Ходовая характеристика судна

Работа главных судовых двигателей осуществляется в различных условиях плавания судна и связана со значительными изменениями их показателей: мощности, экономичности, тепловой и механической напряженности и др. Совокупность значений этих показателей характеризует режим работы двигателя.

Главные судовые двигатели, предназначенные для вращения гребного винта, получают от него нагрузку. Если не предусмотрен дополнительный отбор мощности от главного двигателя (например, применение валогенератора), то для любого режима плавания судна мощность, отдаваемая двигателем, будет определяться мощностью, потребляемой гребным винтом, с учетом потерь в передаче и линии валопровода. Мощность, потребляемая гребным винтом, в свою очередь, зависит от скорости судна и сопротивления среды его движению, которое в зависимости от условий плавания судна может существенно изменяться (обрастание корпуса и гребного винта, изменение осадки, буксировка, влияние мелководья, штормовые условия плавания и др.).

Увязать взаимодействие пропульсивного комплекса (главного двигателя, гребного винта и корпуса судна) в разнообразных условиях плавания позволяет расчет и построение ходовой или паспортной диаграммы судна [2].

На паспортной диаграмме наносятся графические зависимости сопротивления воды движению судна R = f₁ (υ₁, n₁) и полезной тяги Р_е = f₂ (υ₂, n₂) от скорости судна υ и частоты вращения гребного винта n₁.

При установившемся режиме хода судна уравнение равновесия сил, действующих на корпус судна, имеет следующий вид:

где R — полное сопротивление воды движению судна, Н;

Q — тяга на гаке, Н;

Р — упор гребного винта, Н;

Z_B — число работающих винтов;

t — коэффициент засасывания;

Р_е — полезная тяга винта, Н.

Для определения величины полезной тяги воспользуемся уравнением из теории движителей:

где k — безразмерный коэффициент упора, определяемый по кривым действия гребного винта для данного значения относительной поступи винта λ_р;

n_с — частота вращения гребного винта, с^-1;

D_В — диаметр винта, м;

ρ — плотность забортной воды, кг/м³.

Относительная поступь гребного винта определяется по следующей формуле:

где υ_p — расчетная скорость поступательного движения гребного винта, м/с.

Для определения расчетной скорости υ_p служит формула:

где υ — скорость судна, м/с;

ω — коэффициент попутного потока.

Путем наложения графиков R = f₁ (υ₁, n_с) и Р_е = f₂ (υ₁, n_с) получаются режимы совместного действия корпуса судна и гребного винта.

Пользуясь паспортной диаграммой, можно для каждых заданных значений скорости судна и частоты вращения гребного винта определить полезную тягу винта, тягу на гаке и оценить допустимость данного режима работы двигателя, не переходя за границы ограничительных характеристик двигателя по крутящему моменту М_е и частоте вращения вала п_с

Для определения (анализа) режима, совместной работы гребного винта с двигателем на паспортной диаграмме наносится графические зависимости изменения мощности главного двигателя от частоты вращения вала и скорости судна [2, 9].

Чтобы знать поле допустимых режимов работы главного двигателя совместно с гребным винтом, на паспортной диаграмме указываются границы этой области, для чего наносятся ограничительные характеристики по максимальным значениям величин крутящего момента и частоты вращения вала двигателя. Также на паспортной диаграмме могут быть показаны зависимости изменения и других величин, характеризующих режим работы главного двигателя (расход топлива, среднее эффективное давление, температура выпускных газов, пропульсивный КПД и др.).