РЕЖИМ РАБОТЫ ГЛАВНЫХ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Мощность и частота вращения вала главного двигателя зависят от скорости хода судна и направления его движения. Требования судовождения вызывают необходимость частой перекладки руля, условия судового хода постоянно меняются, а следовательно, изменяется и сопротивление корпусу судна. Ветровые, волновые и другие погодные факторы также влияют па сопротивление движению судна. Все это приводит к необходимости изменения частоты вращения вала двигателя, т. е. к изменению режима его работы. Различают такие режимы работы главных двигателей, как пуск, прогрев, режим холостого хода для нереверсивных двигателей, реверсирование, работа под нагрузкой, установившийся режим, режим работы на номинальной мощности, перегрузочный режим, переход с одной установившейся частоты вращения на другую, режим минимально устойчивой работы, аварийный режим, остановочный режим.

Изменение основных показателей работы дизеля (мощности, частоты вращения, расхода топлива, температуры отработавших газов и т. д.) в зависимости от режима работы называется характеристикой двигателя. Характеристики определяются опытным путем.

Главные двигатели, связанные с гребными винтами непосредственно, а также через редукторную или реверс-редукторную передачу, работают по так называемой винтовой характеристике.

Винтовой характеристикой называется зависимость между мощностью и частотой вращения вала двигателя, приводящего во вращение гребной винт. Такая зависимость строится в виде графиков (рис. 130), на которые также наносятся кривые изменения максимального давления цикла ρz , кг/см2, температуры отработавших газов tо.г ,С, расхода топлива на двигатель G, кг/ч, удельного расхода топлива ge, кг/э.л.с.*ч и другие параметры.

Внешняя характеристика (см. рис. 130) получена при неизменной (номинальной) цикловой подаче топлива плунжерами насосов. Такая характеристика снимается на заводском стенде при фиксированных дозирующих органах насосов. Любая точка, лежащая на кривых внешней характеристики (на рисунке они помечены индексами «вн»), соответствует предельно допустимой нагрузке, которую может развивать двигатель при указанной частоте вращения. Точки пересечения внешней и винтовой характеристик соответствуют режиму номинальной мощности двигателя. Работа двигателя с параметрами, лежащими выше внешней (ограничительной) характеристики, считается перегрузочным режимом и допускается в исключительных случаях, продолжительностью не более 1—2 ч (в зависимости от указаний инструкции по эксплуатации).

Левая граница кривых на рис. 130 соответствует режиму минимально устойчивой частоты вращения, правая — максимальной мощности (110% от Ne.ном ), т. е. перегрузочному режиму. Двигатель 6 ЧСП 18/22 имеет реверс-редукторную передачу, на работу которой затрачивается определенная мощность, что повышает как общий, так и удельный расход топлива на двигатель. Кривые, соответствующие эффективной мощности, отбираемой с выходного фланца реверс-редуктора, и приведенный к этой мощности удельный расход топлива показаны на графике штриховыми линиями.

Установившимся считается режим работы главных двигателей при неизменной частоте вращения, постоянной температуре отработавших газов, охлаждающей воды и масла. Такой режим наступает при движении судна на прямолинейном глубоководном участке в тихую погоду. Для каждого такого установившегося режима и определяют величины всех основных параметров работы двигателя (которые и наносят на график винтовой характеристики) при паспортных испытаниях судна. Испытания проводятся при паспортной загрузке судна. Гребные винты должны быть «согласованы» с двигателями, т. е. обеспечивать номинальную мощность двигателя при номинальной частоте вращения.

Основные показатели работы двигателя, полученные при паспортных испытаниях, не всегда удается сохранить в эксплуатационных условиях. Даже нормальная, но длительная работа дизелей обусловливает износы основных деталей и, как следствие, изменение температур, давлений и других показателей работы двигателя.

Мелководье и различные плавающие предметы часто приводят к повреждениям винтов. От длительной эксплуатации корпус судна деформируется, увеличивая сопротивление воды. Это также приводит к отклонению рабочих параметров от паспортных значений.

Особенно вредно на сроке службы и надежности дизеля отражается работа на перегрузочном режиме. Перегрузка двигателя может наступить при внезапном выходе судна на мелководье и других резких изменениях сопротивления воды корпусу судна. У многовальных судовых установок перегрузка двигателей может быть вызвана остановкой хотя бы одного дизеля без снижения частоты вращения других двигателей. Кратковременные (но частые) перегрузки правого или левого двигателя наступают и при выполнении поворотов судна на номинальной частоте вращения главных двигателей. В этих случаях один из гребных винтов недогружен, а другой перегружается за счет большего отбоя воды в его сторону, и двигатель выходит на перегрузочный режим. В целях сохранности двигателей следует во всех указанных случаях снижать частоту вращения вала двигателя, не допуская даже кратковременной работы дизеля на перегрузочных режимах (если это не вызывается чрезвычайными условиями судовождения).

Нормальные режимы двигателей предусматривают их работу с согласованными винтами, позволяющими развивать полную (номинальную) мощность при паспортной (номинальной) частоте вращения. Но если по каким-то причинам (например, при ударе) шаг гребного винта (или хотя бы одной из его лопастей) оказался увеличенным, т. е. при той же частоте вращения винт стал отбрасывать большее количество воды,— согласование винта с двигателем нарушается. Винт становится «тяжелым», а это равнозначно работе дизеля в перегрузочном режиме, что недопустимо. В таком случае необходимо установить двигателю пониженную частоту вращения nт (рис.131), ограничивающую мощность по внешней характеристике.

Следовательно, при «тяжелом» винте двигатель может сохранить свои основные рабочие параметры при меньшей частоте вращения nт и меньшей мощности Nт, ограниченной внешней характеристикой. Это положение распространяется на все виды перегрузочных режимов. Винт становится как бы «тяжелым» и

при работе двигателя на швартовах. В последнем случае разрешается развивать частоту вращения не более 80—90% от номинальных значений.

Рис. 130. Совмещенные характеристики двигателя 6ЧСП18/22

При работе буксировщика-толкача или грузового судна порожнем также появляется несогласованность гребного винта и двигателя. Винт становится «легким», а чтобы двигатель развил номинальную мощность, нужно значительно увеличить частоту вращения. Но из условий сохранения прочности деталей двигателя частоту вращения можно повысить только на 3%, до величины nл. Следовательно, при «легком» винте двигатель также не будет развивать полной мощности, но уже из-за ограничения по частоте вращения.

Таким образом, как в случае «тяжелого», так и в случае «легкого» винта мощность двигателя будет меньше (Nт и Nл), чем номинальная мощность Ne.ном . В практике эксплуатации наиболее удобными для постоянного косвенного контроля мощности, развиваемой двигателем, являются температура отработавших газов и частота вращения вала. Их превышение против установленных значений недопустимо.

Режим холостого хода главных двигателей, оборудованных реверс-редукторами, характерен низкими температурами детали, плохим распыливанием малых порций топлива и большой неравномерностью цикловых подач топлива (даже пропуском вспышек) по цилиндрам, что способствует повышенному нагарообразованию. Поэтому продолжительная работа дизелей (свыше 15-30 мин) на таком режиме не рекомендуется. Она может быть оправданной лишь при кратковременных стоянках судна, так как частые пуски двигателя ведут к повышенным износам.

Рис. 131. Внешняя и винтовые характеристики эффективной мощности двигателя

Аварийный режим, т. е. работа двигателя при наличии каких-то серьезных неисправностей, допускается только в исключительных случаях (оказание помощи судну, терпящему бедствие, спасение людей, спасение груза и собственно судна и т. п.). При этом необходимы постоянное наблюдение за двигателем и другие меры, позволяющие поддерживать работоспособность главных двигателей.

Вспомогательные двигатели работают при постоянной частоте вращения, поддерживаемой регуляторами. Меняется у них только нагрузка, что вызвано изменением потребляемой электроэнергии при включении и выключении потребителей тока. В связи с этим графическая зависимость между мощностью дизеля и основными его рабочими параметрами при неизменной частоте вращения носит название нагрузочной характеристики.

Регулирование мощности дизеля, работающего по нагрузочной характеристике, достигается изменением количества топлива, подаваемого за цикл. При уменьшении нагрузок удельный расход такого двигателя возрастает интенсивнее, чем у двигателя, работающего по винтовой характеристике.

Как показывает опыт эксплуатации вспомогательных двигателей, их режимы работы редко превышают 50% мощности. Обычно потребность в электроэнергии на судне такова, что они развивают мощность около 20—25% номинальной. Это обусловливает их более длительный срок службы по сравнению с паспортными данными.