Подробнее о пропульсивных системах

Пропульсивная система представляет собой систему, состоящую из корпуса судна и пропульсивной установки. Собственно пропульсивная установка – исполнительная часть главной судовой энергетической установки, предназначена для преобразования механической энергии, выдаваемой двигателем, в работу по продвижению судна. Компонентами пропульсивной системы являются:

корпус судна,
главный двигатель,
главная передача,
валопровод
движитель.

Выбор элементов пропульсивной установки основывается на эффективности судовой энергетической установки, а ее КПД служит основным показателем совершенства всего пропульсивного комплекса.

О двигателях и движителях подробнее можно узнать из справки к соответствующему разделу Форума , здесь же Вы можете ознакомиться с информацией о других составляющих пропульсивной системы.

Главная передача (передача мощности) – это комплекс элементов, которые участвуют в передаче крутящего момента от коленвала двигателя внутреннего сгорания (ДВС) или ротора турбины на движитель, суммировании вращающих моментов нескольких двигателей с передачей их на один вал, реверсировании валопровода и винта при нереверсивном исполнении двигателей. Самыми распространенными передачами являются механические, хотя применяются и другие (электрические, комбинированные и сложные).

Типичная передача при использовании среднеоборотных двигателей состоит из муфты, редуктора, валопровода. При использовании высокооборотных ДВС и турбин устанавливают двух- или трехступенчатые редукторы. В пропульсивной установке с малооборотными двигателями редуктор не используется. Надо отметить, что для одномашинной судовой энергетической установки (СЭУ) наличие передачи обязательно, если ДВС нереверсивный, а движитель – винт с фиксированным шагом, а также если вращающий момент двигателя недостаточен для вращения винта с заданной частотой.

Электрические главные передачи обладают рядом достоинств, к которым относятся короткий валопровод, возможность установки с быстроходными нереверсивными ДВС, возможность использования главной СЭУ при производства электроэнергии для общесудовых нужд, живучесть, способность к саморегулированию. Вместе с тем электрические передачи дороги, имеют невысокий КПД, а при невысоких частотах вращения – большие габариты и вес.

Гидравлическая передача имеет низкий КПД, поэтому чаще всего ее применяют в сочетании с механической.

Валопровод представляет собой совокупность механизмов, устройств и соединений и служит как для соединения гребного винта с гребным валом, так и для передачи упорного давления от гребного винта к судну. Состоит из гребного вала, промежуточных валов, опорных подшипников, упорного вала с подшипниками и дейдвудного устройства. Впрочем, в различных конструкциях валопроводов подшипники и упорные валы могут остутствовать. Кроме того, возможны варианты компоновки системы движитель-двигатель без валопровода в его классическом понимании.

Использование пропульсивной системы, новые тенденции

Повышение КПД пропульсивной системы достигается различными способами – повышением КПД движителя, двигателя, оптимизацией обводов корпуса судна.

Бульбовые образования на носовой части судна способны уменьшить волновое сопротивление до 15 и более процентов, но зачастую их эффект сводится на нет возрастанием вибрации судна. Волновое сопротивление судна также удается снизить путем создания предельно узкого корпуса с одновременным увеличением длины судна.

В последнее время за рубежом было построено несколько катамаранов, «пронизывающих волны» (WPC – wave-piercing catamaran). Особенностью этих судов, помимо узкого, корпуса, стало наличие на носовой средней части надводного корпуса-волнолома.

Другой способ увеличения КПД – рационализация формы винторулевых комплексов и конструкции кормовых оконечностей, а также работы пропульсивного устройства.

Для оптимальной работы пропульсивной установки необходимо согласованное взаимодействие между двигателем и движителем. Одним из широко использующихся способов повышения пропульсивных показателей является увеличение диаметров гребных винтов с одновременным уменьшением частоты вращения вала. Также существенно улучшило показатели применение винторулевых колонок (ВРК) с расположенными на одном валу винтами. Это позволило снизить диаметр ВРК и одновременно увеличить КПД на 20%.

Другая тенденция – замена винта большого диаметра двумя соосными винтами, вращающимися в противоположных направлениях. В таком случае конструкция всей пропульсивной установки усложняется, поскольку необходим специальный редуктор и полый гребной вал. Пропульсивные свойства судов также пытаются улучшить установкой многовальных главных передач.

Очень перспективным является внедрение пропульсивных систем на основе гребных электрических установок. Так, суда, оборудованные синхронными ГЭУ и водометами, способны развивать скорость до 60 узлов. А применение такой системы с ВРК позволило снизить массу судна на 10-15% и поднять КПД двигателя до 98%.

На скоростях до 25 узлов водометные движители по своим пропульсивным качествам уступают распространенным гребным винтам, но на скоростях около 40 узлов их характеристики сопоставимы. А на скоростях свыше 50 узлов водомета превосходит винт.

Поиски возможностей повышения пропульсивных свойств водометных движителей активно ведутся как в нашей стране, так и за рубежом, в основном они направлены на уменьшение гидравлических потерь в водоводе и усовершенствование водозаборной части.

Одним из перспективных средств снижения гидравлических потерь в водопроточной части движителя является, например, изменение микрогеометрии обтекаемой поверхности трубы при помощи микробороздок (риблетов), ориентированных в направлении основного потока.

Вместо обычно применяемого в современных водометах сосредоточенного отбора воды через отверстие в корпусе или специальный патрубок, отечественными специалистами предложен так называемый распределенный отбор жидкости из пограничного слоя через поперечный щелевой канал, идущий по ширине днища.

Улучшить пропульсивные показатели позволяет уменьшение шероховатости корпуса. Здесь имеет значение и волнистость листов обшивки, гладкость и размеры сварных швов, качество лакового покрытия, применение специальных средств против обрастания корпуса и винтов и т.д.

Ни применение сверхмощных двигателей, ни совершенствование конструкций винта, ни оптимизация обводов корпуса не позволяют значительно увеличить скорость судна. Одним из решений в этом случае видится установка гребных винтов не в кормовой, а в носовой части судна. Это позволит создать, при некоторых условиях, так называемый. попутный поток, который позволит заметно улучшить пропульсивные показатели судна.

Немаловажное значение имеет система контроля работоспособности пропульсивного комплекса. Такое устройство содержит датчики часового расхода топлива, мощности, частоты вращения, глубины фарватера. В нем также имеются блоки диагностирования двигателя и движителя, логической обработки, отражения информации и индивидуальной сигнализации.