В предыдущей статье мы рассмотрели использование морского двигателя в яхтинге, достоинства и недостатки его. А также немного коснулись истории создания и применения морского двигателя. Увлекательная штука — история, но необходимо перейти к делу. Итак, как это общепринято при обсуждении технических вопросов, для начала определимся с терминологией. В трактовке слов не всегда можно обнаружить единство мнений. Чаще всего, спорить не имеет смысла — нужно простодоговориться о них.
Движитель — устройство, преобразующее энергию морского двигателя или внешнего источника в полезную работу по перемещению транспортного средства. Является частью пропульсивной установки. Все просто: движителем автомобиля являются его колеса (в большинстве случаев — одно), теплохода — гребной винт «пропеллер», парусника — паруса, естественно.
Морской двигатель (мотор) — устройство, преобразующее любой вид энергии в механическую, чаще всего — вращательную: двигатель внутреннего сгорания, электромотор.
Пропульсивная установка. В определении этого термина встречаются разногласия: многие считают, что это и есть
Движитель. По мнению других — часть силовой установки, энергия которой приводит в действие Движитель, т.е. это в нашем случае и дизель, и редуктор, и валопровод, и гребной винт, и системы управления и контроля. Именно этим вариантом определения пропульсивной установки и предлагается пользоваться в дальнейшем.
Не будем ставить себе целью энциклопедический обзор всех типов пропульсивных установок, встречающихся на яхтах. Оставим за бортом водометы, гидроприводы, гибридные агрегаты и прочую экзотику. В данной серии статей рассматриваются самые популярные варианты компоновки морских двигателей яхт. В таком стандартном наборе всегда присутствует дизель и гребной винт.
Небольшие вариации пропульсивных установок наблюдаются в устройствах передачи вращения морского двигателя на винт, причем сам гребной винт может иметь от двух до четырех лопастей, а на парусных судах эти 2-3-лопастные винты обычно складываются для уменьшения сопротивления потоку воды на ходу под парусами.
Винт на вашей парусной яхте не складной конструкции? Советуют стопорить на ходу под парусами? Спорно: свободно вращающийся гребной винт тормозит меньше, чем застопоренный. Поверьте или проверьте.
Пропульсивная установка морского двигателя.
Пропульсивная установка моторной и круизной парусно-моторной яхты во многом аналогичны.
Фильтр забортной воды (cooling water strainer) (1) обычно устанавливается выше ватерлинии. В любом случае выше ватерлинии располагается антисифон (air went) (2), который не позволяет забортной воде попадать в двигатель через выхлопную систему, когда двигатель остановлен. Дейдвудный сальник (3) часто снабжен принудительным охлаждением (water lubricated stern gear). Смесь выхлопных газов и охлаждающей забортной воды удаляется через глушитель (waterlock/muffler) (4) и выхлопной фитинг (transom exhaust connection) (5).
Возле рулевого располагаются панель приборов (engine instruments) (6) и рукоятка (handle, throttle) управления оборотами и реверсом (lever remote control) (7).
Под кормой яхт, где гребной вал на значительную длину выходит за пределы корпуса, в районе винта располагается поддерживающий кронштейн (P-bracket).
Общее устройство морского двигателя.
Пропульсивная установка облегченной парусно-моторной яхты собрана в одном компактном блоке, называемом saildrive(удачного перевода на русский язык еще придумано, к сожалению) и включает в себя дизель, реверс-редуктор и привод на гребной винт.
Забортная вода поступает на помпу (sea water pump) (1), посылающую воду на теплообменник охлаждения антифриза, циркулирующего внутри блока цилиндров при помощи помпы внутреннего контура (fresh water pump) (2). После теплообменника забортная вода смешивается с выхлопными газами и сбрасывается за борт через охлаждаемый выхлопной коллектор (exhaust) (3). Масло, необходимое для работы морского двигателя, заливается через горловину (4), уровень масла проверяется щупом (dipstick) (5), второй щуп находится на редукторе, имеющем свое масло. Масляный (6) и топливный (7) фильтры обычно меняются один раз в сезон. Электрооборудование включает в себя стартер (starter) (8) для запуска морского двигателя и генератор (alternator) (9) зарядки аккумуляторных батарей (battery). Реверс редуктор (gear box) (10) обеспечивает понижение оборотов и включение вращения гребного винта на передний или задний ход. «Сердцем» дизеля считается топливный насос высокого давления (injection pump) (11).
По конструкции дизельный морской двигатель мало отличается от обычного бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Клапана существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — степень сжатия 19-24 единиц против 9-11 у бензинового. Именно повышенной компрессией объясняется больший вес и габариты дизельного морского двигателя в сравнении с бензиновым.
Принципиальное отличие заключается в способах формирования топливно-воздушной смеси, ее воспламенения и сгорания. У бензинового мотора смесь образуется во впускном коллекторе, а в цилиндре воспламеняется искрой свечи зажигания. В дизельном морском двигателе подача топлива и воздуха происходит раздельно. Вначале в цилиндры поступает чистый воздух. В конце сжатия, когда он нагревается до температуры 700-800°С, в камеру сгорания форсунками под большим давлением (10-30мПа)
впрыскивается топливо, которое почти мгновенно самовоспламеняется. Возвратно-поступательное движение поршней вращает коленвал, который передает это вращение через реверсредуктор на привод гребного винта.
Пожалуй, многим будет интересно узнать, какая часть энергии дизельного топлива непосредственно приводит судно в движение. Итак, приняв за 100% энергию, сосредоточенную в топливном баке, отследим ее потери в пропульсивной установке на пути к гребному винту:
1. Энергетические потери:
— нагрев охлаждающей воды — 25%;
— тепловыделение двигателя — 5%;
— выхлопные газы — 30%.
2. Потери на трение:
— редуктор — 3%;
— дейдвудный сальник — 1%;
3. Проскальзывание винта — 20%.
Итого, осталось 16% энергии топлива, которые можно считать толкающими судно вперед. Это — усредненные цифры, которые могут меняться в зависимости от типа топлива, конструкции мотора, гребного винта. Другими словами — не более 20% мощности морского двигателя передаются в упор гребного винта для преодоления сопротивления корпуса судна его движению вперед.
Но о мощности судового дизеля и способах ее увеличения поговорим в следующей статье.
P.S. КПД перемножаются, а не складываются
100-25-5-30-3-1-20=16% это неверно!!!
1. Энергетические потери:
— нагрев охлаждающей воды — 25%;
— тепловыделение двигателя — 5%;
— выхлопные газы — 30%.
Итого потери составляют 60%, тогда КПД Дизеля 40% ну допустим на номинале хороший дизель столько даст.
2. Потери на трение:
— редуктор — 3%; то есть КПД 97 % или 0.97
— дейдвудный сальник — 1%; 99%
3. Проскальзывание винта — 20%. Итого КПД 80% для больших винтов ну допустим 0.8
итого 0.4*0.97*0.99*0.8 = 0.3073 или 30.73%
«В конце сжатия, когда он нагревается до температуры 700-800°С»
Слишком большие цифры, на самом деле что-то около 300-400 градусов по Цельсию.