Стандартные режимы. Предприятия-изготовители в соответствии с ГОСТ 10150—75 (или соответствующими ему стандартами других стран) устанавливают для судовых дизелей определенную градацию мощностей и соответствующую каждой мощности частоту вращения, характеризующие поле допустимых нагрузок дизеля.

Номинальная мощность — это длительная эффективная мощность, назначаемая предприятием-изготовителем при номинальной частоте вращения, определенной комплектности и определенных условиях, с учетом возможности развития максимальной мощности. Длительность непрерывной работы дизеля на номинальной мощности не ограничивается.

Максимальная мощность — это кратковременная мощность, превышающая номинальную при указанных выше условиях и комплектности и используемая периодически в течение ограниченного времени (обычно в течение 1 ч). Для судовых дизелей она составляет 110% номинальной мощности при частоте вращения 103% номинальной.

Полная мощность — это длительная эффективная мощность, гарантируемая предприятием-изготовителем при соответствующих частоте вращения, комплектности и условиях, для которых предназначается дизель, устанавливаемая с учетом недопустимости ее превышения. Она назначается в случае, если не оговорена номинальная мощность. Длительность непрерывной работы дизеля на полной мощности не ограничивается.

Минимальная мощность, допустимая при длительной работе дизеля, — это наименьшая длительная эффективная мощность, гарантируемая предприятием-изготовителем при соответствующей частоте вращения. Минимальной мощностью, составляющей 10—20% номинальной, определяется предел уменьшения скорости судна.

Мощность, соответствующая минимально устойчивой частоте вращения, — это наименьшая мощность, при которой обеспечивается заданная степень нестабильности частоты вращения. Данной мощностью, составляющей 3—4% номинальной, при часто-те’вращения 30% номинальной, определяются маневренные возможности судна. Допускаемая продолжительность работы дизеля на такой мощности составляет 2—3 ч.

Для дизелей, имеющих разобщительные устройства (реверс-редуктор илй реверсивную муфту), устанавливают минимально устойчивую частоту вращения на холостом ходу, составляющую 30—45% номинальной.

Все дизели должны обеспечивать устойчивую и надежную работу на любых режимах в диапазоне от минимально устойчивой до номинальной частоты вращения, соответствующей номинальной или полной мощности под нагрузкой.

Кроме этих, предусмотренных стандартом режимов работы дизелей, различают эксплуатационную мощность, т. е. среднюю мощность, развиваемую дизелем в реальных условиях эксплуатации при фактических загрузке и скорости судна. Для разных типов судов эксплуатационная мощность различна. Так, для грузовых теплоходов она составляет 85— —90%, для буксирных 90—95%, а для рейдовых и служебно-разъездных 65—70% номинальной. При нормировании расходов топлива учитывают именно эксплуатационную мощность.

Разгон судна. При установившемся движении судна с постоянной скоростью упор гребного винта равен сопротивлению воды движению судна, а работа двигателя характеризуется точкой, лежащей на винтовой характеристике.

Рис. 1. Характеристики работы дизеля при разгоне судна:
а — медленный разгон; б — быстрый разгон; в — ступенчатый разгон водоизмещающего судна; г — ступенчатый разгон судов на подводных крыльях

При разгоне судна (при неустановившемся движении с положительным ускорением) упор гребного винта превышает сопротивление воды движению судна на величину, зависящую от инерции массы судна и присоединенной воды, а работа двигателя в каждый данный момент времени характеризуется точкой, лежащей выше кривой винтовой характеристики.

На рис. 292 даны характеристики работы двигателя при разгоне судна, на котором изображены: винтовая характеристика швартовного режима (кривая 1)\ винтовая характеристика ходового режима (кривая 2)\ внешняя характеристика максимальной (полной) мощности (кривая 3); ограничительная характеристика или внешняя характеристика номинальной мощности (кривая 4)\ регуляторные характеристики (кривая 5); характеристика неустановившегося режима при разгоне (пунктирная кривая).

При медленном разгоне судна с малыми ускорениями (с медленным непрерывным увеличением подачи топлива) характеристика работы двигателя будет соответствовать пунктирной кривой OA (рис. 292, а) и все параметры работы двигателя будут находиться в пределах, допускаемых для Длительной работы. Несмотря на достоинства такого метода разгона судна, практически он не реализуется из-за трудности длительного ручного регулирования двигателя и отсутствия конструкций ДАУ с подобной программой.

В случае быстрого разгона судна с большими ускорениями (с быстрым увеличением подачи топлива до величин, соответствующих полному ходу) характеристика работы двигателя будет соответствовать ломаной кривой OABCD.

В начальный период разгона рейка топливных насосов перемещается от нулевого положения к положению полной подачи топлива, а работа двигателя соответствует кривой ОАВ. В точке В рейка топливных насосов доходит до упора и двигатель начинает работать по внешней характеристике максимальной мощности (участок ВС кривой 3). В точке С вступает в действие всережимный регулятор, уменьшающий подачу топлива до величины, соответствующей полному ходу, и двигатель по участку CD регуляторной характеристики 5 переходит на работу, соответствующую точке D кривой 2 винтовой характеристики ходового режима. При таком разгоне достигаются высокие маневренные качества судна; он обеспечивается существующими ДАУ при установке рукоятки управления из положения «Стоп» в положение «Полный ход». Недостатком данного способа является перегрузка дизеля в период разгона, величина которой соответствует площади, ограниченной ломаной кривой ABCD.

Для снижения перегрузки и ее длительности увеличивают период разгона судна, применяя ступенчатый метод разгона, для чего делают необходимые выдержки времени при каждом изменении положения рукоятки управления.

При трехступенчатом разгоне судна характеристика работы двигателя будет соответствовать ломаной кривой OABCDEF. Участки кривых OA, ВС и DE соответствуют работе двигателя в момент увеличения подачи топлива под воздействием органов управления, а участки АВ, CD и EF — в момент уменьшения ее под воздействием регулятора при неизменном положении органов управления. Такой способ позволяет существенно уменьшить или полностью предотвратить перегрузку двигателя при разгоне судна. С увеличением числа ступеней разгона нагрузка дизеля будет снижаться, а при бесконечно большом числе их ломаная кривая на рис. 1, в совпадет с пунктирной кривой на рис. 1, а. Этот способ является наиболее рациональным при управлении движением судна и работой силовой установки. Программа ступенчатого разгона задается оператором как при ручном, так и при автоматизированном управлении двигателя. Продолжительность выдержки на каждой ступени определяется по прекращению изменения частоты вращения по тахометру или по совпадению ее по тахометру и по шкале на пульте управления.

Скоростные суда, благодаря особенностям конструкции корпуса и установленных на них двигателей, имеют очень небольшой резерв мощности (винтовая и ограничительная характеристики размещаются близко одна к другой). Поэтому разгон их требует особой внимательности от обслуживающего персонала. Для снижения вредных последствий работы на перегрузочных режимах завод—изготовитель дизелей рекомендует пятиступенчатый разгон судов на подводных крыльях.

Нормальный режим. Если гребные винты спроектированы и подобраны правильно, то при движении судна с полным грузом главные двигатели должны развивать номинальную мощность при номинальной частоте вращения.

Вследствие изменения расчетного режима работы судна, неточности изготовления гребных винтов и по некоторым другим причинам фактическая мощность главных двигателей при нормальной частоте вращения может отличаться от паспортной.

Нормальным режимом работы главных двигателей называется такой, при котором полностью используется располагаемая мощность без перегрузки по среднему эффективному давлению, температурам и скорости при движении судна с паспортной нагрузкой в расчетных условиях.

Показатели нормального режима определяют по пересечению винтовой характеристики (для ра!боты судна с паспортной нагрузкой) с принятой ограничительной характеристикой. Последней могут быть кривые частоты вращения (ограничение скоростного режима), внешней характеристики номинальной мощности (ограничение среднего эффективного давления) и предельных температур (ограничение температурного режима).

При движении .судна порожнем винтовая и ограничительная характеристики пересекаются в точке, соответствующей мощности выше номинальной, значит, для этого случая винты являются гидродинамически легкими.

Если винтовая и ограничительная характеристики пересекаются в точке, соответствующей частоте вращения и мощности меньше номинальной, винты являются тяжелыми.

Винтовая характеристика изменяется в зависимости от условий плавания, загрузки судна и состояния движителей.

Правильно определив наивыгоднейший режим работы дизеля по пересечению винтовой и ограничительной характеристик, можно избежать перегрузки дизеля и полностью использовать его мощность.

Режим холостого хода. При работе нереверсивных дизелей на холостом ходу наблюдается значительная неравномерность подачи топлива топливными насосами и форсунками, приводящая к понижению давления распы-ливания, ухудшению смесеобразования, низкому температурному режиму, а иногда и к пропускам вспышек в цилиндрах. Это способствует интенсивному отложению нагара на поршнях, уплотнительных кольцах, клапанах и распылителях форсунок, в связи с чем необходимо ограничивать продолжительность работы дизелей на холостом ходу 15—30 мин.

Перегрузочный режим. Работа дизеля с перегрузкой (если она допускается инструкцией завода-изготовителя) должна строго соответствовать рекомендациям этой инструкции. При работе с перегрузкой требуется усиленный контроль за состоянием дизеля. Предельная допустимая мощность устанавливается заводом-изготовителем исходя из прочности отдельных деталей и из условий протекания рабочего цикла. Для главных судовых дизелей допускается работа с перегрузкой по мощности на 10% и по оборотам на 3% в течение не более 1 ч.

Перегрузка приводит к перерасходу топлива, повышенным износам, а в отдельных случаях и к поломкам деталей.

При эксплуатации судна без вахты в машинном отделении вахтенный начальник, устанавливая перегрузочный режим, должен вызвать подвахтенного помощника механика для непосредственного наблюдения за дизелем в течение всего времени работы с перегрузкой. Причину и продолжительность работы на перегрузочном режиме вахтенный начальник обязан записать в журнал.

Особое внимание при работе с перегрузкой нужно обращать на охлаждение и смазку, не допуская повышения температуры воды и масла сверх предельных, а также следить за температурой подшипников по приборам и нагреву картерных крышек дизеля (на ощупь).

Перегрузка дизеля может быть следствием его работы при среднем эффективном давлении большем, чем нормальное для данной частоты вращения, при частоте вращения выше номинальной или при коэффициенте избытка воздуха меньше нормального. В соответствии с этим различают перегрузку по среднему эффективному давлению (за счет увеличения цикловой подачи топлива), по скорости (за счет увеличения частоты рабочих циклов) и по температурному режиму (за счет повышения температурного режима в случае сгорания нормального количества топлива при недостаточном количестве воздуха). На практике эти виды перегрузки могут встречаться как в отдельности, так и вместе, в различных сочетаниях.

Следовательно, дизель может работать с перегрузкой не только в результате увеличения подачи топлива в аварийной обстановке вахтенным начальником, но и вследствие изменения условий работы судна: величины буксируемого или толкаемого состава, осадки, глубины воды, атмосферных условий и т. п. Чтобы предотвратить такую непроизвольную перегрузку, вахтенный начальник должен быть внимателен к показаниям приборов, контролирующих работу двигателя, учитывать влияние на его мощность условий плавания судна, особенно при отсутствии постоянной вахты в машинном отделении.

Все виды перегрузок вредны, так как в большей или меньшей степени ухудшают условия сгорания топлива в цилиндрах, увеличивают тепловую или динамическую нагрузку и ухудшают условия смазки. Из-за этого при работе дизеля с перегрузкой повышается удельный расход топлива, пригорают поршневые кольца, увеличивается износ деталей ЦПГ. Поскольку температура перечисленных деталей возрастает, причем в разной степени, изменяются зазоры между ними.

Значительная перегрузка может привести к заеданию поршней, появлению трещин в крышках цилиндров, поршнях и блоках, выплавлению подшипников и взрывам паров масла в картере. Поэтому работа дизелей даже с небольшой перегрузкой допускается только в исключительных случаях и при усиленном наблюдении за ними.

Причинами перегрузки дизеля могут быть:
— работа дизеля при «тяжелых» или поврежденных гребных винтах;
— буксировка или толкание тяжелых составов и плотов, а также транспортировка барж грузовыми теплоходами, если движительный комплекс судна на это не рассчитан;
— плавание теплохода в условиях мелководья или волнения;
— движение судна с одним остановленным двигателем двух- или трехваль-ной установки;
— ненормальные атмосферные условия (температура воздуха выше 20° С и давление ниже 760 мм рт. ст.);
— работа дизеля с неправильной регулировкой газораспределения или с ненормальными зазорами.

Очень важно своевременно обнаружить перегрузку дизелей в условиях эксплуатации судна. Перегрузку по частоте вращения можно определить по показаниям штатных или контрольных тахометров. О перегрузке по среднему эффективному давлению судят по положению органов подачи топлива (маховика или рычага подачи топлива, рейки топливных насосов) и его расходу, определенному с помощью мерных баков или расходомеров. Как правило, при этом наблюдаются повышенная температура отработавших газов и дымность выпуска, глухой стук в цилиндрах и перегрев деталей дизеля.

О наличии перегрузки по температурному режиму свидетельствуют повышенная температура отработавших газов, дымный выпуск и перегрев деталей дизеля.

Чтобы избежать перегрузки, при установлении режима работы дизеля обслуживающий персонал должен следить за температурой отработавших газов. Если температура отработавших газов окажется повышенной, обслуживающий персонал обязан немедленно снизить частоту вращения настолько, чтобы она не была выше допустимых значений для данной марки дизеля, выяснить причину повышения температуры газов и устранить в кратчайший срок, после чего повысить частоту вращения до номинальной. Однако нужно помнить, что перегрузка с пониженной частотой вращения наступает при более низких температурах отработавших газов.

Каждый дизель должен иметь запломбированные упоры, ограничивающие перемещение рейки топливных насосов сверх допустимой величины. Упоры устанавливает на стенде завод—изготовитель дизеля или теплотехническая партия при испытании судна на ровном и глубоком участке плеса. Они должны обеспечивать подачу топлива, необходимую для работы дизеля с перегрузкой на 10%.

Многие дизели, кроме ограничительных упоров, оборудованы сигнализацией перегрузки, подающей световой или звуковой сигнал в рубку. Сигнализацию следует регулировать на номинальный режим работы дизеля. На некоторых судах установлены автоматические регуляторы режима работы двигателей, снижающие частоту вращения при перегрузке.

Стремление некоторых капитанов и механиков эксплуатировать дизели обязательно на номинальной частоте вращения без учета условий работы судна и состояния силовой установки и винтов приводит в ряде случаев к перегрузке двигателей, повышенному расходу топлива и преждевременному износу или поломкам их детале’й. Причиной особо тяжелых последствий является длительная перегрузка дизелей при работе на номинальной частоте вращения с неисправными винтами и при форсировке двигателей в целях повышения скорости судна.

Предотвращение перегрузки дизелей во время навигации поможет значительно сократить число аварий двигателей и снизить расходы на их ремонт.

Аварийные режимы работы главных двигателей. В исключительных обстоятельствах, связанных с необходимостью спасения судна, людей или груза может допускаться работа неисправных главных двигателей. Такая работа называется аварийным режимом. Он допустим и при следовании судна к месту ремонта.

При работе на аварийных режимах нужно обеспечить тщательное наблюдение за двигателем с постоянной вахтой в машинном отделении; в каждом отдельном случае обслуживающий персонал должен быть проинструктирован механиком судна.