Влияние обрастания корпуса судна на характеристики пропульсивного комплекса

Количество расходуемого топлива обычно измеряют расходными мерными баками, снабженными мерительным устройством. Объем мерного бака подбирают так, чтобы время расхода топлива при полной мощности двигателя составило не менее 5 мин.

Расход топлива определяют при установившихся частоте вращения и режиме работы двигателя. Одновременно замеряют другие параметры. Плотность топлива определяют денсиметром4. На каждом режиме производят последовательно 2—3 замера.

Средний расход топлива находят по формуле:

                                     G = V x Z x z x 3600 / t кг/ч                             (9)

где V., − объем мерного бака, м3;

Z − плотность топлива при данной температуре, кг/м3;

z − число баков израсходованного топлива;

Т − суммарное время расхода топлива, в секундах.

Весовой способ определения расхода топлива более точен, но он требует наличия десятичных или двух плечих весов, применение которых в судовых условиях затруднительно. Поэтому этот способ применяют лишь в стационарных условиях.

Расход смазочного масла у современных дизелей сравнительно низок, поэтому определить его можно только при постоянном режиме работы двигателя в течение 8-10 ч.

Расход цилиндрового масла определяют, измеряя количество масла, доливаемого в лубрикаторы5.

Для измерения расхода воды, поступающей на охлаждение двигателей, компрессоров, холодильников и т. д., обычно пользуются скоростными водомерами. Жидкость, проходя через прибор, вращает вертушку, частота вращения которой фиксируется.

Принцип работы водомера основан на пропорциональности скорости потока и частоты вращения вертушки, вращаемой проходящей через прибор жидкостью.

Для определения расхода воздуха и газов используют газомеры6 и дроссельные шайбы, принцип действия которых основан на измерении перепада давлений в сужении потока.

Количество подаваемого в цилиндры двигателя воздуха, состав и количество выхлопных газов определяют на судах анализом химического состава выхлопных газов при помощи химических и электрических газоанализаторов.

Наиболее просты по устройству и надежны в работе (хотя и не очень точны) химические газоанализаторы7 Орса и Норзе, распространенные на морском флоте.

В двигателях внутреннего сгорания и их системах наблюдается большое разнообразие жидких и газообразных сред с различной величиной и скоростью нарастания давлений.

В процессе испытания двигателей возникает необходимость измерения давления газов в цилиндрах и в системе выхлопа, а также давления пускового воздуха, топлива, масел и охлаждающей воды.

Естественно, что наиболее трудно измерение давления газов в цилиндрах двигателей. Для этой цели используют механические и электрические приборы, пиметры8 и максиметры9.

Механические индикаторы, снабженные цилиндрическими или стержневыми пружинами, индицируют двигатель, а в отдельных случаях замеряют давление в воздушном и выпускном коллекторах.

Более широкую область применения имеют электрические индикаторы, которые по типу датчика делятся на пьезоэлектрические, емкостные и осциллографы. Они универсальны и точны при испытаниях на стенде и в процессе эксплуатации. С помощью таких индикаторов быстро измеряют величины при переменных режимах работы двигателя, а также совместно измеряют несколько величин.

С помощью пиметров определяют среднее давление в цилиндре по времени, служащее для обеспечения равномерности нагрузки по цилиндрам.

Максиметры используют для определения максимального давления в цилиндре за цикл в процессе эксплуатации. По принципу действия они делятся на механические и пневмоэлектрические. Более широко используют механические (манометрические) и пружинные максиметры.

Определение температуры. Для измерения температуры воды, пара, газа, топлива, масла, воздуха в процессе испытаний применяют группы приборов, принцип работы которых основан на изменении свойств тел при изменении их температуры.

На принципе использования способности тел расширяться основаны: Жидкостно-стеклянные термометры, в том числе ртутные. Их применяют для измерения температуры жидкости или газа до 300° С. При температуре 300—600° С используют термометры, пространство капилляра у которых над ртутью заполняется азотом или углекислотой под давлением 25 кг-с/см2;

Манометрические термометры, в которых при повышении температуры рабочая жидкость (метиловый спирт, ксилол или ртуть), имеющая низкую точку кипения, испаряется и создает давление, которое измеряется манометром с температурной шкалой; их используют для измерения температур в интервале от -60 до +550°С.

Другие приборы работают на принципе использования изменения омического сопротивления металлов с изменением их температуры (электрические термометры сопротивления). Чувствительным элементом у них является платиновая или медная проволока диаметром 0,05—0,07 мм.

В последнее время для измерения температуры стали применять сопротивления из полупроводников, называемые термисторами. Изготовляют их прессованием из окислов кобальта, никеля, марганца и других металлов.

Для измерения частоты вращения применяют специальные приборы: тахометры10 и суммирующие счетчики.

Среднюю угловую скорость вращения вала в. течение определенного промежутка времени измеряют с помощью суммирующего счетчика и секундомера. Среднюю частоту вращения измеряют при установившемся режиме работы двигателя, когда колебание скорости вращения вала по времени отсутствует.

Для измерения средней частоты вращения средне и высокооборотных двигателей применяют тахоскопы, представляющие. собой комбинацию суммирующего счетчика и секундомера.

Для оценки пусковых и реверсивных характеристик дизеля, для снятия регуляторных характеристик вспомогательных двигателей применяют электрические тахометры с индукционными преобразователями — генераторами постоянного или переменного тока.

Индукционные тахометры или тахогенераторы переменного тока позволяют производить местный и дистанционный контроль за частотой вращения дизеля в широком диапазоне.

Все вышеизложенные показатели (и приборы для их снятия), в купе являются основными характеристиками двигателя, которые необходимы для грамотного толкования результатов данной работы.

Теперь, вторая часть названия работы, "обрастание корпуса"...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Обрастание корпуса

 

Корпус судна − это элемент  судна, который обеспечивает плавучесть, общую и местную прочность судна, а также возможность размещения людей, грузов, оборудования, вооружения и др., обусловленных назначением судна. Внешняя оболочка К. с. (днищевая и бортовая обшивка и палубный настил) обеспечивает его непроницаемость и может быть многослойной.

Обрастание корпуса судна – появление на подводной части корабля (судна) наростов из растительных или животных организмов. Приводит к уменьшению скорости до 25% и более. Идёт особенно интенсивно в тропических водах. Для борьбы с обрастанием в частном случае служат антиобратающие краски11.

Обрастание подводной части судов представляет собой особую проблему. В процессе эксплуатации судна обрастание отрицательно влияет на его гидродинамические характеристики, что приводит к ухудшению ходовых свойств. Это прежде всего потери скорости хода судов, достигающие 50% от номинальной, ухудшение маневренности судна, повышение расхода топлива в связи с необходимостью поддерживать коммерчески оправданную скорость перевозки грузов, обрастание кингстонов, водозаборных решеток, теплообменников, и как следствие, преждевременный износ машин и оборудования.

Все это приводит к учащению докований и, соответственно, к дополнительным, неоправданно высоким временным и материальным потерям.

Согласно обязанностям должностных лиц экипажа судна, капитан, а в его отсутствие Старший помощник, обязан: "Обеспечить эффективную техническую эксплуатацию судна, всех его механизмов, устройств и систем, безопасное плавание и выполнение поставленных задач";

 

"Организовывать проведение судовых работ по поддержанию в исправном техническом состоянии корпуса судна, палуб, надстроек, жилых и служебных помещений, рангоута и такелажа, грузового, якорного, швартовного, буксирного устройств, спасательных и противопожарных средств, трапов и кранцев". С следовательно и обеспечить защиту корпуса судна от обрастания и выполнение профилактических мер по очистке корпуса.

Известно, что обрастание корпуса судна может быть разным. Существует ли классификация обрастаний?

Следует различать уменьшение скорости судна в результате обрастания и от коррозии и эрозии корпуса - постоянного и неизбежного процесса его старения. От обрастания корпус обычно очищают при периодических докованиях судна.

В мировых бассейнах состав атакующих судно организмов обрастателей различен; это могут быть мшанки, водоросли, японский гребешок, полихеты (трубчатые черви, напоминающие кораллы), мидии, балянусы. Закрепляясь и разрастаясь на корпусе судна, они заметно увеличивают сопротивление движению.

Разумеется, в разных местах, в зависимости от температуры воды, солнца и других факторов, интенсивность обрастания может быть разной. Однако если пленку микроводорослей можно обнаружить на корпусах лодок даже в Неве в центре Санкт-Петербурга, то в более южных районах условия для обрастания значительно благоприятнее.

Один из наиболее агрессивных обрастателей — морской желудь балянус имеет форму усеченного конуса, обитает в водоёмах и прибрежных зонах южных стран. Основанием своего «домика»-конуса балянус нарушает слой краски, раздвигая ее пленку, а образовавшиеся обнаженные места служат открытыми воротами для корабельного червя, разрушающего дерево или очагами коррозии металла.

Если говорить о разделении обрастания на фазы, можно выделить четыре основные стадии – фазы обрастания (ФО):

- ФО 1. Трава, слизь, незрелый  молюск.

- ФО 2. Длинная трава, водоросли, ракообразные и мелкие ракушки.

- ФО 3. Обрастание  большими ракушками и балянусами.

- ФО 4. Толстое твёрдое обрастание ракушками, балянусом, кораллами.

И насколько же обрастание корпуса влияет на характеристики двигателя?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Пагубное влияние обрастания корпуса

 

Проблеме защиты подводной части корпуса судна от набухания, гниения, обрастания и разрушения червями (такими как банкия, лимнория и особенно страшным тередо) — несколько тысяч лет. Кораблестроители применяли самые различные, обычно державшиеся в секрете составы и режимы обработки дерева, вымачивали его в растворах, обугливали, покрывали смолами, битумами и т. д. Однако ни одно из применяемых средств не обладало необходимым комплексом защитных свойств. Если, например, смолы предохраняли корпус от набухания и в какой-то мере спасали от корабельного червя, то против обрастания они оказывались совершенно бессильными.

Может показаться, что в обрастании корпуса судна нет ничего страшного, ведь конструкционная целостность не нарушается, однако моллюски, мелкие ракообразные, морские бобы, являются комплексной экономической и экологической проблемой. Поскольку корпус судна во время движения обтекается водой, обрастание моллюсками снижает скорость движения и способствует увеличению расхода топлива, что в значительной степени увеличивает расходы на эксплуатацию судна.

Обрастание корпуса ведет к увеличению сопротивления движению судна, а следовательно, к падению скорости ( иногда на 2-3 узла и более). Особенно интенсивно обрастает корпус при длительных стоянках в портах тропических зон.

В этом отношении довольно интересные данные были получены в свое время американской Корпорацией Подвесных Моторов («ОМС»). Периодически проводились замеры скорости 5-метровой глиссирующей лодки с 35-сильным подвесным мотором с различной нагрузкой (с одним, тремя и шестью людьми) на мерной миле. Результаты оказались поразительными: после месячного пребывания в морской воде лодка с одним водителем показала скорость на 14 км/час меньше, а при нагрузке в шесть человек вообще не вышла на глиссирование, развив всего 16 км/час, вместо первоначальной скорости при этой же нагрузке 37 км/час.

Неутешительными оказались результаты аналогичных испытаний и в пресной воде. Хотя в этом случае днище обрастало гораздо меньше, через месяц скорость лодки с двумя человеками на борту упала на 11 км/час, а с шестью — на 18,5 км/час. Обрастание легко обнаруживалось на ощупь в виде тонкой сплошной пленки на фанерном корпусе лодки, который был оклеен стеклопластиком. В обоих случаях удавалось вновь получить первоначальную скорость лишь после очистки днища.

Для поддержания первоначальной скорости судна с обросшим корпусом требуется увеличение мощности дизеля посредством увеличения цикловой подачи топлива. Это приводит к тепловой и механической перегрузке деталей ЦПГ. Для надежной работы дизеля при обросшем корпусе следует уменьшить подачу топлива.