Режимы работы судовых дизелей

ВВЕДЕНИЕ

Большинство морских и речных судов оборудовано дизельными установками. Только на крупных танкерах и лайнерах используют паротурбинные установки и на некоторых судах специальных типов —паросиловые установки.

Широкое применение дизельных установок определяется их особенностями и характеристиками, и прежде всего:

— высокой экономичностью при большом диапазоне рабочих чисел оборотов, превышающей на эксплуатационных режимах в среднем в 2,5—3,5 раза экономичность паротурбинных и в 1,5—2,5 раза газотурбинных установок;

— возможностью форсировки рабочего процесса, широким диапазоном чисел оборотов, весогабаритных показателей и сроков службы;

— высокой готовностью к действию;

— экономным расходом топлива (при стоянке топливо не расходуется).

Применение дизелей на крупных судах ограничивается их возможной агрегатной мощностью. У тяжелых, малооборотных дизелей, находящихся в эксплуатации, она составляет 15 000—18 000 л. с. при сроке службы до капитального ремонта 50 000—180 000 час.

Зарубежные фирмы опубликовали сведения о создании дизелей большей мощности (см. приложение, табл. 2). Фирмы Зульцер и Фиат сообщают об испытании цилиндров и отсеков дизелей мощностью до 30 000 л.с. Применение наддува до 2,5—3,0 ата позволило добиться высоких показателей рабочего процесса. Среднее эффективное давление достигает у 4-тактных дизелей 15—16 кг/см² и у 2-тактных 10—12 кг/см² (см. приложение, табл. 1). Освоение многоблочных и многоцилиндровых конструкций привело к созданию мощных быстроходных дизелей. Сведения о некоторых из них приведены в табл. 3 Приложения.

При повышенных показателях рабочего процесса и высоком наддуве необходимо особое внимание к вопросам эксплуатации дизелей, особенно при большой нагрузке на пониженных числах оборотов. Автоматизация и дистанционное управление рациональны только в определенном диапазоне изменения нагрузки.

Для правильной эксплуатации механических установок и их длительной безаварийной работы необходимо, чтобы личный состав хорошо знал режим работы дизелей в зависимости от изменения состояния судна, условий его плавания и работы гребных винтов.

Изменение нагрузки главных двигателей в судовых условиях определяется взаимодействием между элементами, сложного комплекса: судна — движители — передача — главные двигатели.

Каждый элемент этого комплекса можно, представить его характеристиками, а взаимодействие элементов — совмещением их наиболее общих характеристик.

Вопросы эксплуатации дизельных установок можно разделить на две основные группы. Первую составляют вопросы, относящиеся непосредственно к дизелю: собственные характеристики дизеля, влияние различных факторов на работу и экономичность дизеля, особенности режимов пуска и прогрева.

Во вторую группу входят вопросы, связанные с особенностями судна и его гребных винтов и использованием мощности главного двигателя, обеспечивающего движение судна в различных условиях эксплуатации.

Изменение режима работы судового комплекса определяется:

— изменением сопротивления воды R движению судна, что требует соответствующего изменения эффективного упора, развиваемого гребными винтами Ре. Такие изменения режима имеют места В следствие изменения водоизмещения судна, состояния поверхности подводной части корпуса, состояния моря и т. д.;

— изменением упора, приходящегося на гребной винт (при работе гребных винтов с различными числами оборотов, парциальной работе винтов, буксировке другого судна, воза или трала).

Основные факторы, от которых зависит работа гребного винта,— скорость, его поступательного перемещения и числа оборотов.

Наиболее общим представлением возможных режимов работы гребного винта можно считать кривые его действия, показывающие изменение коэффициентов упора и момента в зависимости от относительной поступи. С помощью этих коэффициентов устанавливают связь между упором, развиваемым гребным винтом, моментом, числом оборотов винта и скоростью судна.

При проектировании механической установки основной режим работы гребных винтов обычно выбирают по нагрузке и условиям плавания судна например:

— для быстроходных судов — исходя из полной мощности двигателя и нормального водоизмещения при состоянии, моря — 1—2 балла;

— для морских судов — исходя из полной мощности двигателя и полного водоизмещения, причем расчетную мощность обычно принимают равной 0,90—0,95 полной мощности главных двигателей, чтобы иметь запас, учитывающий влияние эксплуатационных факторов (обрастание корпуса, изменение состояния моря, атмосферных условий и т. д.). Чем больше этот запас, тем более приспособлена к изменению режимов эксплуатации механическая установка, лучше условия рабаты главных двигателей, больше срок их службы.

Полученная расчетом зависимость момента или мощности от числа оборотов главных двигателей или скорости хода судна называется нормальной или расчетной винтовой характеристикой.

Во время эксплуатации судна винтовая характеристика не мажет оставаться постоянной, так как меняется режим работы гребных винтов с изменением:

— водоизмещения судна, величина которого, может колебаться в пределах от полного и с перегрузом, до водоизмещения порожнем;

— состояния моря, силы ветра и волнения;

— чистоты поверхности подводной части корпуса;

— состояния поверхности гребных винтов;

— число работающих гребных винтов.

При оценке влияния различных факторов на нагрузку удобна представлять ее изменение в относительных величинах (по отношению к нагрузкам при нормальной расчетной винтовой характеристике). При этом, пользуясь кривыми действия гребных винтов на свободной воде, можно считать, что влияние корпуса для рассмотренных режимов одинаково. Это тем более справедлива, что в ряде случаев режимы сопоставляются при одинаковых скоростях хода.

Таким образом, в комплексе судно — движители—передача — главные двигатели определяющими элементами являются изменение сопротивления воды движению судна, изменение упора, приходящегося на гребной винт, и как следствие этого — изменение момента, необходимого для вращения гребного винта, и момента, развиваемого главным двигателем.

В соответствии со схемой взаимодействия судового комплекса в книге представлены основные изменения режимов эксплуатации. При этом авторы обращались к вопросам ходкости, к теории гребных винтов и теории двигателей внутреннего сгорания. Эта помогает установить действительные причины изменений нагрузок главных двигателей.

Часто, при эксплуатации ссылаются на то, что двигатели не «тянут», не развивают полных чисел оборотов, работают при повышенных расходах топлива и температурах выпускных газов или не обеспечивают расчетную скорость хода. Причину этого ищут обычно в главных двигателях, хотя в действительности это вызывается часто изменением состояния корпуса и режима работы гребных винтов.

Упрощая вопросы эксплуатации, касающиеся нагрузок двигателей, и ограничиваясь, как это иногда практикуется, представлением винтовых характеристик при различных условиях работы, нельзя раскрыть всего сложного взаимодействия судового комплекса, а следовательно,— активно воздействовать на причины изменения нагрузок главных двигателей.

Сохранение надежности и высокой экономичности является одной из основных задач при эксплуатации установок. Поэтому фактором, определяющим качественное протекание рабочего процесса, в книге уделено особое внимание.