В предыдущей статье мы разобрали устройство морского двигателя в яхтинге и пропульсивную установку яхты. Остановились на величине мощности судового дизеля, которая передается в упор гребного винта для движения судна вперед. Сейчас поговорим о мощности судового дизеля в яхтинге? Но сначала, небольшой экскурс в историю, если позволите.
Затронув понятие «мощность судового дизеля», нужно вспомнить и отдать дань уважения Джеймсу Ватту (James Watt, иногда переводится как Уатт), имя которого впервые в истории присвоено единице измерения, в данном случае — мощности.
Современник Наполеона, Джеймс Ватт получил патент на «способы уменьшения потребления пара и вследствие этого — топлива в огневых машинах», патент на универсальный паровой двигатель двойного действия с непрерывным вращением (паровая машина Уатта). Этот двигатель, в разы экономичнее и эффективнее предшествующих, сыграл решающую роль в переходе промышленности к машинному производству. Одна из первых паровых машин Ватта, освободившая из рабства 24 коня на перемоле солода, была установлена в Лондоне на пивоваренном заводе Семюэля Уитбреда. Между прочим, именно эта компания через много лет стала организатором легендарных гонок парусных яхт вокруг света Whitbread Round the World Race. Но сейчас о другом.
Мощность судового дизеля и лошадиные силы.
Джеймс Ватт ввёл в употребление единицу мощности, которая впоследствии была названа его именем и используется в наши дни. Правда, применительно к моторам, народные массы чаще предпочитают оценивать мощность в лошадиных силах — не метрической, т.е. не совсем официальной единицей измерения. Да уж, «туманность киловатта, продукта джоулей и эргов», до сих пор с трудом воспринимается конечным потребителем, как теперь принято выражаться.
Логично было бы предположить, что Джеймс Ватт всю свою жизнь боролся с пресловутыми и антинаучными «лошадиными силами» для укрепления позиций единицы мощности имени себя. Ошибаетесь! Самое любопытное, что именно сам Джеймс Ватт и предложил использовать понятие лошадиной силы применительно к оценке мощности.
И заставила его это сделать все та же реклама: нужно было продвигать в массы свои паровые насосы и для этого доходчиво объяснить народу их мощность. Неглупый, судя по всему, Ватт решил, что его паровые машины будут лучше продаваться, если публика окажется способной оценить их мощность по сравнению со средней лошадью, которую должен заменить паровой агрегат.
Испытания показали, что корнуэльская лошадь могла поднять груз весом 220 фунтов на высоту 100 футов за одну минуту. Т.к. лошадь напрягается только периодически, а пар может работать постоянно, единица лошадиной мощности была увеличена еще на треть и появилась известная формула:
1л.с. = 29 260 фунто-футов в минуту.
Или по-нашему:
1л.л.= 99,8кг * 30,5м * 1,33 = 3957 кг м мин = 65,95 кг м с
Чаще встречается определение, что 1 л.с. = 33 000 фунто-футов в минуту. В большинстве европейских стран, в том числе в России, лошадиная сила определяется как мощность, затрачиваемая для поднятия груза массой 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду — российская лошадка оказалась покрепче корнуэльской. Наконец, 1 л.с. эквивалентна ровно 735,5 Вт, что иногда называют метрической лошадиной силой, хотя и эта единица не входит в метрическую систему.
Теоретическая оценка лошадиной мощности парового двигателя была разумно простой: требовалось среднее давление пара в цилиндре умножить на объем цилиндра, умножить на число цилиндров и на число оборотов в минуту.
Однако, появление двигателя внутреннего сгорания потребовало измененного подхода, потому что потери энергии в камере сгорания составляли приблизительно 60%, оставляя около 40% для конвертации в лошадиные силы. Это закончилось примечательной формулой, где объем цилиндра потерял значение, ввиду действующих констант и, зная диаметр цилиндров в дюймах, теоретическую лошадиную мощность четырехтактного высокооборотного судового дизеля можно оценить так:
(D² цилиндра * N цилиндров * RPM) / 3000
Мощность турбированного судового дизеля умножается на отношение давления наддува к атмосферному (обычно на 1,5 — 2).
Турбокомпрессор состоит из двух турбин на одной оси: одна раскручивается выхлопными газами, другая нагнетает воздух в цилиндры.
Термины мощности судового двигателя в яхтинге.
Просто как ода гению Джеймса Ватта выглядит шквал терминов, описывающих лошадиные мощности судовых двигателей.
ВНР (Brake Horsepower) – Мощность судового дизеля под нагрузкой. Вышеупомянутая формула не учитывает потери из-за преодоления инерции подвижных частей, трения и затрат мощности на работу водяных помп, масляного насоса, генератора и т.д. Поэтому данные производителя судового двигателя часто завышены. Испытания под нагрузкой — приложение тормоза к маховику и измерение крутящего момента. ВНР — самое надежное измерение мощности судового дизеля в яхтинге. Именно произведение крутящего момента (Мкр) на число оборотов и отражает мощность двигателя:
Р (Вт) = 0,1 Мкр (Н*м) * RPM (об/мин)
RHP (Rated Horsepower) — Номинальная мощность судового двигателя. Система налогообложения, созданная Королевским Автомобильным Клубом в 1906г., не имеющая никакого отношения к фактической мощности судового дизеля и сбивает с толку моряков, которые пытаются использовать автомобильные двигатели для работы на лодке в яхтинге.
SHP (Shaft Horsepower) – Мощность судового двигателя на валу. Установка реверсредуктора может уменьшить ВНР на целых 6% из-за трения в шестернях и подшипниках. Некоторые изготовители судовых дизелей испытания под нагрузкой выполняют уже с редуктором, давая более точные данные по SHP.
DHP (Developed Horsepower) — Развиваемая мощность судового дизеля. Мощность судового двигателя, передаваемая пропеллеру после потерь SHP от трения вала в дейдвудном сальнике, опорном подшипнике, втулках и т.д. В хорошо отлаженной системе такие потери могут составлять около 3% от SHP.
THP (Thrust Horsepower) — Мощность упора. Мощность, фактически преобразуемая гребным винтом для преодоления сопротивления движению на определенной скорости. Правильно подобранный гребной винт конвертирует в движение 60% DHP. Остальное теряется на трении лопастей, кавитации и в неизвестном направлении.
Параметры формуляра судового дизеля.
QHP (Quoted Horsepower) — Формулярные данные судового дизеля.
При покупке нового судового дизеля важно понимать значения параметров, указанные в формуляре.
Intermittent Peak ВНР — Пиковая мощность судового двигателя под нагрузкой: измеряется на максимальных оборотах в течение короткого периода, иногда называется ‘оценкой спринта’. Периодическое повышение оборотов двигателя до максимальных значений способствует продлению жизни судового дизеля.
Continuous 12-hour ВНР rating — Оценка длительной 12-часовой мощности под нагрузкой: мощность судового двигателя под длительной нагрузкой на средних оборотах, обычных для прогулочных судов (редко определяется производителем).
Continuous 24-hour ВНР rating at reduced RPM — Оценка длительной 24-часовой мощности под нагрузкой на пониженных оборотах: мощность судового двигателя под длительной нагрузкой на пониженных оборотах судового дизеля для коммерческих судов круглосуточной работы, например, рыболовных.
Уменьшение потерь мощности судового дизеля в яхтинге.
Как уже упоминалось, менее трети энергии, содержащейся в топливном баке, фактически двигают лодку вперед. Остальное уходит в потери при яхтинге, но можно попытаться их уменьшить.
В первую очередь, энергия выхлопных газов, используемая в турбокомпрессоре, способствует значительному повышению мощности судового двигателя. Тепло горячего судового дизеля из системы охлаждения может использоваться для нагрева мытьевой воды — заметная экономия потребления энергии.
Кроме того, нужно внимательно исследовать системы и механизмы судового дизеля, чтобы обнаружить и устранить возможные помехи максимально возможному значению THP.
Гребной винт: лопасти пропеллера должны быть чистыми, отполированными и не деформированными.
Дейдвуд: сужение корпуса перед гребным винтом должно быть плавным и ровным, чтобы обеспечить ламинарный поток воды на лопасти.
Корпус: днище корпуса при яхтинге должно быть гладким и чистым от обрастания.
Доступ воздуха к мотору: Судовой дизель должен быть обеспечен свободным притоком воздуха. Откройте доступ в моторный отсек или снимите короб мотора и проверьте, повышаются ли при этом обороты.
Топливная магистраль: Убедитесь, что топливная магистраль не пережата на изгибах и имеет плавные закругления.
Фильтры: Топливным фильтрам нельзя позволять засоряться и этим ограничивать поток.
Ручка газа: Проверьте, что когда ручка газа на полных оборотах, топливная рейка на двигателе также полностью открыта.
Выхлоп: Не допускайте обратного давления в выхлопной трубе из- за слишком многих изгибов или других препятствий.
Возврат топлива: Возврат топлива в бак должен быть в стороне от расходного патрубка, чтобы предотвратить попадание горячего аэрированного топлива в систему судового дизеля.
Валопровод: Судовой дизель и вал должны быть максимально соосны и дейдвудный сальник слегка прокапывает для смазки вала.
Но даже после устранения всех недостатков, судовой дизель, со своими потерями мощности, соединенный с гребным винтом, эффективным только в узком диапазоне оборотов, образует систему, которая также неэффективна, оказываясь в целом неудовлетворительным способом передвижения. Очевидно, что возникает потребность в источнике энергии, который был бы неиссякаемым, бесплатным и чистым. Разве такое может быть? Может. И есть: ВЕТЕР! Теперь есть о чем подумать?! Хотя, что тут думать, в статьях категории парус много информации о использовании в яхтинге этого поистине удивительного источника энергии. Но в тоже время современный яхтинг должен быть удобным и комфортным, что довольно затруднительно без судового дизеля. А в море нет сервиса по ремонту , что в свою очередь приводит к необходимости изучения судовых двигателей, хотя бы в кратком объеме этих статей. Поэтому продолжим это увлекательное занятие и в следующей статье рассмотрим системы судовых дизелей.