Особенности испытания судов, оборудованных гребными винтами регулируемого шага (ВРШ)
Отличительная особенность гребных винтов регулируемого шага — возможность поворота их лопастей относительно осей, перпендикулярных оси гребного вала, благодаря чему ВРШ становится как бы эквивалентным серии гребных винтов фиксированного шага. Поскольку в процессе эксплуатации судна гребной винт работает при различных положениях лопастей (шагах), объем натурных испытаний судов, оборудованных ВРШ, больше, чем у судов с винтами фиксированного шага.
Действительно, если скоростные испытания судна с винтами фиксированного шага проводят при четырех-пяти значениях частоты вращения винтов, то при наличии ВРШ судно испытывают при трех—пяти положениях лопастей и трех—пяти значениях частоты при каждом значении шага.
В дополнение к обычным измерениям, проводимым в процессе скоростных натурных испытаний судов с ВРШ, должен быть налажен контроль за положением лопастей.
Шаг лопастей ВРШ контролируют с помощью штатных указателей, установленных на ходовом мостике, в рубке, на вспомогательных постах управления и непосредственно у механизма изменения шага. На судах отечественной постройки указатели шага принято градуировать в отвлеченных величинах, поскольку изготовление шкал, градуированных непосредственно в шагах, возможно только непосредственно на судне. Перевод этих величин в значения шага производят с помощью вспомогательных графиков. Эти графики, ординаты которых определяют расчетным путем, должны быть уточнены при подготовке к испытаниям. Очевидно, что непосредственный контроль шага лопастей судна, находящегося на плаву, практически невозможен. Поэтому судить о действительном шаге лопастей можно лишь по положению тех или иных элементов привода. При разработке проекта ВРШ задается вполне определенное соответствие между шагом лопастей, положением элементов привода (например, подшипника обратной связи) и показаниями указателей шага. Однако это соответствие может быть нарушено в процессе изготовления и монтажа ВРШ на судне, поэтому при доковании, предшествующем испытаниям, следует обязательно проверить правильность монтажа и установки указателей шага.
В процессе изготовления гребного винта на фланцах его лопастей и ступице наносят риски, совмещение которых соответствует установке лопастей на так называемый конструктивный шаг. Под этим термином принято понимать шаг лопастей, для которого проектировалась их геометрия. Одновременно должны быть нанесены аналогичные риски на характерных деталях привода, находящихся внутри судна.
При доковании необходимо проверить одновременность совмещения этих рисок при установке лопастей на конструктивный шаг. В то же время должны быть нанесены риски, соответствующие положению лопастей на носовом и кормовом упоре, и зафиксированы положения указателей шага, соответствующие совмещению каждой пары рисок. На основе полученных данных корректируют кривую, связывающую шаг винта с показаниями указателя шага. Эта кривая в последующем используется при анализе результатов испытаний.
При проведении испытаний отдельные значения шага лопастей выбирают с таким расчетом, чтобы охватить весь рабочий диапазон комплекса винт — двигатель. Обычно испытания начинают с выбора шага гребного винта, соответствующего использованию полной мощности двигателя при номинальной частоте вращения. Для этой цели устанавливают номинальную частоту вращения гребного вала и заведомо заниженный шаг гребного винта, затем путем постепенного увеличения шага добиваются полной загрузки двигателя. Последнюю контролируют по теплотехническим параметрам, расходу топлива, а если на судне установлен торсиометр, то и по его показаниям. Как правило, значение шага винта, соответствующее полной мощности, близко к конструктивному. Устанавливают максимальный шаг лопастей, допускаемый конструкцией винта, так называемое положение носового упора. При этом положении лопастей загрузка двигателя по верхней ограничительной характеристике достигается путем постепенного увеличения частоты вращения винтов с одновременным контролем мощности.
Дальнейшие испытания проводят при одном-двух значениях шага, лежащих между носовым упором и конструктивным шагом, и при одном-двух шагах, меньших конструктивного.
Измерения, проведенные в процессе ходовых испытаний на режимах свободного хода, представляют в виде построенных для различных установочных шаговых отношений H/D графиков зависимости скорости судна и мощности главных механизмов от частоты вращения гребного винта. Характерные графики этого типа, так называемые винтовые, приведены на рис. 35. Помимо этих графиков строят зависимости расхода топлива на милю пройденного пути в функции от частоты вращения винта (рис. 36). Совместный анализ этих графиков позволяет выбрать режимы работы механической установки, обеспечивающие минимальный расход топлива на милю пройденного пути при заданной скорости судна. Для этого на график рис. 36 по данным графика, приведенного на рис. 35, наносят кривые постоянной скорости. Линия, проведенная через минимумы кривых постоянной скорости, характеризует искомый оптимальный режим.
Рис. 35. Зависимость скорости судна (а) и мощности на валу (б) от частоты вращения винта для судна, оборудованного ВРШ.
Рис. 36. Расход топлива на милю пути в зависимости от частоты вращения винта.
Оптимальные с точки зрения экономичности режимы работы дизелей, как правило, лежат в области больших шаговых отношений и малых частот вращения. Иначе говоря, минимальная частота вращения, при которой может быть достигнута данная скорость судна, соответствует, как правило, наиболее экономичному режиму.
В настоящее время большинство судов, оборудованных ВРШ, снабжается системой совместного управления шагом ВРШ и частотой вращения двигателя. Для проведения испытаний по изложенной программе эта система должна быть отключена. В некоторых случаях ограничиваются лишь проверкой ходовых качеств судна при работе по заданной схеме совместного управления. При подобных испытаниях желательно вести непрерывную запись шага ВРШ.