Моделирование валогенераторных установок

Валогенератор (ВГ) является генератором отбора мощности от главного двигателя (ГД) (рис.2.26) и на его характеристики нагрузки и параметров дизеля ГД оказывает влияние гребной винт. Так как большая часть мощности ГД расходуется на движение судна, то переходные процессы частоты вращения ГД зависят в основном от момента сопротивления винта М_В. Вклад ВГ в переходный процесс невелик.

Контур САР напряжения ВГ ничем не отличается от САР напряжения генераторов судовой электростанции. Контур САР частоты в части математического описания объекта управления – валогенератора – имеет существенные отличия. Уравнение динамики ГД имеет вид:

(2.136)

Момент, развиваемый винтом в воде, определяется по формуле:

(2.137)

где К_М – безразмерный коэффициент момента, ρ – плотность воды, ω_В – частота вращения винта, D – диаметр винта.

При постоянной частоте вращения винта регулируемого шага, момент сопротивления на валу главного двигателя равен сумме моментов сопротивления валогенератора и винта. При изменении мощности винта регулируемого шага под действием эксплуатационных факторов, необходимо так же изменить мощность ГД для сохранения неизменной частоты вращения ВГ. Изменение момента сопротивления винта, при неизменных оборотах, приводит к такому же изменению мощности. Отнесём изменение момента сопротивления винта к изменению коэффициента K_М.

На величину момента М_В и, соответственно, значение коэффициента К_М оказывают влияние:

- эксплуатационные факторы;

- штормовое плавание;

- крутильные колебания валопровода, соединяющий винт с редуктором пропульсивной установки.

Перечень эксплуатационных факторов и степень их влияния (в %) на момент М_В при фиксированной поступи винта приведены в табл.2.4.

Таблица 2.4 - Влияние эксплуатационных факторов на момент винта

Эксплуатационные факторы, влияющие на момент сопротивления винта	Максимальное изменение момента ΔМВ, %
1. Состояние поверхности винта	+36
2. Состояние поверхности корпуса	+50
3. Глубина фарватера	+45
4. Осадка судна	+6,6
5. Ветроволновая обстановка	+80
6. Сопротивление трала	+80
7. Ледовая обстановка	+70
8. Плотность воды	+30
Среднее значение влияния всех факторов ΔМВ.ср	+50

Изменение ΔК_М в зависимости от относительной поступи определяется выражением:

где λ_КП=0,8 – конструктивная относительная поступь винта;

- шаговое отношение, изменяющееся в диапазоне 0,6...1,2;

- конструктивное шаговое отношение;

γ=0,9…1,2 – конструктивный коэффициент.

С учётом эксплуатационных факторов ΔК_М изменяется в пределах:

Для винта регулируемого шага ΔK_М.ср=0,035. Тогда относительное изменение К_М:

(2.138)

Уравнение, учитывающее характер изменения момента сопротивления гребного винта в штормовых условиях, имеет вид:

(2.139)

где ω₀ – номинальная частота вращения винта, Ω_С – частота качки судна,

γ_а и т_а – коэффициенты, значения которых зависят от эксплуатационных факторов, причем γ_а=2,7...45,3=2,7·(1...16,8) и т_а=0,8...1,1.

Периодически изменяющийся крутящий момент в системе "двигатель - валопровод - винт" является источником крутильных колебаний судового валопровода. Это обусловлено неравномерным образованием механической энергии в поршневом двигателе и неравномерным полем скоростей набегающего на винт потока воды. Эти колебания максимальны при резонансных числах оборотов, когда переменные напряжения кручения могут достигать больших значений.

Крутильные колебания валопровода характеризуются моментом скручивания ΔМ_скр и моментом от внутренних сил сопротивления ΔМ_вс, возникающих как результат взаимодействия между частями колебательно-крутильной системы при относительном повороте сечений. Эти моменты рассчитываются по формулам:

(2.140)

Уравнение динамики САР частотой ГД с подсоединенным к нему валогенератором имеет вид:

(2.141)

Уравнение динамики механизма изменения шага винта (МИШ):

(2.142)

где T_S=3 с – постоянная времени сервомотора МИШ; ΔH – текущее изменение шага винта; ΔH_зад – заданное изменение шага винта.

Модель САР частоты ВГ с электрическим регулятором описывается системой уравнений:

(2.143)

Вопросы для самоконтроля

1. Что общего и какие отличия имеются в САР генераторами судовой электростанции и валогенератором?

2. Какое влияние на вращающий момент ГД оказывают эксплуатационые факторы?

3. Как учитываются в работе ГД штормовые условия плавания?

4. Как учитываются в работе ГД крутильные колебания валопровода?

5. Уравнения каких механизмов и объектов учитываются в модели САР частоты ВГ?

Литература [1-9]