для гребного винта выбранной серии, можно определить зависимости упора винта и потребляемой винтом мощности от скорости судна, по приведённым выше формулам [2] или по формулам [5].

где K_>C = K_>1(1 – t)i – коэффициент тяги.

Паспортные диаграммы (графики P_>e = f(n_>p,V) и N_>b = f'(n_>p, V)) позволяют определить для установившихся режимов судна взаимосвязи между мощностью, подводимой к винту, частотой вращения винта и скоростью судна.

Эти диаграммы потом уточняются по результатам ходовых испытаний.

Общая конфигурация последней паспортной диаграммы с учетом ограничения по мощности ГД представлена на рисунке 1.2.

Если перенести кривые мощности, потребляемой винтом 2 в координаты N_>e^>ГД = f(n_>ГД), учитывая, что частоты ГВ и ГД равны или связаны через величину передаточного числа редуктора, то получим широко распространенную диаграмму скоростной характеристики двигателя N_>e = f(n), которая является паспортной диаграммой пропульсивного комплекса «корпус – движитель – двигатель».

Рис. 1.2. Паспортная диаграмма судна с пропульсивной установкой с ВРШ:

1 – n=const; 2 – λ_>p= const; 3 – ограничительная характеристика по эффективной мощности.

Согласование характеристик «корпус-винт» с характеристиками двигателя графически представлено на рисунках 1.3 [5]. Нанося предельные характеристики двигателя на характеристики комплекса «корпус-винт», получим в левой части рисунка 1.8 паспортную диаграмму пропульсивного комплекса «корпус-движитель—двигатель».