CC BY-NC
9
DOI: 10.24937/2542-2324-2021-1-S-I-147-149 УДК 629.5.03-185.3
А.С. Шаратов, А.Р. Гарафутдинов
ФГБОУ ВО «КГМТУ», Керчь
СОПОСТАВЛЕНИЕ ВИНТОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЛАВНЫХ МАЛООБОРОТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ
В условиях эксплуатации главный двигатель и винт фиксированного шага взаимозависимы, а их параметры взаимосвязаны. Главные малооборотные двигатели, как правило, имеют значительную цилиндровую мощность и используются на судах, характеризующихся значительными коэффициентами объемной полноты корпуса. При стационарности факторов эксплуатации, скорость судна прямо пропорциональна частоте вращения гребного винта, что позволяет говорить об автомодельности характеристик сопротивления корпуса и момента сопротивления гребного винта. Анализ результатов эксплуатационных испытаний крупнотоннажных судов показал отклонение коэффициента параболы винтовой характеристики от характерных значений. Рост погрешности в оценке и прогнозировании теплонагруженности двигателя, работающего по винтовым характеристикам, может способствовать снижению надежности главной энергетической установки. В работе на основании данных эксплуатационных испытаний проанализированы показатели взаимодействия ГД, корпуса судна и гребного винта по параметрам, входящим в уравнения винтовой и ходовой характеристик. Для верификации данных использована математическая модель тренажера TRANSAS Engine Room System. На основании полученных данных принято решение о необходимости корректировки математического описания винтовых характеристики при подготовки приемо-сдаточных испытаний судна, контроле теплонагруженности двигателей в эксплуатации.
Ключевые слова: главный малооборотный двигатель, буксировочное сопротивление, скорость судна, винтовая характеристика.
Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
DOI: 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-147-149 UDC 629.5.03-185.3
A.S. Sharatov, A.R. Garafutdinov
Kerch State Marine Technological University, Kerch
COMPARISON OF PROPELLER LOAD CURVE OF THE MAIN LOW-SPEED ENGINES BASED ON THE RESULTS OF MODELING AND TRIAL TESTS
Under operating conditions, the main engine and the fixed pitch propeller are interdependent, and their parameters are interrelated. Main low-speed engines, as a rule, have significant cylinder power and are used on vessels characterized by significant coefficients of the hull volumetric completeness. With the stationarity of the operating factors, the vessel's speed is directly proportional to the propeller rotational speed. Thus we can talk about the self-similarity of the hull resistance characteristics and the propeller resistance moment. Analysis of the results of operational tests of heavy-tonnage vessels showed the deviation of the parabola coefficient of the propeller characteristic from the characteristic values. An increase in the error in assessing and predicting the heat load of an engine operating according to propeller characteristics can contribute to a decrease in the reliability of the main power plant. In the article, based on the operational test data, the indicators of interaction between the main en-
Для цитирования: Шаратов А.С., Гарафутдинов А.Р. Сопоставление винтовых характеристик главных малооборотных двигателей, полученных по результатам моделирования и эксплуатационных испытаний. Труды Крыловского государственного научного центра. 2021; Специальный выпуск 1: 147-149.
For citations: Sharatov A.S., Garafutdinov A.R. Comparison of propeller load curve of the main low-speed engines based on the results of modeling and trial tests. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2021; Special Edition 1: 147-149 (in Russian).
А.С. Шаратов, А.Р. Гарафутдинов
Сопоставление винтовых характеристик главных малооборотных двигателей, полученных по результатам моделирования
gine, the vessel's hull and the propeller are analyzed in terms of the parameters of the equations of propeller and running characteristics. To verify the data, a mathematical model of the TRANSAS Engine Room System simulator was used. Based on the data obtained, it was agreed that adjustments of the mathematical description of the propeller characteristics should be made during the preparation of the vessel acceptance tests and the engines heat load control during operation. Key words: mail low-speed engine, towing resistant, ship speed, propeller load curve. Authors declare lack of the possible conflicts of interests.
В условиях эксплуатации главный малооборотный двигатель и винт фиксированного шага взаимозависимы, а их параметры взаимосвязаны [1]. Зависимость мощности, вырабатываемой главным двигателем (Ые) и потребляемой гребным винтом (Ыв) для достижения заданной скорости судна (у), при полностью погруженном винте, оценивается уравнением вида [2]:
N. = N = cx-va
(1)
Ne
Nescv"
в балласте
Рис. 1. Ходовая характеристика судна
Ne, кВТ 8000
40,0
50,0
1,0 п, об/мин.
Рис. 2. Винтовые характеристики малооборотных двигателей: 1 - данные расчетного исследования;
2 - модель танкера в тренажере Transas;
3 - балкер CX9701; 4 - танкер «Nell Jacob»
Обобщенно, зависимость (1) представляет собой кубическую параболу, как показано на рис. 1, характеризующуюся коэффициентом:
V
2/3
Ca
(2)
где с1 - коэффициент ходовой характеристики; а - коэффициент степени ходовой характеристики (для судов с умеренной скоростью а = 2,8-3,2).
где V - объемное водоизмещение судна, м3; Са -адмиралтейский коэффициент, определяемый по протоколу испытаний судов с одинаковым числом Фруда и известными начальными показателями мощности Ыво, водоизмещения V0 и скорости у0 [2].
При стационарности факторов эксплуатации, скорость судна прямо пропорциональна частоте вращения гребного винта, а автомодельность характеристик сопротивления корпуса (К) и гребного винта выражается зависимостями:
(3)
R = k-v"-1; Мв = с2-п"-1; Ne = с3п
где к - коэффициент сопротивления; с2, с3 - коэффициенты винтовой характеристики; Мв - момент сопротивления гребного винта; n - частота вращения главного двигателя.
Главные малооборотные двигатели, как правило, имеют значительную цилиндровую мощность и используются на судах, характеризующихся значительными коэффициентами объемной полноты корпуса. Это приводит, как отмечено в публикациях [2]—[4], к отклонению коэффициента степени винтовой характеристики (а) от характерных значений. Наблюдаемый при этом рост погрешности оценки и прогнозирования теплонагруженности двигателя, работающего по винтовым характеристикам, может отрицательно влиять на надежность главной энергетической установки.
В работе на основании данных эксплуатационных испытаний, подобных материалам [5], проанализированы показатели взаимодействия главного двигателя, корпуса судна и гребного винта по параметрам, входящим в уравнения (1)-(3). Для оценки показателя степени (а) винтовой характеристики использованы результаты эксплуатации танкера «Nell Jacob» дедвейтом 160 тыс. тонн, балкера CX9701 дедвейтом 71,9 тыс. тонн, танкера дедвейтом 65 тыс. тонн. В качестве критерия режима работы конкретного судна использован коэффициент
с
148
Труды Крыловского государственного научного центра. Специальный выпуск 1, 2021
Таблица 1. Показатели взаимодействия элементов пропульсивного комплекса анализируемых транспортных судов
Название судна / модели Маркировка главного двигателя Коэффициент общей полноты (5) Показатель степени винтовой характеристики (а) Коэффициент винтовой характеристики (с3) для эксплуатационных испытаний
CX9701 5S65ME 0,717 2,819 0,0387
m/v «Neil Jacob» 6S70MC 0,8 3,238 0,0074
Tanker dwt 65,000 ton 6S60MC 0,75 3.5 0,001
винтовой характеристики (с3). Для анализа использованы режимы с умеренной скоростью хода судна в диапазоне от 7 до 12 узлов. Для верификации использованы данные, полученные с использованием математической модели тренажера TRANSAS Engine Room System (ERS)-5000 и расчетной программы CEAS Engine Calculations [6].
На рис. 2 показаны винтовые характеристики, построенные по результатам эксплуатационных испытаний морских судов, моделирования и расчетного исследования [6].
Анализ результатов, представленных на рис. 2, подтверждает отклонение показателя степени (") винтовой характеристики исследуемых судов от типового расчетного значения. Результаты обработки винтовых характеристик приведены в таблице 1.
По результатам сопоставления винтовых характеристик главных малооборотных двигателей, полученных по результатам эксплуатационных испытаний и моделирования, подтверждено отклонение степени винтовых характеристик от типовых значений.
Полученные данные подтверждают необходимость дальнейшего исследования режимов работы
современных судов с целью корректировки математического описания винтовых характеристик двигателя и совершенствования методики контроля его теплонагруженности.
Список использованной литературы
1. Дитятев С.Г. Исследование изменений винтовой характеристики судового малооборотного дизеля в эксплуатации: дис. ... канд. техн. наук. - Л.: ЛВИМУ им. адмирала С.О. Макарова, 1984. 295 с.
2. Камкин C.B., Возницкий И.В., Шмелев В.П. Эксплуатация судовых дизелей. М.: Транспорт, 1990. 344 с.
3. Basic Principles of Ship Propulsion [Электронный ресурс] // URL: https://marine.man-es.com/propeller-aft-ship/ (дата обращения 8.01.2021).
4. Hansen S.V., Petersen J.B., Jensen J.J., Lutzen M. Performance Monitoring of Ships // Technical University of Denmark (DTU), 2012. 214 p.
5. Test result of shop trial, mitsui-m.a.n. B&W 6S70MC. Mitsui engineering & shipbuilding Co ltd, 1998. 24 p.
6. Расчетная программа CEAS Engine Calculations [Электронный ресурс] // URL: https://marine.man-es.com/ two-stroke/ceas (дата обращения 8.01. 2021).
Поступила / Received: 15.11.21 Принята в печать / Accepted: 08.12.21 © Шаратов А.С., Гарафутдинов А.Р., 2021
