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:

Расчет годового объема работ
Годовой объем (трудоемкость) работ по АТП определяется в человеко-часах и включает объемы работ по ТО, ТР и вспомогательных работ. Расчет годовых объемов по ТО производится исходя из годовой производственной программы данного вида ТО и трудоемкости единицы обслуживания. Годовой объем работ ТР опред ...

Выбор закона управления для движения тангажа
Надо отметить, что выбор параметров статического закона управления вида: для движения тангажа, сопряжено с некоторыми трудностями. Очень просто выбираются передаточные числа закона управления, когда в закон управления включается сигнал по углу атаки. Закон управления рулем высоты при угловой стабил ...

Определение фронта работ в «окно»
Суточная производительность ПМС в км/день S, (3.1) где Q – заданная годовая программа, км; T – срок выполнения программы, рабочие дни; Уt – число дней резерва на случай непредоставления «окон», несвоевременного завоза материалов верхнего строения пути, ливневых дождей и других причин. Можно принять ...