Используются эластичные кабели, с ограничением угла разворота «Азипода», либо кольца скольжения (в этом случае колонка может вращаться вокруг вертикальной оси свободно без ограничений). Рулевая система «Азипода» гидравлическая.
В гондоле колонки располагается электродвигатель переменного тока, частота вращения которого регулируется частотным преобразователем.
Движительные комплексы «Азипод» могут выполняться в различных компоновках: в тянущем варианте, когда винт расположен впереди гондолы и толкающем – с расположением винта за гондолой, а также двухвинтовом варианте с винтами впереди и сзади гондолы при расположении винтов в насадке или без нее.
Важным положительным качеством ГВРК является хорошая управляемость судна на заднем ходу, благодаря большой поперечной силе, условиям обтекания корпуса, когда струя винта не натекает на него. Для обеспечения заднего хода ГВРК разворачивается на 180°, при этом гребной винт не реверсируется.
Рулевое устройство включает два или три гидравлических двигателя. Система контроля «Азипода» включает контроль всех электрических цепей на мостике вместе с главными электрическими панелями.
В отличие от ВРК с механическим приводом требуется обслуживание системы воздушного охлаждения. Воздух подается в рулевую колонку из румпельного помещения и может при необходимости предварительно охлаждаться в охладителях водой.
В качестве приводных двигателей применяются высокооборотные или среднеоборотные дизели, приспособленные для работы на средневязких топливах.
2.3. Установившиеся режимы совместной работы ГД с ВРШ
Область эксплуатационных режимов СДУ с ВРШ за счет изменения шагового отношения H/D существенно шире, чем в установках с ВФШ. Так, например, при n=0,6 можно получить увеличение мощности за счет разворота лопастей гребного винта с
до
[1]. Однако справедливости ради следует отметить, что фактическая мощность будет значительно ниже, из-за ограничений по допустимой нагрузке, так как ограничительная характеристика по теплонапряженности будет проходить существенно ниже внешней номинальной характеристики.
Винт регулируемого шага позволяет подобрать такое шаговое отношение для данной частоты вращения, при котором удельный расход топлива будет минимальным, а КПД винта – максимальным, что невозможно достигнуть при ВФШ. Зона используемых мощностей при установке ВРШ значительно больше.
ВРШ сложнее и дороже, чем ВФШ, но имеет ряд существенных преимуществ:
1. Имеется возможность более полно использовать мощность ГД в любых условиях плавания;
2. Улучшается маневренные качества судна, так как можно обеспечить любые малые скорости движения судна и его остановку при номинальной частоте вращения коленчатого вала ГД;
3. Повышается ресурс ГД, который во многом зависит от числа и продолжительности пусков;
4. Обеспечивается реверс при неизменном направлении вращения коленчатого вала ГД. При реверсировании нет необходимости преодолевать положительный вращающий момент гребного винта на ходу судна, как это имеет место в установках с ВФШ, где винт будет работать в режиме гидротурбины и при подаче контрвоздуха в цилиндры будут возникать дополнительные механические напряжения в валопроводе и ГД;
5. Можно применять более дешевые и надежные нереверсивные двигатели. Однако следует отметить, что ВРШ применяются в основном в установках с реверсивными СОД и редукторной передачей. При заклинивании лопастей и отказе ВРШ можно использовать его как ВФШ. Предусматриваются различные способы разворота и фиксации лопастей в определенном положении на передний ход (при помощи отжимных болтов или встроенных в ступицу пружин, которые при падении давления масла выводят поршень МИШ в положение переднего хода);
6. Обеспечивается эффективное управление ВРШ с мостика;
7. Можно начать движение судна с места при номинальных мощностях и частоте вращения коленчатого вала двигателя, а, следовательно, с максимальной тягой винтов без какой-либо перегрузки главных двигателей. Повышение скорости судна будет плавным и значительно быстрее, чем у судна с ВФШ. Это важно для судов, к которым предъявляются повышенные требования в отношении маневрирования (буксиры, ледоколы, паромы);
8. Обеспечивается простота реализации схемы с отбором мощности на привод валогенератора за счет возможности работы двигателя в режиме n=const.
2.4. Неустановившиеся режимы работы СДЭУ
2.4.1. Пуск ГД и ввод в режим эксплуатационной нагрузки
Пуск дизеля и вывод его на эксплуатационную нагрузку является одним из наиболее ответственных и напряженных режимов работы СДУ. Последовательность действий при подготовке к пуску и пуске ГД изложены в заводских инструкциях по эксплуатации двигателей и в нормативных Правилах технической эксплуатации.
В дизельных установках без ВРШ и разобщительных муфт при пуске ГД помимо затрат энергии на интенсивное раскручивание коленчатого вала двигателя, для создания в цилиндрах при сжатии давлений и температур достаточных для надежного самовоспламенения топлива, необходимо преодолеть силу инерции массы судна, момента инерции движущихся частей двигателя и сопротивление движению судна.
При страгивании в начальный момент пуска двигатель в установках с ВФШ работает за пределами швартовной характеристики даже при наличии в регуляторе устройства защиты от перегрузок (комбинированный способ управления) будет перегружаться по крутящему моменту.
Для обеспечения надежного пуска необходима качественная топливоподготовка, установка оптимального угла опережения впрыска, подогрев охлаждающей воды и смазочного масла для прогревания дизеля, хорошее состояние топливной аппаратуры, обязательная прокачка маслом с предварительным проворачиванием вала дизеля и контролем чистоты цилиндров, соответствующее давление пускового воздуха и воздуха системы управления, надлежащее техническое состояние компрессоров, поршневых колец, пуско-реверсивной системы.
На рис. 2.6 изображена схема изменения величины крутящего момента двигателя в зависимости от частоты вращения двигателя при установке заданной первоначальной пусковой частоты вращения [6].
Рис. 2.6. Пуск двигателя при комбинированном способе управления:
I – винтовая характеристика; II – швартовная характеристика; III – внешние характеристики двигателя (постоянная топливоподача); IV – заданная регуляторная характеристика; V – ограничительная характеристика
Участок 0–1 соответствует раскручиванию двигателя пусковым воздухом. При достижении пусковой частоты вращения в точке 1 отключается пусковой воздух и включается пусковая топливоподача, соответствующая пусковому заданию частоты вращения IV на всережимном регуляторе частоты вращения и ограничительной характеристике V.
Участок 1–2 соответствует резкому увеличению топливоподачи до ее пускового значения. Подвижный упор устройства защиты от перегрузки ограничивает ход сервомотора точкой 2. Если бы не было устройства защиты топливоподача увеличивалась бы до точки пересечения продолжения линии I-2 и регулировочной характеристики IV или до упора топливной рейки.
Участок 2–3 соответствует разгону двигателя по внешней частичной характеристике до выхода на швартовную характеристику II в точке 3. Участок 3–4 соответствует разгону судна. Далее в точке 4 управление топливоподачей переходит к регулятору, который снижает ее до выхода двигателя на установившийся режим в точке 5.
После пуска дизеля необходимо проверить показания всех контрольно-измерительных приборов, обратив особое внимание на давление смазочного масла, охлаждающих сред, топлива. Убедиться в отсутствии ненормальных шумов, стуков и вибрации. Проверить работу лубрикаторов смазки цилиндров [8].
Для осуществления пуска дизеля необходимо достигнуть определенной частоты вращения. При малой частоте вращения, вследствие снижения скорости движения плунжера и увеличения протечек топлива в насосных секциях ТНВД, давление нагнетания топлива резко снижается и качество распыливания его форсунками ухудшается. В двигателях с сервоприводом ТНВД и с аккумуляторными системами впрыска снижение давления впрыска не происходит.
Предусматривается три попытки пуска, различные программы и пуск с разных постов управления.
В некоторых двигателях предусмотрено отключение нескольких цилиндров для облегчения пуска за счет увеличения цикловой подачи топлива. Фирма Mitsui осуществила это на некоторых двигателях К90МС. Давление впрыска топлива в оставшихся в работе цилиндрах увеличилось. Стабильная работа ГД достигалась при 13 об/мин (тогда как номинальные обороты составляют 104 об/мин) [29]!
Ввод в режим эксплуатационной нагрузки и маневрирование.
Главный дизель после пуска или окончания маневров необходимо вводить в режим эксплуатационной нагрузки в течение времени, указанного в заводской инструкции по эксплуатации либо установленного судовладельцем. Запрещается сокращать время ввода дизеля в режим, за исключением случаев, связанных с угрозой человеческой жизни или безопасности судна.
Прогрев должен быть постепенным, чтобы не допускать перегрева и значительного изменения зазоров в сопрягаемых деталях двигателя и возникновения трещин. Более подробно вопросы ввода в эксплуатационный режим рассмотрены в [9].
Маневрирование – это изменение направления движения и скорости с помощью руля, движителя, подруливающих устройств. При маневрировании происходит временное утяжеление винтовой характеристики.
При наборе скорости разгон судна теоретически идет по винтовой характеристике, которая, как правило, располагается ниже ограничительной характеристики, как, например, у МОД и СОД двигателей MAN Diesel & Turbo (рис. 3.7, 3.11), двигателей W?rtsil? RT-flex 48T-D (рис. 3.9). Но иногда и совпадает с ограничительной характеристикой (W?rtsil? W38B, см. рис. 3.12).
Однако в установках с ВРШ винтовая характеристика часто совпадает с ограничительной характеристикой (W?rtsil? L32), почти совпадает (MAN L23/30, см. рис. 3.17) или даже находится выше ее, как, например, у двигателей MAK (рис. 3.21). Тогда рекомендованная область комбинаторных характеристик находится существенно ниже.
Колебания нагрузки при маневрировании, а значит и уровня теплонапряженности зависят от возможностей регулятора частоты вращения. Если регулятор реализует ограничения по теплонапряженности и давлению наддува (UG-40TL, PGA, электронные), то больших бросков топливоподачи при наборе мощности не будет (см. рис. 2.6). Если же такие функции не поддерживаются (регулятор UG-40), то нагрузки будут больше, а чрезмерное задание по частоте (R3) может привести к кратковременному максимальному положению рейки (выход на упор, на характеристику самого полного).
Допустим была уставка (задание) регулятора (R1), соответствующая малому ходу М вперед. Устанавливаем задание (уставку) среднего хода R2 или R3. Регулятор UG-40 отработает рассогласование частот вращения. Больше рассогласование, больше подача топлива. Продолжительность подачи в зависимости от нагрузки. А интенсивность подачи топлива зависит от настройки изодромной связи. Изодром может подать топливо быстро или растянуто.
Количества подаваемого топлива будут соответстветствовать подачам данных частичных характеристик, проходящих через точки пересечения винтовой характеристики I и новых заданных регуляторных R2 (или R3), а не уровню максимальной подачи (упор рейки).
Рис. 2.7. Маневровая операция при управлении регулятором типа UG-40: I, II, III – винтовые характеристики; R1, R2, R3 – регуляторные характеристики; СМ – Самый малый ход; М – Малый ход; С – Средний ход; СП – Самый полный ход.
Но в начале обороты еще не выросли до уровня заданной частичной характеристики. Весь прирост энергии полученной за счет сгорания увеличения подачи топлива пойдет на приращение момента, так как должен выдерживаться баланс энергии, поэтому и линия 01 идет выше линии С (или С1). Величина прироста энергии будет, конечно, зависеть и от эффективности использования впрыснутого топлива. На эффективность сгорания влияет эпюра впрыска.
Может произойти пересечение линии 01 сначала с регуляторной характеристикой в точке 1 с последующим разгоном по регуляторной характеристике R2 до точки 3, а возможен и выход на предельное ограничение подачи топлива в точку 1 штрих (упор рейки), если задание по оборотам было большим (характеристика R3). Тогда дизель разгоняется по характеристике максимальной подачи до частоты, которой соответствует точка 2, и далее по регуляторной характеристике R3 до режима 3 штрих.
С точек 3 или 3 штрих начинается разгон судна, инерция которого значительно больше инерции ГД и валопровода. Двигателем этот режим будет восприниматься как винтовой утяжеленный II. Положение этой линии будет зависеть от момента инерции ГД, валопровода, задания оборотов, изменения механических потерь в ГД и передаче.
