Критерии и измерители тепловой экономичности ПТУ

Основным критерием тепловой экономичности судовой энергетической установки служит расход топлива, который оказывает влияние и на другие показатели установки. Измерители расхода топлива могут быть удельные и суммарные. К первым относится расход топлива на 1 кВт·ч и на 1 милю, пройденную судном, ко вторым – расход топлива за какой-либо отрезок времени (час, сутки, навигацию, год).

Часовой и удельный расходы топлива на установку при любом режиме ее работы могут быть определены по формулам:

,                                    (1.6)

 , кг/(кВт·ч),                 (1.7)

где  эффективная мощность главного двигателя; – низшая теплота сгорания топлива.

Эффективная мощность главного двигателя измеряется на выходном фланце зубчатой передачи. При электропередаче  измеряется в каком-либо сечении гребного вала, расположенном между гребным электродвигателем и движителем.

Часовой и удельный расходы теплоты находятся по выражениям

 ,                          (1.8)

 .                          (1.9)

Из выражений (1.6)÷(1.9) следует, что между расходом топлива (теплоты) и КПД установки существует однозначная связь:

 .         (1.10)

При такой трактовке КПД к полезной мощности установки причисляется только эффективная мощность главного двигателя, необходимая для обеспечения заданной скорости хода. Энергия, затрачиваемая на общесудовые нужды, а также на собственные вспомогательные механизмы гребной установки, рассматривается как потеря энергии, сопутствующая выработке гребной (пропульсивной) мощности . Эта потеря увеличивает расход топлива В и, следовательно, снижает КПД установки.

Для судовой энергетической установки, длительно работающей при разных нагрузках, решающее значение имеет рациональное сочетание удельных измерителей для всего набора нагрузок с учетом их длительности. Для судовых ПТУ, используемых преимущественно на одном режиме, важнее всего обеспечить высокий КПД на этом режиме.

Общий расход топлива на ПТУ условно можно представить в виде суммы:

,                               (1.11)

где  – расход топлива на собственно двигательную (гребную) установку;  – расход топлива на общесудовые нужды.

Совершенство процесса выработки механической энергии в собственно пропульсивной установке судна можно оценить с помощью частного КПД гребной установки.

.                        (1.12)

Относительный расход топлива на общесудовые нужды можно оценить с помощью коэффициента судовых затрат

.                             (1.13)

Из формул (1.10)÷(1.13) следует,

.                                    (1.14)

Удельный расход топлива на милю определяется по формуле:

 кг/миля,                  (1.15)

где V – скорость судна в узлах.

Для водоизмещающих судов мощность приближенно пропорциональна кубу скорости судна.

,                                          (1.16)

где  – коэффициент пропорциональности. Тогда удельный расход топлива на милю в функции скорости судна или соответствующий мощности установки можно представить в виде выражения:

.                            (1.17)

Для режима полного хода выражения (1.17) перепишем в виде:

.                (1.18)

Поделив почленно (1.17) на (1.18), принимая  найдем

.                 (1.19)

При уменьшении скорости судна уменьшается, одновременно еще сильнее, по кубической зависимости (1.16) падает мощность ПТУ, а при этом растет удельный расход топлива. Сомножитель  играет роль поправки, сильно возрастающей, если в включается расход топлива на вспомогательные котлы, дизель-генераторы и на другие общесудовые нужды. Противоречивое влияние сомножителей  и  придает зависимости  от скорости судна экстремальный характер с определенно выраженным минимумом. Этот минимум лежит в области скоростей, которые составляют 25÷40% от скорости полного хода судна и называется экономической скоростью судна. Расход топлива на милю пути судна, идущего экономически ходом, минимален и составляет примерно 1/5÷1/7 расхода на милю при движении полным ходом, а дальность плавания соответственно в 5÷7 раз больше, чем при полном ходе.