Тяговые динамометрические испытания судов

Тяговые динамометрические испытания проводят лишь на судах некоторых типов, сопротивление которых в процессе эксплуатации изменяется в широких пределах (на ледоколах, буксирах, рыболовных траулерах). На судах, имеющих дизельные или дизель-электрические механические установки, поступь гребного винта изменяется в широком диапазоне, и при минимальном ее значении режим работы гребного винта приближается к швартовному. Различают два вида тяговых испытаний: швартовные испытания и ходовые испытания р так называемым «возом».

Испытания на швартовах ставят задачей проверку полезной тяги, создаваемой гребным винтом или винтами, в зависимости от их частоты вращения, а также допустимых с точки зрения загрузки двигателя частот вращения гребного винта. Если на судне установлен винт регулируемого шага (а на указанных типах судов этот движитель широко применяется), то графики зависимости тяги от частоты вращения винта и величины допустимых (с точки зрения загрузки двигателя) частот должны быть построены для нескольких значений шага винта. В тех случаях, когда цель испытаний ограничена проверкой загрузки двигателя и допустимых частот вращения гребного винта, оборудование места испытаний не вызывает затруднений, так как при этом должны быть обеспечены только надежная швартовка судна и глубина (два-три диаметра винта), достаточная для безопасной работы гребных винтов без существенного размыва дна акватории.

Полученные при этом данные будут приближенными, так как на характеристики винта возможно влияние дна акватории и стенки, к которой швартуется судно. Если в процессе испытаний требуется определить полезную тягу судна и проверить гидродинамические характеристики винта, то эти измерения необходимо производить на больших глубинах, исключающих влияние мелководья, а также на достаточном расстоянии от стенки, к которой швартуется судно. Длина буксирного конца, которым судно швартуется к стенке, должна быть не менее двух-трех длин судна.

Найти район, пригодный для проведения подобных испытаний, довольно сложно, так как в гаванях трудно обеспечить достаточное расстояние от стенки, а вне гаваней трудно найти точку для крепления буксирного троса.

Весьма удобны для закрепления буксирного троса так называемые палы — связки свай. Испытания небольших судов можно проводить, закрепив конец буксирного троса на бочке, однако при тяге на гаке около 15— 20 тс якоря самых крупных бочек начинают перемещаться по грунту.

В процессе тяговых динамометрических испытаний на швартовах должны быть измерены следующие величины: частота вращения гребных валов, мощность двигателя, тяга на гаке;  Если на судне имеется упоромер, то желательно измерить упор гребных винтов.

При испытании судов, оборудованных гребными винтами регулируемого шага, необходимо провести регистрацию шага лопастей (см. § 14).

Испытания проводят, как правило, в следующем порядке. Устанавливают четыре-пять значений частоты вращения вала в диапазоне от минимальных до максимально достижимых. На каждом режиме регистрируют перечисленные выше величины. Продолжительность каждого режима определяют временем, необходимым для измерений. В частности, если мощность двигателя оценивается по косвенному показателю — расходу топлива, то указанный замер является определяющим при установлении длительности каждого режима.

Требования, предъявляемые к состоянию моря и силе ветра при проведении тяговых испытаний, практически, те же, что и при проведении скоростных испытаний. Качка приводит к рывкам в швартовом тросе и очень искажает данные измерений.

Результаты испытаний представляют в виде графиков зависимостей мощности на валу и тяги на гаке от частоты вращения гребного вала. Эти зависимости удобно представлять в функции от n3 и n2 соответственно, так как при тщательно проведенных измерениях мощности и тяги они должны быть линейными. На график зависимости мощности от частоты вращения вала должна также наноситься верхняя ограничительная характеристика двигателя (для дизеля). Абсцисса пересечения кривых мощности с ограничительными характеристиками дизеля определяет предельную частоту вращения гребного вала.

С помощью данных измерений можно построить весьма важные для эксплуатации судна, оборудованного ВРШ, зависимости максимально допустимого шага винта (с точки зрения загрузки двигателя) от частоты вращения гребного вала (рис. 45).


Рис. 45. Кривая допустимого шага ВРШ.


Рис. 46. Тяговая диаграмма судна. I — кривая тяги ВРШ; II — кривая тяги обычного винта.

Для названных типов судов необходимо построить (и проверить на натурном судне) зависимости избыточной тяги на гаке от скорости. Если судно оборудовано ВРШ, то необходимо также выбрать наивыгоднейшее сочетание шага и частоты вращения гребного вала, обеспечивающее данную избыточную тягу.

Чтобы решить эти задачи, проводят испытания, в процессе которых испытуемое судно буксирует другое судно, называемое «возом». Элементы «воза» выбирают с таким расчетом, чтобы по данным испытаний можно было судить о тяговых характеристиках винта и экономичности главного двигателя во всем диапазоне возможных эксплуатационных режимов.

Рассматривая свободный ход и швартовный режим как два предельных случая, можно, как правило, считать достаточным проведение испытаний с двумя «возами», сопротивление движению которых выбирают таким образом, чтобы скорость судна с «возами» при полном использовании мощности главных двигателей составляла примерно 0,3 и 0,6 от полной скорости судна.

В процессе испытаний судна с «возом» производят те же измерения, что и при испытаниях на свободном ходу; дополнительно фиксируется сопротивление «воза» по показаниям динамометра, установленного на испытуемом судне. При этом рекомендуется та же схема крепления динамометров, что и при буксировочных испытаниях, однако динамометр размещают в корме испытуемого судна. Длина троса, с помощью которого производят буксировку «воза», должна быть достаточно большой (не менее 150—200 м), чтобы исключить его влияние на работу гребных винтов и сопротивление испытуемого судна.

Программа испытаний судна с «возом» аналогична испытаниям судна на свободном ходу: производят измерения при четырех-пяти значениях частоты вращения вала в диапазоне от минимальной до максимально допустимой. Если на судне установлен, ВРШ, подобные измерения выполняют при трех—пяти значениях шага лопастей.

При первичной обработке результатов испытаний строят графики зависимости скорости судна и мощности главных двигателей от частоты вращения гребных валов, а также график зависимости тяги на гаке от скорости судна. Данные измерения тяги, а также данные швартовных испытаний и испытаний на свободном ходу судна позволяют построить графики избыточной тяги в зависимости от относительной скорости судна (рис. 46) при условии использования полной мощности двигателя или работы двигателя по верхней ограничительной характеристике.

Для судов, оборудованных ВРШ, дополнительно строят графики зависимости расхода топлива от частоты вращения гребных валов. Сопоставление графиков v=f(n);N=f(n) и G=f(n), построенных для каждого значения шага гребного винта, позволяет выбрать наиболее экономичные режимы движения с заданной скоростью при данных элементах «воза».