Двигатели и устройства малотоннажного моторного судна
Общие сведения о двигателях
Судовая конверсия двигателей
Судовая конверсия транспортных и многоцелевых двигателей заключается
в переделке их для работы на судне с нагрузкой, создаваемой гребным
винтом.
Условия эксплуатации транспортных (автомобильных, тракторных,
мотоциклетных и др.) двигателей отличаются от условий эксплуатации этих
двигателей на судне. Транспортные двигатели малочувствительны к частым
изменениям нагрузки, вибрации и сотрясениям, но в большинстве случаев не
приспособлены к длительной работе на максимальной мощности.
На судне относительное постоянство создаваемой гребным винтом нагрузки
при длительной эксплуатации двигателя на одном режиме приводит к
повышению механического износа рабочих деталей, увеличению расхода
горючего и сокращению моторесурса. Условия смазки двигателя также
ухудшаются, так как отсутствует обдув двигателя и особенно его картера
потоком воздуха, имеющий место при движении автомобиля или мотоцикла. В
связи с этим возникает необходимость в дополнительном охлаждении смазки
у всех четырехтактных двигателей с водяным охлаждением и в разработке
специальных мероприятий для охлаждения двигателей с воздушным
охлаждением.
Многоцелевые и тракторные двигатели рассчитаны на работу с длительной
постоянной и переменной нагрузками, поэтому условия их эксплуатации на
судне более благоприятны, тем более, что для тракторных двигателей в
связи с незначительной скоростью движения трактора влияние обдува
воздухом не имеет существенного значения.
Вместе с тем следует отметить, что практически на судне двигатель не
работает все время на одной мощности и при одинаковом числе оборотов,
так как нагрузки во время плавания меняются. Плавание может совершаться
против течения и ветра или наоборот; с полной нагрузкой или порожнем. В
начале рейса расходный бак и резервные емкости заполнены горючим, а к
концу рейса почти пусты. Время работы двигателя с различным
использованием мощности и числа оборотов определяется загрузкой судна,
его осадкой, наличием крена и дифферента и соответственно сопротивлением
воды движению и распределяется примерно так: работа на максимальной
мощности 10%; на эксплуатационной мощности 20%; на крейсерской мощности
60%; на малых ходах 10%.
Условия эксплуатации судовых конверсий транспортных (автомобильных и
мотоциклетных) двигателей вынуждают выбирать для двигателя режим работы,
не допускающий преждевременного износа - при мощности, немного меньше
максимальной, - так как эксплуатация на максимальной мощности без острой
необходимости ведет к нецелесообразному сокращению срока его службы.
Ниже указаны основные, общие для большинства двигателей, элементы
судовой конверсии.
Выбор режима работы двигателя. Целесообразные мощность и число оборотов
двигателя зависят: от обводов корпуса и режима движения судна.
Режимом работы двигателя называют сочетание нагрузки и скорости вращения
коленчатого вала при любом открытии дросселя карбюратора. Для всякого
заданного числа оборотов коленчатого вала наибольшая мощность будет
получена при полностью открытом дросселе.
При эксплуатации двигателя на судне характерны следующие режимы его
работы.
Режим максимальной мощности, т. е. мощности, при которой двигатель может
работать надежно, не снижая числа оборотов при полностью открытом
дросселе в течение 1-2 ч. Максимальная мощность равна номинальной
мощности, гарантируемой заводом-изготовителем по внешней характеристике.
На такой мощности эксплуатируют двигатели, установленные на гоночных
судах, причем нередко принимают специальные меры для ее увеличения -
форсирования. Например, двигатель ГАЗ-М21 (<Волга>), "имеющий
гарантированную заводом-изготовителем мощность 70 л. с. при 4000 об/мин,
на форсированном режиме может развивать мощность до 100 л. с. при -6000
об/мин.
Режим эксплуатационной мощности, на котором в пределах гарантированного
заводом-изготовителем моторесурса двигатель может непрерывно работать
неограниченное время. Эта мощность равна примерно 90% номинальной
мощности.
Учитывая относительно высокую стоимость автомобильных двигателей,
целесообразно в целях увеличения моторесурса двигателя при судовой
конверсии выбирать режим эксплуатационной мощности в пределах 70-90%
максимальной мощности, так как при уменьшении используемой мощности с 90
до 70% моторесурс двигателя возрастает почти вдвое.
Режим крейсерской мощности, необходимый для обеспечения скорости хода, с
которой судно движется большую часть времени и расходует наименьшее
количество горючего (см.. 8). В зависимости от назначения судна
крейсерскую мощность можно выбрать в пределах 35-70% максимальной
мощности. На режиме крейсерской мощности моторесурс двигателя еще более
увеличивается; так, если при 100% мощности двигателя моторесурс
составлял 200 ч, то при 50 % он составит около 800 ч, а при 35% -более
1200 ч.
У всех двигателей удельный расход топлива с увеличением или уменьшением
нагрузки возрастает. Наивыгоднейший по удельному расходу топлива
диапазон нагрузок - 70-100% максимальной мощности, установленной
заводом-изготовителем.
Многоцелевые и тракторные двигатели с водяным охлаждением и особенно
двигатели типа JT можно эксплуатировать на режиме максимальной мощности
Ne на судах всех типов, движущихся на режиме плавания и переходном.
У многоцелевых двигателей с принудительным воздушным охлаждением (типа
УД) и мотоциклетных следует снижать мощность и число оборотов
применительно к приведенным рекомендациям.
Для сравнительной оценки двигателя и расчетов скорости судна и гребного
винта служат внешняя и винтовая характеристики.
Внешняя характеристика Nem показывает зависимость эффективной мощности
двигателя от числа оборотов коленчатого вала при полностью открытом
дросселе (см. рис. 154). Изменение мощности по внешней характеристике
происходит за счет изменения передаваемого двигателем крутящего момента.
Винтовая характеристика Ne внт показывает зависимость эффективной
мощности двигателя от числа оборотов коленчатого вала при нагрузке
двигателя гребным винтом фиксированного шага и различном открытии
дросселя (см. рис. 154).
Мощность двигателя при каждом заданном дросселированием числе оборотов
равна мощности, потребляемой гребным винтом. Максимальная потребляемая
гребным винтом мощность, разумеется, не может быть выше максимальной
мощности двигателя, поэтому кривые Nem и NeBm обязательно пересекаются.
Когда двигатель работает на автомобиле, с увеличением крутящего момента
скорость вращения коленчатого вала и мощность по внешней характеристике
уменьшаются; у двигателя, нагруженного гребным винтом, с уменьшением
подачи горючего скорость вращения коленчатого вала уменьшается и
мощность по винтовой характеристике падает.
В эксплуатационных условиях число оборотов вала двигателя зависит (при
полностью открытом дросселе) от скорости хода судна. Чем меньше
нагружено судно и чем меньше сопротивление воды его движению, тем
большее число оборотов разовьет двигатель, поэтому характер зависит от
обводов корпуса судна и создаваемого им сопротивления.
