СНИЖЕНИЕ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКУЮ НАГРУЖЕННОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ ПУТЕМ СТРУЙНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОДЫ НА ВИНТ
Аннотация
В статье выполнена оценка возможности воздействия на параметры тепловой и механической напряженности главного двигателя, работающего на гребной винт фиксированного шага. Работа главного двигателя в изменяющихся условиях эксплуатации судна при условии поддержания заданной частоты вращения характеризуется возможной его перегрузкой по показателям тепловой и механической напряженности. Это приводит к необходимости снижения частоты вращения двигателя. При этом параметры главного двигателя в каждом конкретном режиме являются зависимыми от внешних условий эксплуатации. В научно-технической литературе и судовой документации не приводятся зависимости параметров двигателя от внешних условий эксплуатации судна, вызывающих утяжеление или облегчение винтовой характеристики. В результате под влиянием внешних условий эффективность технической эксплуатации судна изменяется. С целью оценки влияния внешних факторов на параметры главного двигателя выполнена обработка данных, приведенных в судовой документации, расчетных данных и отчетной документации машинной команды. Это позволило сформировать графические зависимости параметров тепловой и механической напряженности в относительном виде для каждого рассматриваемого параметра при изменении внешних условий. Верификация полученных зависимостей выполнена с помощью универсальных характеристик. Для обобщения полученных результатов использован параметр «относительная поступь гребного винта». Этот параметр характеризует суммарное внешнее воздействие условий эксплуатации на двигатель. Применение системы дополнительной струйной подачи воды на поверхность лопасти гребного винта оказывает влияние на гидродинамический момент сопротивления гребного винта, что приводит к изменению винтовой характеристики главного двигателя. За счет этого ограничивается суммарное влияние внешних условий на параметры тепловой и механической напряженности. Рассмотрен вариант подачи дополнительной воды на лопасти гребного винта при ухудшении внешних условий, соответствующих 10 %-му возрастанию мощности, потребляемой для достижения проектной скорости движения. Это позволяет ограничить снижение частоты вращения двигателя с 75 % до 95 % номинальной. По результатам исследований сформулированы основные преимущества гребного винта, оборудованного щелевой насадкой подачи дополнительной воды на лопасти.
Ключевые слова
судовой двигатель, гребной винт, винтовая характеристика, тепловая напряженность, механическая напряженность, внешние условия эксплуатации, частота вращения, относительная поступь винта, струйное воздействие
Читать полный текст статьи: PDF
Список литературы
Иванченко А. А. Повышение качества проектирования и эксплуатации дизельных установок судов внедрением математического моделирования их рабочего процесса / А. А. Иванченко, Ю. В. Тамбовский // Транспортное дело России. - 2017. - № 5. - С. 169-173.
Международная Конвенция по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ-73/78). - СПб.: АО «ЦНИИМФ», 2017. - Кн. III. - 412 с.
Zhao F. Power management of vessel propulsion system for thrust efficiency and emissions mitigation / F. Zhao, W. Yang, W. W. Tan, W. Yu, J. Yang, and S. K. Chou // Applied Energy. - 2016. - Vol. 161. - Is. C. - Pp. 124-132. DOI: 10.1016/j.apenergy.2015.10.022.
Molland A. F. Propeller Characteristics / F. A. Molland, S. R. Turnock, D. Hudson // Ship Resistance and Propulsion: Practical Estimation of Ship Propulsive Power. - 2nd ed. - Cambridge: Cambridge University Press, 2017. - Pp. 277-312. DOI:10.1017/9781316494196.014
Дитятев С. Г. Исследование изменений винтовой характеристики судового малооборотного дизеля в эксплуатации: дис. … канд. техн. наук; специальность: 05.08.05 - судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) / С. Г. Дитятев. - Л.: ЛВИМУ им. адм. С. О. Макарова, 1984. - 295 c.
Возницкий И. В. Двигатели модельного ряда MC 50-98. Конструкция, эксплуатация и техническое обслуживание / И. В. Возницкий. - М.: Моркнига, 2008. - 260 с.
S70MC Project guide [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://marine.man-es.com/ (дата обращения: 01.09.2018).
Geertsma R. W. Pitch control for ships with diesel mechanical and hybrid propulsion: Modelling, validation and performance quantification / R. W. Geertsma, R. R. Negenborn, K. Visser, M. A. Loonstijn, J. J. Hopman // Applied Energy. - 2017. - Vol. 206. - Pp. 1609-1631. DOI: 10.1016/j.apenergy.2017.09.103.
Шаратов А. С. Струйное воздействие на динамику гребного винта / А. С. Шаратов // Вісник двигунобудування. - 2010. - № 2. - C. 82-85.
Carlton J. S. Propeller Performance Characteristics / J. S. Carlton // Marine Propellers and Propulsion. - 3nd ed. - Butterworth-Heinemann: Elsevier Ltd., 2012. - Pp. 79-136. DOI: 10.1016/B978-0-08-097123-0.00006-X.
Banawan A. A. Prediction of the fuel saving and emissions reduction by decreasing speed of a catamaran / A. A. Banawan, M. Mosleh, I. S. Seddiek // Journal of Marine Engineering & Technology. - 2013. - Vol. 12. - Is. 3. - Pp. 40-48. DOI: 10.1080/20464177.2013.11020287.
Test result of shop trial, mitsui-m.a.n. B&W 7s70MC. - Mitsui engineering & shipbuilding Co ltd, 1995. - 15 p.
Basic Principles of Ship Propulsion [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://marine.man-es.com/propeller-aft-ship/ (дата обращения: 01.09.2018).
Расчетная программа CEAS Engine Calculations [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://marine.man-es.com/two-stroke/ceas (дата обращения: 01.09.2018).
Безюков О. К. Современная концепция регулирования охлаждения судовых дизелей / О. К. Безюков, В. А. Жуков, В. Н. Тимофеев // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2015. - № 3 (31). - С. 93-103. DOI: 10.21821/2309-5180-2015-7-3-93-103.
Гиттис В. Ю. Теоретические основы эксплуатации судовых дизелей / В. Ю. Гиттис, В. Л. Бондаренко, Т. П. Ефимов. - М.: Транспорт, 1965. - 376 с.
Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Дизели 6Ч(СП) 18/22, 6ЧН(СП) 18/22. - М.: Внешторгиздат. - Изд. № 883Н. - 80 с.
Taskar B. The effect of waves on engine-propeller dynamics and propulsion performance of ships / B. Taskar, K. K. Yum, S. Steen, E. Pedersen // Ocean Engineering. - 2016. - Vol. 122. - Pp. 262-277. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2016.06.034.
Иванченко А. А. Проблемы эксплуатации судов с дизельными установками нового поколения и задачи по их совершенствованию / А. А. Иванченко, И. А. Щенников // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2014. - № 5 (27). - С. 26-33.
Мясников Ю. Н. Характеристики пропульсивного комплекса в проблеме обеспечения энергоэффективной и безопасной эксплуатации морского судна: монография / Ю. Н. Мясников, А. М. Никитин. - СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2016. - 136 с.
Орехов С. Н. Улучшение топливной экономичности судового двигателя на эксплуатационных режимах при увеличении максимального давления цикла / С. Н. Орехов, К. Ю. Перов // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. - 2010. - № 1 (78). - С. 81-86.
Осовский Д. И. Исследование гидродинамических характеристик гребного винта, оборудованного струйной механизацией в гидродинамической трубе / Д. И. Осовский, А. С. Шаратов // Рыбное хозяйство Украины: научно-производственный журнал. - 2007. - № 6. - C. 37-38.
Пат. 46740 Украина, МПК B63H 1/00. Конструкция механизированного гребного винта / Д. И. Осовский, А. С. Шаратов; заяв. и патентообл. Керченский государственный морской технологический университет. - № 200903725; заявл. 16.04.2009; опубл. 11.01.2010, Бюл. № 1. - 4 c.
Об авторах
Шаратов Алексей Сергеевич - инженер-механик 1 категории
ФГБОУ ВО «Керченский государственный морской технологический университет»
