W artykule przeanalizowano przyczyny przeciążenia głównych silników wysokoprężnych okrętów oraz zbadano szczególne i złożone środowisko pracy na pokładzie.
Zmienne i nieprzewidywalne warunki pracy, którym jest poddawany, nie są warunkami przeciążenia, które wystąpiłyby podczas eksploatacji jednostki stacjonarnej (na lądzie), ale które z dużym prawdopodobieństwem wystąpią na pokładzie.
Istnieje zjawisko nienormalności i odwrócenia normalności, które najczęściej pojawia się w formie ukrytej, o nieprzewidywalnych cechach.
Głównymi przyczynami przeciążeń są katastrofalna pogoda, trudne warunki na morzu i topografia dróg wodnych.
I. Ogólna definicja przeciążenia silnika Diesla
Podczas pracy stałego zespołu prądotwórczego na olej napędowy, o ile nie przekracza ona granicy „krzywej charakterystyki mocy-prędkości” pracującego zespołu i głównych parametrów technicznych (głównie różnych parametrów temperaturowych, parametrów ciśnieniowych, parametrów prędkości obrotowej), nie wystąpią żadne przeciążenia.
Jeśli te przepisy zostaną przekroczone, urządzenie uważa się za przeciążone. Dzieje się tak w przypadku jednostek stacjonarnych (-lądowych). Jednakże określenie przeciążenia okrętowych silników wysokoprężnych podczas pracy jest znacznie bardziej skomplikowane.
Dzieje się tak, ponieważ morskie silniki wysokoprężne są określane na podstawie ich charakterystyki napędowej.
Ponadto mają na nie wpływ warunki panujące na morzu.
Morskie silniki wysokoprężne podlegają podczas pracy zewnętrznym, naturalnym i niewywoływanym przez człowieka-zakłóceniom i ograniczeniom środowiskowym.
Sytuacja ta jest nienormalna w przypadku jednostek stacjonarnych, ale normalna dla okrętowych silników wysokoprężnych podczas pracy, prowadząc w ten sposób do wystąpienia różnych nieprzewidywalnych (takich jak niesprzyjająca pogoda, złożone warunki morskie, przeszkody podwodne itp.) warunków przeciążenia.
Zmienność tych obciążeń spowodowana czynnikami zewnętrznymi zwykle wykracza poza zakres przepisów i procedur i jest zdarzeniem wysoce losowym o dużej losowości i niepewności.
To przeciążenie można luźno nazwać przeciążeniem ukrytym, aby odróżnić je od przeciążenia stałej-jednostki.
Jest to stan bardziej niebezpieczny i niebezpieczny.
Poniżej zostaną przeanalizowane przyczyny, warunki środowiskowe, zagrożenia i zapobieganie różnym nagłym stanom, często spotykanym w okrętowych silnikach wysokoprężnych, wywołanym czynnikami zewnętrznymi.
II. Związek między specjalizacją, złożonością i przeciążeniem środowiska pracy okrętowych silników wysokoprężnych
Ze względu na znaczne różnice w środowisku pracy, przestrzeni, warunkach i jednostkach stałych (na lądzie) pomiędzy okrętowymi silnikami wysokoprężnymi a jednostkami stacjonarnymi, są one nieuchronnie ograniczane przez te czynniki podczas pracy, a obciążenie jednostki również ulegnie odpowiedniej zmianie.
Poniższe punkty wyróżniono w celu krótkiego wyjaśnienia ilustrującego zakres ich wpływu na działanie jednostek.
1. Surowe warunki na morzu
Odnosi się do katastrofalnych zjawisk hydrologicznych i meteorologicznych zachodzących w morzu, spowodowanych takimi czynnikami jak burze, śnieg, tsunami i tajfuny.
Warunki na morzu zmieniają się w każdej chwili pod wpływem różnych czynników, w tym przestrzeni, czasu, pogody, szlaków żeglugowych oraz warunków geograficznych i topograficznych, a sytuacja jest niezwykle złożona.
Jak mówi stare powiedzenie: „Na morzu-nawet bez wiatru panuje fala o wysokości trzech stóp”, co obrazowo opisuje niebezpieczną pogodę panującą w oceanie.
Fale są jedną z głównych przyczyn ukrytego przeciążenia maszyn.
Rysunek 1 Zmiany punktu pracy silnika spalinowego w różnych warunkach żeglugowych
Z rysunku 1 wynika, że jeżeli silnik wysokoprężny pracuje przy znamionowej charakterystyce prędkości obrotowej obciążenia i współpracuje ze śmigłem o charakterystyce I, to punkt pracy wynosi a. W tym momencie silnik wysokoprężny emituje moc znamionową Pe i wprawia śmigło w ruch obrotowy z prędkością znamionową ne.
Jeżeli opór statku wzrośnie, charakterystyka napędu śruby stanie się bardziej stroma, np. stanie się krzywą charakterystyczną II. W ten sposób punkt pracy zmienia się z punktu a do punktu b. W tej chwili, mimo że moc i prędkość obrotowa silnika wysokoprężnego są niższe od wartości znamionowych, to już pracują w zakresie przekroczenia-momentu obrotowego, co jest bardzo niekorzystne dla pracy silnika wysokoprężnego.
I odwrotnie, gdy opór statku zmniejszy się, krzywa charakterystyki napędu śruby stanie się bardziej płaska, np. stanie się krzywą charakterystyczną III. W ten sposób punkt pracy zmienia się z punktu a do punktu d. W tej chwili, mimo że silnik wysokoprężny nie pracuje w-zakresie nadmiernego momentu obrotowego, zarówno prędkość, jak i moc silnika wysokoprężnego przekraczają wartości znamionowe ne i Pe. Silnik wysokoprężny również znajduje się w stanie przeciążenia, co jest bardzo niekorzystne dla pracy silnika wysokoprężnego.
Na opór nawigacji statku będą miały wpływ następujące niekontrolowane czynniki:
Czynniki związane z burzami, śniegiem i warunkami morskimi; czynniki związane z kierunkiem prądów oceanicznych; czynniki związane z topografią drogi wodnej; czynniki związane z osadami w podwodnej części kadłuba; czynniki związane z uziemieniem i osiadaniem na mieliźnie; czynniki związane z splątaniem śmigła z ciałami obcymi; czynniki związane ze wzrostem ciągnięcia (holowania); czynniki związane z oddziaływaniem śmigła na obiekty pływające itp.
Do kontrolowanych czynników należą:
Ostre zakręty podczas nawigacji; Startowy; Wąskie drogi wodne; Cumowanie; Przyśpieszenie; Nawigacja wsteczna; Zmiana kierunku; Ładowanie itp.
Czynniki te, działające samodzielnie lub w połączeniu, mogą spowodować, że rzeczywista krzywa napędu (lub krzywa charakterystyki momentu obrotowego) jednostki odbiega od pierwotnie zaprojektowanej krzywej charakterystyki napędu (lub krzywej charakterystyki ograniczenia momentu obrotowego). Jakikolwiek ruch napędu rzeczywistego w lewo lub w prawo doprowadzi do przeciążenia mocy, momentu obrotowego lub prędkości agregatu.
Tego typu sytuacja ma miejsce wielokrotnie i naprzemiennie podczas żeglugi w niesprzyjających warunkach atmosferycznych i morskich.
Gdy statek znajduje się na szczycie fali, śruba napędowa wystawiona jest na powierzchnię wody, co powoduje-pracę na biegu jałowym przy zerowym obciążeniu, nagły wzrost prędkości jednostki i przekroczenie prędkości obrotowej silnika głównego (przekroczenie prędkości).
Kiedy statek znajduje się w dolinie fali, objętość zanurzonego kadłuba gwałtownie wzrasta, gwałtownie wzrastają opory tarcia, a wał korbowy silnika głównego (łącznie z wałami) ulega przeciążeniu. Jednocześnie wzrasta ciąg i moment obrotowy śmigła.
Ten niekorzystny stan morza powoduje wzdłużne i boczne kołysanie kadłuba statku, co będzie skutkować obydwoma powyższymi rodzajami przeciążeń (właściwie towarzyszy im obciążenie przegrzewające).
I te dwa rodzaje przeciążeń są najbardziej niebezpieczne dla okrętowych silników wysokoprężnych.
Inne różne czynniki również mają podobny szkodliwy wpływ na urządzenie, ale ich nasilenie jest różne.
2. Uziemienie lub osiadanie statku na mieliźnie
Wśród licznych wypadków morskich zarówno wejście na mieliznę, jak i wejście na mieliznę (w tym wjechanie na rafę) należą do poważnych katastrof morskich.
Kiedy nastąpi taki wypadek, prędkość statku nagle spada z normalnej do zerowej lub natychmiastowej prędkości prawie zerowej, ale silnik nadal napędza śrubę w jej pierwotnym stanie.
Z „Krzywa charakterystyki działania śmigła” można wiedzieć, że w tym momencie ciąg i moment obrotowy śmigła wzrosną od wartości minimalnej do wartości maksymalnej.
Zasada działania śmigła mówi nam: „Wraz ze stopniowym wzrostem prędkości, ciąg śmigła stale maleje. Kiedy prędkość osiąga pewną wartość (zwykle nieco większą niż wartość H), ciąg śmigła wynosi zero. Jest to powszechnie określane jako ciąg zerowy.
I odwrotnie, gdy prędkość zmienia się od wartości maksymalnej do zera, kąt natarcia śmigła osiąga wartość maksymalną. W tym momencie śmigło, wał i jednostka ulegną poważnemu przeciążeniu, ponieważ śmigło generuje większą moc i moment obrotowy niż projektowana moc i moment napędowy.
Gdy statek doświadcza powyższych wypadków, aby się uratować i uciec, często zawraca przy dużym obciążeniu przy zerowej-prędkości statku, sztucznie powodując przepracowanie jednostki.
3. Ciała obce zaplątały się w śrubę napędową lub wał rufowy
Gdy wystąpi ta usterka, następuje gwałtowny wzrost obciążenia śmigła, dym spalinowy z silnika staje się czarny, prędkość obrotowa spada, a jeśli utrzymuje się przez dłuższy czas, powoduje to wzrost temperatury wody chłodzącej i oleju smarowego, pogorszenie spalania, a także przeciążenie wału i wału korbowego.
4. Przeciąganie
Tego rodzaju stan przeciążenia występuje najczęściej na statkach rybackich trawlerami.
Głównym powodem jest to, że gdy sieć rybacka wejdzie w dużą grupę ryb lub zostanie zaczepiona o obiekt (taki jak zatopiony fragment statku, mały kamień itp.), pierwotne warunki pracy ulegną zmianie, proces ulegnie zmniejszeniu i zmieni się kąt natarcia śmigła, co skutkuje wzrostem ciągu i momentu obrotowego.
Taka sytuacja spowoduje przedłużoną pracę w trybie przeciążenia.
5. Wpływ śmigła na obiekty pływające
W takich przypadkach łopatki śmigła ulegną odkształceniu, osiągi śmigła pogorszą się, zwłaszcza zwiększy się skok, zostanie zakłócona równowaga dynamiczna i nasilą się wibracje. Spowoduje to wzrost obciążenia różnych łożysk, co doprowadzi do ich uszkodzenia.
6. Zwiększony opór tarcia spowodowany zanieczyszczeniem kadłuba
W miarę upływu czasu, gdy statek działa, organizmy morskie (glony, skorupiaki itp.) w coraz większym stopniu przyczepiają się do powierzchni kadłuba, powodując zwiększoną korozję.
Opór tarcia kadłuba stopniowo wzrasta z dnia na dzień. Według odpowiednich danych siła tarcia kadłuba wzrasta w tempie 2% rocznie, co nieuchronnie zwiększa dodatkowe obciążenie jednostki. „Krzywa charakterystyki napędu śmigła” przesuwa się w lewo, a prędkość jednostki maleje.
Jeśli w tym czasie zostanie utrzymana pierwotnie ustawiona prędkość, urządzenie faktycznie pracuje na nadmiernym poziomie mocy.
Taka sytuacja może łatwo doprowadzić do tego, że urządzenie będzie pracować z nadmierną mocą przez długi czas, powodując poważne szkody.
7. Zawracanie statku
Jak powszechnie wiadomo, każdy statek ma swój własny, specyficzny promień skrętu.
Ta cecha ma niewielki wpływ na statki z jednym silnikiem, ale jest znacząca w przypadku statków z wieloma silnikami.
Im większy i dłuższy jest statek, tym większy jest jego promień skrętu (zwykle około trzykrotność długości statku) i dłuższy czas skrętu. Wpływ na silniki jest bardziej oczywisty.
Ponieważ silniki wewnętrzne i zewnętrzne mają różne promienie podczas skrętu statku, odległości i kursy, jakich doświadczają, są różne, a procesy zachodzące w śrubach napędowych po wewnętrznej i zewnętrznej stronie koła skrętu są również różne. W związku z tym obciążenia (prędkości obrotowe) silników wewnętrznych i zewnętrznych są również różne.
Można to bezpośrednio zidentyfikować na podstawie zmian w spalinach urządzenia. Jeżeli obciążenie (prędkość obrotowa) urządzenia nie zostanie w tym momencie wyregulowane, jednostka wewnętrzna przejdzie w stan poważnego przeciążenia.
8. Nawigacja w wąskich kanałach (płytkich wodach)
Kiedy statki wpływają do rzek (lub kanałów) z oceanu lub przemieszczają się z obszarów głębokowodnych do obszarów płytkich,-występuje tak zwane „zjawisko ssania statku (zasysania z brzegu lub ssania z dna)”. Najbardziej bezpośrednią konsekwencją tego zjawiska jest wzrost oporów nawigacji i spadek prędkości.
Jeżeli prędkość będzie utrzymywana na ślepo bez żadnych zmian, silnik będzie pracował w warunkach przeciążenia.
III. Zagrożenia przeciążeniem i zapobieganie
Przeciążenie występuje podczas pracy urządzenia, a przyczyny można zidentyfikować i przeanalizować dopiero w procesie eksploatacji.
Jednak ogólnie rzecz biorąc, przyczyny można przypisać albo czynnikom subiektywnym, albo zewnętrznym czynnikom obiektywnym.
Zewnętrzne niekorzystne czynniki można złagodzić poprzez subiektywne działania i zachowania. Szczególnie ważne jest podkreślenie potrzeby pogłębienia zrozumienia obiektywnego świata, takiego jak formułowanie każdego planu lotu, analiza prognoz pogody, zrozumienie stanu technicznego załogi, środki reagowania itp. Należy przyjąć odpowiednie techniki operacyjne, aby sprostać obiektywnym warunkom operacyjnym.
Przeciążenie występuje, gdy występuje brak równowagi pomiędzy silnikiem, śrubą napędową i statkiem.
Względna równowaga pomiędzy tymi trzema elementami gwarantuje uniknięcie wystąpienia przeciążenia.
Ustalenie tej równowagi ma charakter losowy (zwłaszcza związany z warunkami morskimi) i opiera się na wzajemnych zależnościach.
Aby zapobiec wystąpieniu przeciążenia urządzenia, bardzo ważne staje się posiadanie przez personel wszechstronnej wiedzy.
Zwłaszcza na nowoczesnych statkach ze zintegrowanym-systemem pilota maszyny zarówno w dyscyplinie zarządzania silnikami, jak i w zawodzie kierowcy powinna posiadać podstawową wiedzę z odpowiednich-dziedzin interdyscyplinarnych. Znajomość jednego przedmiotu jest dziś niewystarczająca.
We współczesnych operacjach na statkach nie do pomyślenia jest, aby członkowie załogi, którzy nie są zaznajomieni z „krzywą charakterystyki napędu”, mogli naukowo kontrolować działanie statku.
Członkowie załogi, którzy nie znają parametrów statku, nie są w stanie dostosować maszyn do różnych warunków nawigacyjnych.
Dlatego też warunkiem wstępnym prac profilaktycznych powinno być doskonalenie jakości załogi, a na drugim miejscu różne regulacje, procedury i systemy.
Bez wysokiej-personelu wysokiej jakości nawet najlepsze rzeczy nie mogą zostać właściwie wdrożone.
Zapobieganie przeciążeniom okrętowych silników wysokoprężnych jest często trudne do osiągnięcia.
1) Ponieważ zmiany warunków morskich są nieprzewidywalne na poziomie mikro, najbardziej optymistycznym, co możemy zrobić, jest przewidywanie zmian makroskopowych, które mają niewielkie znaczenie dla-operacji technicznych na miejscu.
Dlatego też zmiany przeciążenia zespołów silnikowych są również nieprzewidywalne. Przewidywanie nie może być najważniejsze i nie można rozmawiać o zapobieganiu.
2) Koordynacja i współpraca działu silnikowego z działem kierowniczym.
Podczas faktycznej operacji, ze względu na różne spojrzenia na tę samą sprawę,
każdy dział ma swoje własne priorytety. Dział sterowniczy bierze pod uwagę bezpieczeństwo całego statku, natomiast dział silnikowy dba o bezpieczeństwo maszyn. Jednak w krytycznych warunkach na morzu, które mogą prowadzić do różnych sytuacji przeciążenia, konieczne jest, aby dział maszynowy postępował zgodnie z instrukcjami działu sterowniczego i nie można tego odmówić.
Dlatego przeciążenia są nieuniknione, a dział silników może jedynie żądać minimalizacji rozmiaru uszkodzeń.
Niewłaściwe jest w tym momencie nadmierne podkreślanie „przepisów” czy „procedur”.
3) W przypadku wyjątkowo niebezpiecznych warunków na statku, takich jak osiadanie na mieliźnie lub utknięcie na mieliźnie, w celu zapewnienia bezpieczeństwa statku, załogi i ładunku nieuniknione jest poświęcenie bezpieczeństwa niektórych głównych silników. To także forma profilaktyki.
4) W przypadku nagłych wypadków, takich jak żegluga we mgle, po wąskich drogach wodnych lub po skomplikowanych kanałach,-włączenie biegu wstecznego z pełną mocą lub ostre zakręty oraz manewry wymijania, które mogą wystąpić w celu uniknięcia kolizji, wszystkie czynności należy wykonywać w warunkach przeciążenia.
5) W ostateczności wydział nawigacji powinien rozważyć rozmieszczenie „kotwicy morskiej” w celu ochrony głównego silnika. Jednak w tym momencie należy dokładnie ocenić zwrotność statku. Sytuacja statku pozbawionego mocy jest niezwykle trudna.
6) W przypadku głównych okrętowych silników wysokoprężnych nie należy podejmować nadmiernych środków zapobiegawczych w następujących warunkach nawigacyjnych:
① W przypadku napotkania podczas nawigacji nieuniknionych niekorzystnych warunków pogodowych (takich jak burze, śnieżyce, tsunami itp.);
② Gdy pogoda nagle się zmienia na ruchliwych szlakach żeglugowych;
③ Podczas żeglugi po wąskich drogach wodnych przy sprzyjających warunkach wiatrowych i prądowych oraz przy dużych prędkościach przepływu;
④ Gdy istnieje ryzyko kolizji i należy podjąć środki mające na celu uniknięcie sytuacji awaryjnych.
W tych kilku sytuacjach, mimo że istnieje ryzyko przeciążenia silnika, jest to nadal konieczne ze względu na bezpieczeństwo całego statku.
Minimalnym dopuszczalnym warunkiem eksploatacji jest utrzymanie wystarczającej skuteczności sterowania (powszechnie zwanej siłą sterowania) dla nawigacji statku.
Jeżeli funkcja napędowa silnika powoduje utratę niezbędnej skuteczności sterowania, statek będzie narażony na ryzyko wywrócenia się.
Szczególnie w przypadku katastrofalnych warunków pogodowych lub gdy istnieje ryzyko kolizji, mogą wystąpić poważniejsze niż przeciążenie silnika konsekwencje, takie jak zniszczenie statku i śmierć życia.
Jest to niezbędny plan awaryjny, bez którego dział zarządzania statkiem nie może się obejść z wyprzedzeniem.
Szkodliwość przeciążenia silnika okrętowego z silnikiem wysokoprężnym jest-oczywista.
W łagodnych przypadkach przyspiesza zużycie podzespołów (zwłaszcza części ruchomych), skraca żywotność maszyny, zmniejsza korzyści ekonomiczne i pogarsza efektywność operacyjną statku.
W ciężkich przypadkach może dojść do tragicznego wypadku, w wyniku którego maszyna ulegnie zniszczeniu, w wyniku czego zginą ludzie, co poważnie zagrozi bezpieczeństwu pracy.
Dlatego też zapobieganie nadmiernej eksploatacji powinno być traktowane jako kluczowy punkt zapobiegania wypadkom.
Szczególnie w sytuacjach, gdy awaria pracy prowadzi do przeciążenia silnika, należy często włączać sygnał alarmowy i eliminować go.