1.8 Снижение энергозатрат за счет повышения эффективности движительно – рулевого комплекса.

Рулевое устройство является основным средством обеспечения судну эксплуатационных качеств, как управляемость и устойчивость на корпусе. В целях повышения эффективности работы руля и гидродинамических характеристик на большинстве морских судов руль размещен за гребным винтом. В этом случае хорошо обтекаемый руль обеспечивает экономию мощности до 5 -7%, что связано с улучшением условий гидродинамического взаимодействия винта с корпусом.

Финская корпорация Wartsila NSD разработала оригинальную конструкцию движительно - рулевого комплекса Propac Rudder, где в едином блоке сочетаются гребной винт и руль. Обтекатель ступицы винта выполнен в виде сигарообразного хорошо обтекаемого тела, в котором размещается подшипник гребного вала и обтекатель имеет соединение с пером полубалансирного руля. В таком комплексе полностью устраняется осевой вихрь гребного винта и снижена интенсивность концевых вихрей, сходящих с конца лопастей. В результате улучшения кавитационных характеристик движителя уменьшены шум от работы винта и вибрация корпуса. Пропульсивный коэффициент судна при этом повысился более чем на 4%. Отмечается также высокая надежность рассмотренного движительно –рулевого комплекса, увеличение устойчивости судна на курсе и повышение маневренности, что связано с ростом эффективной площади руля на 10% по сравнению с обычными. Также движительно – рулевые комплексы применяют на судах как с одновальными энергетическими установками так и с двухвальными в сочетании с ВФШ и ВРШ. Например, два комплекса установлены на строящемся быстроходном пассажирском судне Finnmarken, оснащенном двухвальной установкой с приводом двух ВРШ. Предполагается снижение вибрации на судне на 25%, шумности гребного винта на 5 дБ, мощности и расхода топлива до 6%.

1.9 Снижение потребления энергии при эксплуатации дизеля.

1.9.1 Повышение экономичности путем оптимизации регулировочных характеристик топливной аппаратуры.

Параметры, определяющие начало, конец и продолжительность подачи топлива насосом и форсункой, являются параметрами качественного регулирования топливной аппаратуры. Эти параметры при прочих равных условиях влияют на характер развития процесса сгорания. На рис. 11, а показаны два случая распределения фазы подачи топлива , относительно верхней мертвой точки (ВМТ).

В первом случае основная доля фазы располагается до ВМТ, во втором за ВМТ ( ). Большое опережение подачи топлива приводит к развитию процесса сгорания до ВМТ, на ходе сжатия, когда объем цилиндра уменьшается; малое опережение переносит процесс сгорания за ВМТ, на ход расширения, когда объем цилиндра увеличивается.

При неизменной цилиндровой подаче топлива ( для разных углов опережения резко меняется вид осциллограмм (рис.11,б) и индикаторных диаграмм (рис.11, в) на участке сгорания CZ.

Рис. 11 Схемы распределения фаз подачи топлива, осциллограмма и индикаторная диаграмма

При большом опережении (угол ) происходит значительный скачок давления , цикл становится более динамичным.

Из термодинамики известно, что в теоретическом цикле с повышением степени повышения давления увеличивается КПД цикла, но при этом, растут динамические показатели, а с повышением степени предварительного расширения уменьшаются и экономические и динамические показатели цикла. Таким образом, при неизменной мощности двигателя повышение угла опережения подачи топлива увеличивает его КПД, одновременно возрастают показатели механической напряженности ( .

Практика эксплуатации и доводки судовых дизелей на заводских стендах подтвердили достоверность такого вывода, однако возникает вопрос: до каких значений следует увеличивать угол опережения с целью достижения большей экономичности? Ответ в каждом конкретном случае дает только эксперимент. Поэтому дизелестроительные заводы в процессе доводки головного образца дизеля на стенде снимают регулировочные характеристики, показывающие, как зависят параметры рабочего цикла от угла опережения . Продолжительность фазы подачи топлива и частота вращения вала n при этом постоянны.

На рис. 12 представлены зависимости параметров работы двигателя от . С увеличением угла опережения максимальное давление сгорания все время растет, так как все большая доля топлива поступает в цилиндр в процессе сжатия. Температура выпускных газов, при этом, падает, поскольку снижаются параметры конца расширения и t .

Рис. 12 . Параметры при работе двигателя по регулировочной характеристике.

Удельный расход топлива снижается только до определенного предела (g ). Объясняется это тем , что при слишком больших углах опережения подачи топлива плотность и температура воздуха в цилиндре еще недостаточны для обеспечения требуемых условий протекания начальных стадий процесса самовоспламенения топлива, отдельные капли топлива могут попасть на стенки цилиндра, отчего их сгорание будет неполным ( коксование).

Таким образом, для каждого дизеля существует свой оптимальный регулировочный режим, соответствующий минимальному удельному расходу топлива . Параметры, соответствующие этому режиму, заносятся в техническую документацию и в процессе эксплуатации поддерживаются настройкой номинального угла опережения и активного хода плунжера hан.

Однако, индикаторные параметры работы двигателя , а также показатели механической и тепловой напряженности могут значительно ухудшаться вследствие отрицательного воздействия многих эксплуатационных факторов, среди которых главными являются ухудшение атмосферных условий, увеличение сопротивления движению судна, применение низкосортных топлив. В таких случаях заводское регулирование топливной аппаратуры уже не будет оптимальным, а изменить его соответственно конкретным эксплуатационным условиям при обычной конструкции топливной аппаратуры практически нельзя.

Для обеспечения оптимальной настройки топливной аппаратуры в настоящее время широко внедряются электронные системы управления.