Номинальная мощность — это наибольшая гарантируемая заводом-изготовителем эффективная мощность, которую двигатель может развивать длительное время при номинальной частоте вращения nном, температуре наружного воздуха to =200 С, давлении, равном 760 мм рт. ст., и относительной влажности φ =60%. Максимальная мощность дизеля — это эффективная наибольшая мощность, составляющая 110% номинальной и развиваемая в течение 1 ч с сохранением среднего индикаторного давления р, на уровне номинального и с превышением частоты вращения не более чем на 6% при тех же атмосферных условиях, которые заданы для номинальной мощности. В настоящее время в терминологии многих дизелестроительных заводов, в том числе и БМЗ, используют различные понятия мощности. Длительная максимальная мощность соответствует номинальной мощности дизеля при сохранении его допустимой напряженности (для выполнения нормативного времени рейса). Перегрузочная мощность соответствует максимальной. Длительная эксплуатационная мощность устанавливается с учетом эксплуатационных условий в пределах, обеспечивающих сохранение приемлемой тепловой и механической напряженности двигателя. Работа на этой мощности предотвращает перегрузку двигателя, обеспечивает минимальный износ и долговечность его деталей. Винтовые характеристики показывают зависимость между различными показателями двигателя и частотой вращения при положениях дозирующих органов, обеспечивающих равенство эффективной мощности двигателя и мощности, потребляемой винтом. Винтовые характеристики, кроме того, показывают зависимость между требуемой мощностью (крутящим моментом) для вращения гребного винта и частотой вращения. Винтовые характеристики могут быть построены на стенде при изменении мощности и крутящего момента по винтовому закону Ne = cn3; Мкр =
с1 n2, где с, с1 — постоянные коэффициенты; n —частота вращения двигателя, об/мин.
Результаты стендовых испытаний судового дизеля по винтовой, характеристике нельзя применять в эксплуатационных условиях, так как приведенная закономерность несколько нарушается из-за особенностей взаимосвязи элементов пропульсивного комплекса.
Более точно зависимость эффективной мощности двигателя и других его показателей от частоты вращения винта устанавливают на ходовых испытаниях для различных эксплуатационных условий. При этом снимают несколько винтовых характеристик для различных метеорологических, навигационных и производственных условий эксплуатации судна. В этих условиях номинальная мощность дизеля может быть достигнута при скоростном режиме и величине среднего индикаторного давления, отличающихся от номинальных значений, полученных на стенде. Сопоставляя винтовые а, Ь, с, d и внешние Nе ном , Ne max характеристики (рис. 3), можно убедиться в том, что при номинальной частоте вращения (N e ном =100%) номинальная мощность двигателя (Nном = 100%) достигается только при работе по номинальной характеристике винта с. При «утяжелении» гребного винта (характеристика а) достижение номинальной мощности (точка 2) происходит при более низкой частоте вращения п2. Но при этом дизель должен перейти через внешнюю характеристику номинальной мощности, из-за чего происходит его перегрузка по среднему индикаторному давлению pi. Для предупреждения такой перегрузки необходимо понизить частоту вращения (до значения п\), что вызовет понижение мощности до величины Ne, (точка /). При «облегчении» гребного винта (характеристика d) достижение номинальной мощности (точка 4) происходит при перегрузке двигателя (п4 >nном). Во избежание перегрузки требуется снижение его частоты вращения до номинального значения, при котором мощность снизится до величины Ne (точка 5).
Таким образом, в эксплуатации работа двигателя на номинальной мощности может привести к его перегрузке по тепловым и механическим показателям. Для обеспечения надежной работы двигателя в любых эксплуатационных условиях устанавливают допустимые границы нагрузок для всего диапазона изменений частоты вращения. Наиболее целесообразным методом установления таких границ является использование ограничительных характеристик, отражающих зависимость показателей двигателя от частоты
вращения при сохранении его тепловой и механической напряженности в допустимых пределах. Скоростная ограничительная характеристика может быть представлена в виде зависимости наибольшей допускаемой для длительной работы двигателя мощности Nе огр от его частоты вращения. Имея для данных условий эксплуатации винтовую характеристику Ь, можно определить предельные значения частоты вращения n3 и мощности Ne (точка 3, см. рис. 3) при допустимом значении всех параметров, характеризующих напряженность двигателя.
При эксплуатации вследствие изменения условий плавания при работе двигателя в длительном режиме и постоянном положении топливной рукоятки частота вращения может изменяться, вызывая изменение мощности. Чтобы удостовериться, что ее значение не вышло за ограничительную характеристику, требуется определить среднее индикаторное давление и рассчитать развиваемую двигателем мощность. Для упрощения контроля за нагрузкой двигателя целесообразно использовать ограничительные характеристики по среднему индикаторному давлению (рис. 4).
Ограничительная характеристика является линией, ограничивающей значение pi во всем диапазоне рабочей частоты вращения. Точки ограничительной характеристики, т. е. предельные значения pi для различной частоты вращения, рассчитывают из условия сохранения в допустимых пределах параметров тепловой и механической напряженности двигателя. В связи с тем что допустимое значение pi, а следовательно, и допустимая мощность меняются в зависимости от температуры воздуха на всасывании, для каждого двигателя существует серия скоростных ограничительных характеристик по pi. Положение топливной рукоятки определяет цикловую подачу топлива, среднее индикаторное давление и, следовательно, нагрузку. Так как при неизменном положении топливной рукоятки pi можно считать независимым от частоты вращения, то при ее понижении двигатель может оказаться перегруженным. Имея ограничительную характеристику pi=f(n), эту перегрузку можно сразу установить и, изменив положением топливной рукоятки цикловую подачу, а следовательно и pi, понизить нагрузку. Допустим, двигатель работает в режиме, соответствующем точке 3 винтовой характеристики с. Изменение метеорологических условий привело к «утяжелению» винта, и при том же положении топливной рукоятки двигатель перешел в режим, соответствующий точке 3’ винтовой характеристики Ь в результате понижения частоты вращения до значения nз’. Так как точка 3′ лежит выше ограничительной характеристики, то для устранения перегрузки необходимо снизить частоту вращения до значения n2, уменьшая подачу топлива (точка 2). При дальнейшем «утяжелении» винта необходимо снова уменьшить подачу топлива. Имея для данного судна наиболее «тяжелую» винтовую характеристику, можно заранее
установить значение pi, при котором двигатель не будет перегружен в любых эксплуатационных условиях. На рисунке такое значение рi соответствует точке 1 и может быть принято за эксплуатационное значение, так как обеспечивает запас по тепловой и механической напряженности двигателя. Развиваемая при этом мощность может быть названа эксплуатационной и определена как мощность, развиваемая в конкретных условиях плавания при постоянном значении pi, величина которого определяется для работы двигателя без перегрузки при наиболее тяжелых условиях плавания. Величина эксплуатационной мощности не должна регламентироваться, поскольку она не постоянна, а определяется принятым средним индикаторным (или эффективным) давлением и скоростным режимом винта с определенной характеристикой, которая меняется в зависимости от конкретных условий эксплуатации [8]. Таким образом, эксплуатационная мощность обычно меньше номинальной и лежит в пределах 0,85—0,95 Nном. Имеющийся запас мощности повышает надежность двигателя, предотвращая повышение его напряженности до предельных значений при резком изменении внешних условий. Однако низкая мощность двигателя нежелательна, как и его перегрузка, так как ведет к снижению технико-эксплуатационных показателей энергетической установки и уменьшению скорости, а следовательно, производственных показателей работы судна.
