§ 11.9. Взаимосвязь между работой гребного винта и двигателем

Двигатель, работающий на винт, не является независимым: его мощность может изменяться только по винтовой характеристикеN_е(n), которая определяет для него величину противодействующего момента. Мощность на валу двигателяN_е, обеспечивающую мощностьN_рпотребляемую винтом:

N_е=N_р/ η_вη_п = 2πρn³D⁵/ η_вη_п,

где η_в, η_п- КПД валопровода и передачи.

При заданных буксировочном сопротивлении и пропульсивном коэффициенте скорость судна vзависит от частоты вращения винтаn. Можно считать, чтоvменяется пропорциональноn, т.е. относительная поступь λ_р=const. Так как в этом случае также является постоянной величиной, можно записать, чтоN_е= Сn³, где С - постоянный коэффициент.

Из изложенного следует, что с изменением буксировочного сопротивления винтовая характеристика меняется. При увеличении сопротивления винтовые характеристики будут резко возрастать, так как уменьшение относительной поступи винта λ_рприведет к росту коэффициента момента и, следовательно, коэффициента С. Наиболее крутую винтовую характеристику судно будет иметь на швартовом режиме. При снижении сопротивления винтовые характеристики

вследствие увеличения λ_ри уменьшениястановятся более пологи ми. Наиболее пологую винтовую характеристику судно имеет при плавании в балласте. Как видим, в процессе эксплуатации судна его винтовые характеристики изменяются в широких пределах.

Рис.120. Взаимодействие гребного винта с двигателем

внутреннего сгорания

Для оценки связи между винтом и двигателем, помимо винтовых характеристик, необходимо иметь характеристики двигателя, которые получают при стендовых испытаниях и представляют в координатах N_е-nвиде кривых, определяющих поле возможных сочетанийN_еиn. Рассмотрим характеристики наиболее распространенного на промысловых судах двигателя внутреннего сгорания. Работа двигателя данного типа характеризуется следующими кривыми (рис.120): кривая 1 устанавливает минимально устойчивую частоту вращения двигателя; кривая 2, называемаяверхней ограничительной характеристикой, определяет зависимостьN_еотnпри постоянном положении аппаратуры подачи топлива, соответствующем получению номинальной мощностиN_е.н при номинальной частоте вращенияn_н; кривая 3, именуемаярегуляторной характеристикой, показывает частоту вращения двигателя при снижении нагрузки; кривая 4 являетсяхарактеристикой холостого хода. Верхняя ограничительная характеристика является линией постоянного номинального крутящего

момента М _кр.н, определяющей верхний предел длительной механической напряженности деталей двигателей.

Чтобы установить режимы совместной работы винта и двигателя, необходимо наложить винтовые характеристики на характеристики двигателя (рис.120). Если винтовая характеристика для расчетного режима плавания (кривая I) проходит через точку Н с координатамиN_е.н и n_н, то гребной винт соответствует двигателю. С ростом сопротивления из-за увеличения осадки судна, обрастания корпуса, волнения и тому подобного изменяется винтовая характеристика (криваяII), поэтому при нормальной эксплуатации двигателя, не допускающей его загрузку выше верхней ограничительной характеристики, взаимосвязь между винтом и двигателем будет наблюдаться в точке Т. В рассматриваемом случае винт становится гидродинамически «тяжелым». При тяжелом винте частота вращенияn_т двигателя меньше номинальной. С уменьшением сопротивления судна винт оказывается гидродинамически «легким». Винтовая характеристика (криваяIII), построенная для этого варианта, пересечет регуляторную характеристику двигателя в точке Л, которой соответствует частота вращенияn_л, равная или несколько больше номинальной. Как видно из рис.120, всякое несоответствие винта двигателю связано с уменьшением располагаемой мощности двигателя и приводит к снижению скорости судна. Согласованность винта и двигателя окончательно проверяется при натурных (скоростных) испытаниях судна. Практически следует считать, что винт согласован с двигателем, если двигатель при работе на винт развивает номинальную мощность при частоте вращения, которая отличается от номинальной не более чем на 13%. Для согласования винта с двигателем корректируется его шаговое отношение: для «легкого» винта - увеличивается, а для «тяжелого» - уменьшается Н/D. Обычно гребные винты проектируют несколько облегченными по сравнению с требуемыми для идеальных условий эксплуатации (при этом имеют в виду, что по мере обрастания корпуса и увеличения сопротивления в реальных эксплуатационных условиях винт становится «тяжелее» и более соответствует главному двигателю).

В связи с тем, что принятый шаг винта отвечает только определенному режиму эксплуатации судна, на судах, которые часто меняют режим хода (промысловые суда, буксиры, паромы), вместо винтов фиксированного шага (ВФШ) применяют винты регулируемого шага (ВРШ).