Работа двигателя в ходу судна

Из приведенных винтовых характеристик при различных значениях относительной поступи гребно­го винта ?_р (рис. 174) следует, что чем боль­ше ?_р, т. е. чем больше скорость судна v, тем меньше мощность двигателя при том же числе оборотов вала его. Такая зависи­мость объясняется тем, что чем больше ско­рость судна, тем меньше значение коэффи­циента k₂, а потому при постоянном п об/мин будет меньше момент М_в и соот­ветственно мощность двигателя. Основной эксплуатационный режим работы судна должен соответствовать режиму работы главного двигателя с номинальной мощностью и числом оборотов или быть несколько меньше их значений. При ходе судна мощность двига­теля главным образом зависит от сопротивления движению судна, кото­рое в свою очередь зависит от скорости судна, осадки его, глубины судо­вого хода и скорости течения воды и ветра.

При увеличении сопротивления движению судна скорость его и число оборотов двигателя уменьшаются, если орган управления подачей топлива остается в неизменном положении. При увеличении подачи топлива ско­рость судна может быть восстановлена, если подача за цикл будет находиться в допустимых пределах, т. е. если позволит ограничитель подачи.

Движущая сила или полезная тяга гребного винта судна без воза (гру­зового или пассажирского судна) Р_е._г._в равна силе сопротивления движению судна R.

Зависимость силы Р_е._г._в от скорости судна v[Р_е._г._в = f(v)] представляет собой винтовую характеристику двигателя (кривая 1, рис. 175), пересечение которой с кривой 2 наибольшего допустимого значения Р_е._г._в (точка 3) опре­деляет наибольшую скорость судна. Наибольшее допустимое значение р_е._г._в при разных скоростях судна определяется из условия М_в = М_ном = const. Здесь М_ном — вращающий момент двигателя при номинальных мощности N_{e ном} и числе оборотов n_нoм. Штормовая погода и малая глубина судового хода повышают сопротивление движению судна. В штормовую погоду вследствие качки судна создаются ненормальные условия работы гребного винта и выведенное из диаметральной плоскости положение руля, для поддержания судна по заданному курсу, оказывает дополнительное со­противление движению судна. Следует заметить, что перекладка руля на большой угол при движении судна вызывает значительное повышение нагрузки на двигатель, и если при этом не будет уменьшена скорость судна, то двигатель в этот период может оказаться нагруженным больше, чем при М_ном. Так, например, согласно опытным данным, при угле пере­кладки руля в 30° от диаметральной плоскости судна для сохранения М_в = М_ном необходимо скорость судна снизить до 0,915 ?_ном.

Зависимость силы тяги гребного винта Р_е._г._в от скорости судна при раз­личной силе ветра приведена на рис. 176.

Точки пересечения 1,2,3 заградительной характеристики М_ном = const с кривыми силы ветра показывают, насколько скорость судна снижается в зависимости от силы ветра при сохранении неизменным номинального крутящего момента двигателя.

При движении судна по судовому ходу с малой глубиной вследствие повышенного волнового сопротивления и сопротивления трения сила тяги гребного винта при той же скорости судна больше, чем при движении судна

на глубокой воде. Следовательно, при переходе судна на мелководье, если топливный насос не имеет ограничителя подачи топлива, возможна пере­грузка двигателя.

На рис. 177 показано изменение сопротивления воды движению судна в зависимости от глубины судового хода h. Кривая 1 показывает сопротив­ление движению судна на глубокой воде, а кривая 1? — на мелко­водье. Как видно из приведенных зависимостей, влияние мелководья проявляется начиная со скорости судна ?₁ > 0,3?gh и перестает влиять по достижении скорости ?₃ =?gh. При скорости ?gh > ? > 0,3 ?gh это влияние достигает максимальной величины. Для избежания перегрузки двигателя необходимо при переходе судна с глубокой воды со скоростью ?₂ = ?_ном понизить скорость до ?₂?, при которой R₂' = R₂, Р_{е. г.в2}' = Р _{е. г.в2}; M₂' = M₂.

При ходе буксирного судна с возом сила тяги гребного винта Р_е._г._в складывается из силы тяги на гаке судна Z и силы сопротивления движению судна R:

При движении судна без воза Z = 0 и потому Р_е._г._в = R.

С увеличением буксируемого воза сила тяги на гаке, при той же ско­рости судна, возрастает, а потому возрастает сила тяги винта и вращающий момент его. При одном и том же значении силы тяги гребного винта с уве­личением воза скорость судна уменьшается.

На приведенном выше рис. 175 показаны винтовые характеристики двигателя, установленного на буксирном судне, при различной величине буксируемого воза. Кривая 4 представляет собой винтовую характеристику двигателя при малом буксируемом возе, а кривая 5 — при большом возе. Точки пересечения указанных характеристик с кривой наибольшего допустимого значения Р_е._г._в (кривая 2) определяют наибольшие скорости судна ?? и ?" при данных буксируемых возах.

При увеличении буксирного воза и соответственном уменьшении его скорости коэффициент момента гребного винта k₂ возрастает, а потому, со­гласно формуле (256), при неизменном положении органа подачи топлива число оборотов вала двигателя уменьшится. При буксировке тяжелого воза, особенно при встречном ветре, происходит значительное снижение числа оборотов вала двигателя. При этом, вследствие увеличения (по времени) опережения подачи топлива, максимальное давление цикла возрастает, а температура выпускных газов может снизиться. Таким образом, при бук­сировке больших возов в неблагоприятных условиях хода судна, вследствие снижения числа оборотов вала п < n_ном, возрастают напряжения в деталях двигателя и судового валопровода. Для избежания этого, при указанных условиях работы судна, рекомендуется угол опережения подачи топлива уменьшать, однако не допуская при этом значительного повышения темпе­ратуры выпускных газов.

При буксировке воза методом толкания, т. е. при расположении буксир­ного судна за кормой толкаемого им воза, уменьшается сопротивление по­следнего вследствие уменьшения зоны вихревого попутного потока, устра­нения сопротивления струи воды, отбрасываемой гребным винтом буксира, компактности и лучшей устойчивости толкаемого воза на курсе. Одновре­менно с этим уменьшается и сопротивление движению самого буксира- толкача, расположенного в зоне попутного потока, создаваемого возом.

При движении буксира-толкача, в отличие от буксира, вследствие уве­личения скорости попутного потока скорость воды в диске гребного винта уменьшается, уменьшается его относительная поступь, возрастает сила тяги гребного винта и вращающий момент его. Таким образом, буксировка воза толканием одним и тем же буксиром позволяет повысить скорость хода его по сравнению со скоростью при буксировке на тросе. Одновременно с этим возрастает и необходимая мощность буксира-толкача. При переводе буксира с буксировки воза на тросах к толканию необходимо проверить возможность сохранения неизменным номинального числа оборотов вала двигателя.

В случае недопустимого повышения тепловых и механических напря­жений в деталях двигателя, при сохранении n= n_ном, следует подачу топ­лива за цикл оставить неизменной, т. е. двигатель будет работать с мощ­ностью, соответствующей внешней характеристике номинальной мощности при меньшем числе оборотов п <n_ном.