Главный двигатель как динамическое звено

Схема компоновки пропульсивного энергетического комплекса судна, представленная на рис. 2 получила наибольшее распространение в мире. В качестве главного приводного двигателя в этой схеме используется один малооборотный двигатель с прямой передачей мощности на гребной винт фиксированного шага (ВФШ). Вывод уравнения динамики двигателя приводится именно для такого варианта компоновки главной силовой установки судна. Главный судовой двигатель как объект регулирования (ОР) частоты вращения вала представлен на рис. 2 в виде звена с входными и выходными параметрами. За выходной параметр принята частота вращения n, т.е. число оборотов вала двигателя в минуту. Входными параметрами будем считать:

- внешнее возмущающее воздействие с как фактор условий работы судна, определяющих степень нагружаемости ГД со стороны потребителя мощности;

- регулирующее воздействие h в виде индекса положения рабочего органа, определяющего цикловую подачу топлива в цилиндры дизеля.

Уравнением динамики главного двигателя назовём уравнение, связывающее его входные и выходные параметры и описывающее поведение двигателя в переходных процессах.

В отношении рассматриваемого объекта возьмём основное уравнение динамики вращательного движения:

где J - приведённый к оси вращения момент инерции двигателя и всех связанных с его валом масс, включая присоединённые к гребному винту массы воды, кг ·м2;

- угловая скорость вращения вала двигателя, с-1;

М – результирующий момент всех действующих на его валу сил, Н · м.

Рис.2. Принципиальная схема пропульсивной энергетической установки судна и функциональное представление главного дизельного двигателя как объекта регулирования частоты вращения вала

Поскольку на практике в эксплуатации флота контроль частоты вращения главных двигателей принято осуществлять в количестве оборотов за минуту, поэтому целесообразно в уравнении (1) угловую скорость выразить через число оборотов n, воспользовавшись соотношением

где n – частота вращения вала двигателя, об/мин.

Вместе с этим, результирующий момент М определим наиболее простым образом как алгебраическую сумму эффективного момента Ме, развиваемого двигателем, и момента сил сопротивления Мс, т.е. потребителя механической энергии, которые действуют на корпус и воспринимаются гребным винтом при движении судна. Тогда уравнение динамики (1) ГД представим так:

где моменты Ме и Мс определены как неявные функции соответствующих фазовых переменных, т.е. входных и выходной координат объекта регулирования, согласно его функциональной схеме (рис.2).

Использование уравнения (3) в исследованиях либо при моделировании динамических процессов требует аналитического представления функциональных зависимостей для моментов Me(n , h) и Mc(n , c). Эти зависимости определяются эмпирически и такого рода эмпирические модели функций всегда нелинейны по отношению к определяющим их аргументам. Следовательно, уравнение (3) изначально является нелинейным дифференциальным уравнением. В конечном счёте, линеаризованное дифференциальное уравнение главного двигателя представим в виде

в операторной форме

Где приняты следующие обозначения

Похожие статьи:

Анализ существующих схем доставки пассажиров по международному маршруту в направлении Гомель-Дрезден
Прямого варианта перевозки по международному маршруту в направлении Гомель-Дрезден не существует, поэтому доставка пассажиров осуществляется смешанной перевозкой различными видами транспорта (автобусный, железнодорожный, авиа). Расписание видов транспорта доставки пассажиров по направлению Гомель-Д ...

Формирование комплекса методов неразрушающего контроля
Объективный анализ применения различных методов привел к целесообразности применения комплексных систем контроля, которые используют разные по физической природе методы исследования, что, в свою очередь, позволяет исключить недостатки одного метода, взаимодополнить методы и реализовать тем самым пр ...

Расчёт режимов наплавки
В данной работе проводились расчёты двух автоматических видов наплавки, выбранных исходя из экономических и конструкционных соображений: под плавленым флюсом и вибродуговой. Автоматическая наплавка может выполняться любым сварочным автоматом, однако удобнее применять специализированное оборудование ...