Более точно эти зависимости можно оценить при расчете винта с определенным диаметром и соответствующей частотой. Именно так эта задача решена в комплексе программ WYBORDWS САПР эскизного проектирования СЭУ.

На линии р-р при ее пересечениях с винтовыми характеристиками обеспечивается постоянная эксплуатационная скорость, а затрачива­емая мощность при смещении в левую часть диаграммы несколько уменьшается. Выгодно ли это?

С одной стороны, затраты на топливо уменьшаются пропорционально уменьшению мощности. С другой стороны отклонение режима оптимизации в область повышенных значений pe увеличивает удельный расход топлива на режиме длительной эксплуатационной мощности (см. рис.3.1). В работе [46] показано, что для минимизации часового расхода топлива be Ne на режиме ДЭМ за счет оптимизации комплекса двигатель–движитель режим СМДМ следует располагать в различных точках диапазона допустимых МДМ – индивидуально для каждого судна и каждого типоразмера двигателя.

То есть уменьшение мощности Ne, требуемой для движения судна с длительной эксплуатационной скоростью, вследствие увеличения КПД винта при уменьшении его частоты и увеличении диаметра, в одних случаях превалирует над увеличением be, а в других уступает этому увеличению. Произведение двух сомножителей, изменяющихся противоположно, приводит к возникновению экстремума, в данном случае минимума. Проблема состоит в том, где этот экстремум расположен относительно допустимых частот диапазона МДМ анализируемого типоразмера двигателя (см. табл.3.).

Для оптимизации комплекса двигатель–движитель по критерию минимизации часового расхода топлива нужно обратиться к моделям, рассмотренным в работе [46]. Следует отметить, что это не единственно возможная постановка задачи оптимизации пропульсивного комплекса с МОД, включающего кроме указанных элементов также и валопровод, и дейдвудные устройства. Кроме часового расхода топлива, безусловно, важнейшей характеристики ПК, при изменении как принятых типоразмеров цилиндров, так и частоты основных режимов изменяются также масса комплекса, его длина, размеры машинного отделения и другие системно-важные характеристики. Проведение подобного комплексного исследования выходит за рамки учебно-исследовательской САПР и заслуживает самостоятельного рассмотрения.

Перемещение винтовой характеристики в левую часть диапазона допустимых МДМ вследствие различных угловых коэффициентов кривых равной скорости и линии постоянного pe приводит к выходу из диапазона МДМ точки и – режима СМДМ, что противоречит ограничениям и требует подключения дополнительного цилиндра. Проведенная через точку и эквидистантная к р-р линия и-и показывает, как быстро режим максимальной скорости выходит из диапазона МДМ при оптимизации винта за счет снижения его частоты. Навешивание валогенератора препятствует оптимизации винта, так как увеличивает требуемую мощность и способствует увеличению числа цилиндров в составе агрегата двигателя. Навешивание ТКС уменьшает требуемую мощность.

Комплекс программ WYBORDWS обеспечивает проектирование винта на случай Dв = Dв max и определя­ет соответствующую частоту nв min. При анализе возможности применения типоразмера цилиндра nв min сравнивается с частотой на нижней границе ОДР nmin. В случае, если nв min > nmin, просматривается возможность применения Dв = Dв max – определяется принадлежность режима СМДМ – точки и диапазону МДМ. В случае выхода этой точки из диапазона МДМ рассчитывается число цилиндров, которое необходимо добавить для компенсации нарушения этого ограничения. При nв min < n min винт пересчитывается на nmin и анализируется возможность его применения.

Расположение режимной линии р-и в левой части диаграммы эквивалентно рассмотренному выше подключению цилиндров, не обусловленному развитием необ­ходимой мощности, – на судно ставится двигатель, мощность, масса и стоимость кото­рого определяются точкой 1, а используется двигатель при мощности на 30–40% меньшей вблизи точки 4. Не лучше ли установить на судно двигатель с мощностью на 30–40% меньше, более легкий, компактный и дешевый и использовать его на полную мощность? Этот вопрос должен решаться не логическим анализом, а на основе экономических оценок.

Для оптимизации режима работы двигателя следует в файл ISX.DAT (см. табл.4.5) внести индекс типоразмера цилиндра, выбранный по результатам расчета табл.4.6 (файл GD_MC_AL.DAT). Занесем в последнюю строку табл.4.5 численное значение TRGD = 18 и обратимся снова к модели WYBORDWS. Модуль WYBORDWS выводит результаты в файл GD_MC_1W.LST. Распечатка этого файла представлена в табл.4.7–4.9.

В табл.4.7 приведены технико-экономические характеристики судна, СЭУ и двига­теля.

Таблица 4.7 Экономические характеристики судна с двигателем 5L50MC

В табл.4.8 приведены технические и режимные характеристики.

Указаны четыре характерных режима: МДМ – частота NL1 = 148 об/мин, рабочий режим на винтовой характеристике, проходящей через МДМ – NR = 136,6 об/мин, на нижней границе ОДНР – NL3 = 111 об/мин, и оптимального соотношения частоты – NO = 127,44 об/мин и диаметра винта – режим оптимизации. Частота, соответствующая максимально допустимому диаметру винта NM = 69,7 об/мин, лежит вне пределов допус­тимых частот для данного типоразмера двигателя и поэтому не рассматривается.

Таблица 4.8 Технические и режимные характеристики пропульсивного комплекса

В табл.4.9 приведены результаты расчетов трех винтов с различным диаметром. Максимальный винт рассчитан для ориентировки, чего в принципе можно достигнуть, уменьшая частоту и увеличивая диаметр до ограничения по осадке. Этот винт обеспечивает достижение пропульсивного коэффициента 0,768, но требует снижения частоты до неприемлемых значений.

Таблица 4.9 Характеристики движителей для режимов m, p и o

Обозначения характеристик винта в табл.4.9 рассмотрены в параграфе 4.3.

При частоте 127,4 об/мин и диаметре винта 5,32 м достигнут пропульсивный коэффициент 0,71159, что выше, чем на режиме p – 0,70143. Таким образом, на данном судне оптимален эксплуатационный режим на частоте оптимизации 127,4 об/мин. Увеличение числа цилиндров для обеспечения режима наибольшей скорости не требуется. Можно рекомендовать эксплуатацию этого двигателя на режиме оптимизации.