Материал: GOSY

33.Выполнение реверса на судах с различными пропульсивными комплексами. Силы взаимодействия винта, руля и корпуса судна, и их учет при маневрировании.

Наибольшее распространение на морских судах в качестве главных двигателей имеют: двигатели внутреннего сгорания (ДВС), турбозубчатые агрегаты (ТЗА) и гребные электродвигатели (ГЭД). В качестве движителей используются ВФШ и ВРШ, образующие пропульсивные комплексы: ДВС-ВФШ, ТЗА-ВФШ, ГЭД-ВФШ, а также любой двигатель

— ВРШ.

Рассмотрим некоторые характерные особенности выполнения реверсов перечисленных пропульсивных комплексов.

Реверсирование ДВС-ВФШ (двигатель внутреннего сгорания с винтом фиксированного шага). На большинстве теплоходов установлены ДВС, напрямую связанные с гребным валом. Чтобы выполнить реверс, сначала закрывается подача топлива на ДВС. Затем, когда обороты снизятся, из пусковых баллонов в цилиндры подается воздух, проворачивающий двигатель в обратном направлении, после этого впрыскивается топливо, которое в результате сжатия воспламеняется, т. е. происходит запуск двигателя на топливе.

Для большинства теплоходов характерен замедленный реверс при торможении с полного переднего хода. Это объясняется тем, что давление контрвоздуха, подаваемого при реверсе в цилиндры, оказывается недостаточным для преодоления момента, приложенного к винту со стороны набегающего потока воды. Для большинства ДВС уверенный реверс возможен лишь тогда, когда обороты переднего хода вращающегося в турбинном режиме винта (после прекращения подачи топлива) снизятся до значения 25— 35 % от оборотов полного переднего хода, что соответствует снижению скорости судна примерно до значения 60—70 % от скорости полного переднего хода. При этом судно длительное время движется по инерции и успевает пройти значительный путь, нередко намного превышающий путь, проходимый судном после запуска двигателя на задний ход. На рис. 3.1 приведены графики скорости V(1) и тормозного пути, построенные по результатам натурных испытаний теплохода «Серов» водоизмещением 19500 т при торможении с полного переднего хода (Vо—16,4 уз) полным задним ходом (ПХП—ПХЗ). Если же торможение выполняется при сниженной начальной скорости, например с малого переднего хода, то реверс выполняется быстро за 10—15 с и путь торможения резко сокращается.

Двигатели внутреннего сгорания на заднем ходу развивают практически такую же мощность, как и на переднем.

Реверсирование ТЗА-ВФШ (турбозубчатого агрегата). На турбоходах при торможении используется турбина заднего хода, мощность которой составляет примерно 50% мощности турбины переднего хода (обе турбины имеют общий вал).

Для выполнения реверса с помощью маневрового клапана перекрывается пар на сопла турбины переднего хода и открывается на сопла заднего хода.

Необходимо учитывать, что ротор турбины вращается с частотой порядка нескольких тысяч оборотов в I мин, поэтому его остановка с помощью контрпара, подаваемого на лопатки турбины заднего хода, не может быть выполнена мгновенно. Тем не менее реверс турбины с полного переднего хода выполняется значительно быстрее, чем на теплоходах, обычно не более чем за 1 мин, но упор винта на заднем ходу сравнительно невелик. Благодаря указанным свойствам тормозные пути турбоходов при торможении с полного переднего хода обычно бывают того же порядка, что и на теплоходах при прочих равных условиях. Однако при малых начальных скоростях тормозные характеристики турбоходов из-за малой мощности турбины заднего хода значительно хуже, чем у теплоходов. Реверсирование ГЭД-ВФШ (гребных электродвигателей). Существуют различные типы электроприводов на постоянном и переменном токе. Судовые энергетические установки электроходов обычно состоят из нескольких дизельили турбогенераторов, питающих гребные электродвигатели, что позволяет оперативно варьировать мощностями в

зависимости от конкретных условий работы судна. Особенно удобны электроприводы на многовинтовых ледоколах и других судах специального назначения, условия работы которых изменяются в широких пределах.

Реверсирование электродвигателей осуществляется коммутированием питающего напряжения. Тормозные характеристики электроходов обычно несколько лучше, чем теплоходов.

Реверсирование ВРШ (винт регулируемого шага). Изменение направления упора ВРШ происходит в результате поворота лопастей винта без изменения направления вращения двигателя и без снижения частоты вращения.

Эффективность ВРШ при торможении существенно зависит от скорости срабатывания привода поворота лопастей. Механизмы поворота лопастей современных ВРШ, управляемые с мостика, позволяют изменить шаг винта с полного переднего на полный задний ход за 5—10 с, что обеспечивает резкое уменьшение тормозного пути. Суда с такими приводами обладают наилучшими реверсивными характеристиками.

Винт в направляющей насадке по сравнению с аналогичным винтом бед насадки при одинаковой частоте вращения создает силу упора при торможении приблизительно на 15% меньше.

Силы и моменты, возникающие при маневрировании одновинтового судна: При маневрировании судна возникают следующие силы:

1.Силы упоры винта Ре ();

2.Сила попутного потока В. Возникает за счёт того, что обводы корпуса на корме неодинаковы по высоте и скорость потока за корпусом судна в верхней части больше, чем в нижней. При движении вперёд сила попутного потока смещает корму влево.

3.Силы реакции воды D. Возникает за счёт того, что лопасти в верхнем положении встречают меньше сопротивления, чем в нижнем. Силы реакции воды всегда направлены по направлению вращения лопастей, то есть из винта правого вращения смещает корму вправо.

4.Силы взаимодействия винта и руля С. Возникает на п. х. За счёт того, что скорость потока в струе от винта в верхней части меньше, чем в нижней. За счёт этого на руле возникает сила С, которая стремится сместить корму влево при прямо поставленном руле. Её влияние можно уменьшить путём применения клиновидной формы руля и его смещения относительно винта по высоте.

5.Сила взаимодействия руля и корпуса судна С1. Возникает при работе винта на задний ход. За счёт того, что на правой стороне у винта правого вращения возникает область повышенного давления, а на левой – пониженного. В результате этого сила взаимодействия винта и корпуса судна стремится сместить корму влево

34.Влияние водоизмещения, осадки, дифферента и скорости судна на диаметр циркуляции и тормозной путь.

Скорость судна.

Исходная скорость хода V, с которой судно совершает прямолинейное движение до перекладки руля, влияет на диаметр установившейся циркуляции лишь в том случае, когда число Фруда (Fr)>0,3. При меньших числах Фруда указанное влияние практически не проявляется.

В то же время форма циркуляции, ее геометрические характеристики в эволюционном периоде (выдвиг, прямое смещение, обратное смещение) зависят от исходной скорости судна.

При ветре управляемость существенно зависит от скорости судна: чем скорость меньше, тем большее влияние ветра на управляемость.

Волнение моря Волнение моря способствует рыскливости судна, которое объясняется главным образом

тем, что при подходе под косым углом гребня волны судно уваливается в направлении его движения, как бы соскальзывая с гребня. Когда судно оказывается по другую сторону гребня, наблюдается обратное явление. Углы рыскания зависят от курсового угла волны и увеличиваются по мере возрастания волнения моря. Особенно неблагоприятным плавание будет при наличии ветровых волн и зыби от курсовых углов 120°—180° при скорости судна, близкой к скорости распространения волн. В этом случае амплитуда рыскания может составлять до 30—50°, а перекладка руля на попутной волне становится малоэффективной.

Элементы посадки судна.

Дифферент. Увеличение дифферента на корму приводит к смещению центра бокового сопротивления от миделя в сторону кормы, поэтому возрастает устойчивость судна на курсе и ухудшается его поворотливость. С другой стороны, дифферент на нос резко ухудшает устойчивость на курсе — судно становится рыскливым, что усложняет маневрирование в стесненных условиях. Поэтому судно стараются загрузить так, чтобы оно в течение рейса имело небольшой дифферент на корму.

Крен. Крен судна нарушает симметричность обтекания корпуса. Площадь погруженной поверхности скулы накрененного борта становится больше соответствующей площади скулы приподнятого борта. В результате судно стремится уклониться в сторону, противоположную крену, т.е. в сторону наименьшего сопротивления.

Осадка. Изменение осадки приводит к изменению площади бокового сопротивления погруженной части корпуса и площади парусности. В результате с увеличением осадки улучшается устойчивость судна на курсе и ухудшается поворотливость, а с уменьшением осадки — наоборот. Кроме того, уменьшение осадки вызывает увеличение площади парусности, что приводит к относительному усилению влияния ветра на управляемость судна

35.Влияние ветра и течения на управляемость судна.

На надводную часть судна действует кажущийся ветер, который является суммой

истинного WИ и курсового ветра V k . W W и V k . Надводная и подводная часть корпуса рассматривается 2-мя свойствами:

1)Равнодействующая всех сил, всегда смещается к передней кромке крыла по направлению движения.

2)Направление равнодействующей сил стремится к нормали поверхности.

Судоводитель всегда измеряет кажущийся ветер на движущемся судне. Он характеризуется величиной курсового угла qw и скоростью W. Величина аэродинамической силы действующей на судно рассчитывается:

где Са — коэффициент аэродинамичности

рв - плотность ветра

Sн - площадь проекции подводной части на ДП

W - скорость кажущегося ветра.

Плечо аэродинамической силы в безразмерном виде можно рассчитывать

lо - смещение центра боковой парусности относительно ДП

Разложим Ra на Rax и Ray.

Продольная составляющая Rax вызывает изменение cопротивления, а сила Ray - боковое смещение. Под действием Ray на корпусе судна

При движении корпуса судна с углом дрейфа на подводной его части возникает

где Cr - безразмерная сила гидродинамической силы

Р - плотность воды

Sn - площадь проекции подводной части корпуса по ДП

V - скорость судна.

Эта сила направлена в сторону противоположную Ra, а её плечо:

- угол дрейфа

Поскольку моменты аэро и гидро сил направлены в противоположные стороны, то для удержания судна на курсе момент от силы на руле должен быть больше разности Мр>Ма - Mr. По этой причине при носовых курсовых углах судно управляется хорошо.

Управляемость судна при кормовых углах ветра.

При кормовых курсовых углах ветра, точка приложения аэродинамической силы смещается в сторону кормы.

При появлении угла ветрового дрейфа по надводной части корпуса судна возникает поперечная гидродинамическая сила Rry - которая направлена в сторону противоположную Ray, но смещается в сторону носа от миделя. В этом случае знаки Ма и Мг совпадают. Для удержания судна на курсе необходимо переложить руль, момент которого должен скомпенсировать сумму Мр>Ма + Mr, по этой причине судно на кормовых курсовых углах ветра управляется плохо.

Потеря управляемости.

При движении постоянным курсом, при отсутствии ветра, судно удерживается на курсе перекладками руля Sтв, вокруг ДП судна Sтв=2 - 3

При движении в условиях ветра, руль приходится перекладывать на некоторый постоянный угол Sкомпенс, который компенсирует действия внешней силы манипулировать рулём этого положения на угол Sв=10-15.