Tento článek analyzuje důvody přetížení hlavních lodních dieselových motorů a zkoumá speciální a složité provozní prostředí na palubě.
Proměnlivé a nepředvídatelné pracovní podmínky, kterým je vystaven, nejsou stavy přetížení, které by se vyskytly při provozu pevné (na pozemní) jednotce, ale s velkou pravděpodobností nastanou na palubě.
Existuje fenomén abnormality a zvratu normality, který se většinou objevuje v implicitní formě s nepředvídatelnými charakteristikami.
Katastrofální počasí, drsné podmínky na moři a topografie vodních cest jsou hlavními příčinami přetížení.
I. Obecná definice přetížení vznětového motoru
Při provozu pevného dieselagregátu, pokud nepřekročí hranici „výkonové-otáčkové charakteristiky“ provozní jednotky a hlavních technických parametrů (zejména různé teplotní parametry; tlakové parametry; parametry otáček), nedojde k přetížení.
Pokud jsou tyto předpisy překročeny, jednotka je považována za přetíženou. To je případ pevných (pozemních-založených) jednotek. Stanovení přetížení u lodních dieselových motorů za provozu je však daleko složitější.
Je to proto, že lodní dieselové motory jsou určeny jejich charakteristikami pohonu.
Navíc na ně mají vliv i mořské podmínky.
Lodní dieselové motory jsou během provozu vystaveny vnějším přírodním a ne-lidským{1}}narušením a omezením.
Tato situace je abnormální pro stacionární jednotky, ale normální pro lodní dieselové motory během provozu, což vede k výskytu různých nepředvídatelných (jako je nepříznivé počasí, složité podmínky na moři, podvodní překážky atd.) přetížení.
Proměnlivost těchto zatížení způsobená vnějšími faktory je obvykle mimo rámec předpisů nebo postupů a je vysoce náhodnou událostí s velkou nahodilostí a nejistotou.
Toto přetížení lze volně nazvat skryté přetížení, aby se odlišilo od přetížení pevných{0}}jednotek.
Je to nebezpečnější a nebezpečnější stav.
V následujícím textu budou analyzovány příčiny, podmínky prostředí, nebezpečí a prevence různých náhlých stavů, se kterými se často setkávají lodní dieselové motory spouštěné vnějšími faktory.
II. Vztah mezi specialitou, složitostí a přetížením provozního prostředí lodních dieselových motorů
Vzhledem k významným rozdílům v provozním prostředí, prostoru, podmínkách a pevných jednotkách (na souši) mezi lodními dieselovými motory a pevnými jednotkami jsou tyto faktory během provozu nevyhnutelně omezeny a podle toho se změní i zatížení jednotky.
Následující body jsou zvýrazněny pro stručné vysvětlení pro ilustraci rozsahu jejich dopadu na provoz bloků.
1. Těžké podmínky na moři
Odkazuje na katastrofální hydrologické a meteorologické jevy v moři způsobené faktory, jako jsou bouře, sníh, tsunami a tajfuny.
Podmínky na moři se kdykoli mění v důsledku různých faktorů, včetně prostoru, času, počasí, lodních tras a geografických a topografických podmínek, a situace je extrémně složitá.
Jak říká staré přísloví: „I bez větru je na moři tří-metrová vlna“, což je obrazový popis nebezpečného počasí na oceánu.
A vlny jsou jednou z hlavních příčin skrytého přetížení strojů.
Obrázek 1 Změny pracovního bodu vznětového motoru za různých navigačních podmínek
Z obrázku 1 je vidět, že pokud dieselový motor pracuje při jmenovité zátěžové otáčkové charakteristice a pracuje ve spojení s vrtulí s charakteristikou I, je pracovní bod a. V tomto okamžiku vznětový motor vydává jmenovitý výkon Pe a pohání vrtuli do otáčení jmenovitou rychlostí ne.
Zvýší-li se odpor lodi, bude charakteristika pohonu lodního šroubu strmější, například se stane charakteristikou II. Pracovní bod se tedy mění z bodu a do bodu b. V tuto chvíli jsou sice výkon i otáčky vznětového motoru nižší než jmenovité hodnoty, ale již pracují v oblasti nad-točivého momentu, což je pro provoz vznětového motoru velmi nepříznivé.
Naopak při poklesu odporu lodi se charakteristika pohonu lodního šroubu zplošťuje, například se stane charakteristikou III. Pracovní bod se tedy změní z bodu a do bodu d. V tuto chvíli, přestože dieselový motor nepracuje v rozsahu pře-točivého momentu, otáčky i výkon vznětového motoru překračují jmenovité hodnoty ne a Pe. Vznětový motor je také v přetíženém stavu, který je pro chod naftového motoru velmi nepříznivý.
Odolnost lodní navigace bude ovlivněna následujícími neovlivnitelnými faktory:
Faktory související s bouřemi, sněhem a podmínkami na moři; faktory související se směrem oceánských proudů; faktory související s topografií vodní cesty; faktory související se sedimentem v podvodní části trupu; faktory související s uzemněním a najetím na mělčinu; faktory související se zapletením vrtule cizími předměty; faktory související se zvýšením tažení (vlečení); faktory související s dopadem vrtule na plovoucí předměty atp.
Mezi ovladatelné faktory patří:
Ostré zatáčky během navigace; Startování; Úzké vodní cesty; Kotvení; Akcelerace; Zpětná navigace; Změna směru; Načítání atd.
Tyto faktory, působící buď samostatně, nebo v kombinaci, mohou způsobit, že se skutečná křivka pohonu (nebo charakteristika točivého momentu) jednotky odchyluje od původně navržené charakteristiky křivky pohonu (nebo charakteristiky mezního momentu). Jakýkoli pohyb skutečného pohonu doleva nebo doprava povede k přetížení výkonu, točivého momentu nebo rychlosti jednotky.
K této situaci dochází opakovaně a střídavě během plavby za nepříznivého počasí a podmínek na moři.
Když je loď na vrcholu vlny, vrtule je vystavena vodní hladině, což vede k nulovému{0}}zátěži naprázdno, náhlému zvýšení rychlosti jednotky a přetáčení (přetáčení) hlavního motoru.
Když je loď u dna vlny, objem ponořeného trupu se náhle zvětší, třecí odpor se náhle zvýší a hlavní klikový hřídel motoru (včetně hřídele) se přetíží. Zároveň se zvyšuje tah a točivý moment vrtule.
Tento nepříznivý stav na moři způsobuje podélné a příčné kývání trupu lodi, což bude mít za následek oba výše uvedené typy přetížení (ve skutečnosti doprovázené přehřátím).
A tyto dva typy přetížení jsou pro lodní dieselové motory nejnebezpečnější.
Další různé faktory mají také podobné škodlivé účinky na jednotku, ale jejich závažnost se liší.
2. Uzemnění lodi nebo najetí na mělčinu
Mezi četnými námořními nehodami patří uvíznutí na zemi nebo najetí na mělčinu (včetně najetí na útes) k vážným námořním katastrofám.
Když k takové nehodě dojde, rychlost lodi náhle klesne z normální rychlosti na nulovou nebo téměř nulovou rychlost okamžitě, ale motor nadále pohání vrtuli ve svém původním stavu.
Z "křivky výkonnostních charakteristik vrtule" lze poznat, že v této době vzroste tah a krouticí moment vrtule z minimální hodnoty na maximální hodnotu.
Princip činnosti vrtule nám říká: "Jak se otáčky postupně zvyšují, tah vrtule plynule klesá. Když otáčky dosáhnou určité hodnoty (obecně o něco větší než hodnota H), tah vrtule je nulový. Běžně se tomu říká nulový tah."
Naopak při změně otáček z maximální hodnoty na nulu dosáhne úhel náběhu vrtule své maximální hodnoty. V tuto chvíli vrtule, hřídel a jednotka utrpí vážné přetížení v důsledku toho, že vrtule generuje větší výkon a točivý moment, než je navržený výkon a točivý moment pohonu.
Poté, co loď zažije výše uvedené nehody, aby se zachránila a unikla, často při vysoké zátěži při nulové{0}}rychlosti lodi zacouvá, což uměle způsobí přepracování jednotky.
3. Cizí předměty se zapletly do vrtule nebo zádi
Při této poruše se náhle zvýší zatížení vrtule, výfukový kouř z motoru zčerná, otáčky klesnou a při delším přetrvávání způsobí zvýšení teploty chladicí vody a mazacího oleje, zhoršení spalování a přetížení hřídele a klikového hřídele.
4. Přetahování
Tento druh přetížení se většinou vyskytuje u rybářských plavidel trawlerů.
Hlavním důvodem je, že když rybářská síť vnikne do velké skupiny ryb nebo se zachytí o nějaký předmět (jako je úlomek potopené lodi, malý kámen atd.), původní pracovní podmínky se změní, proces se sníží a změní se úhel náběhu vrtule, což má za následek zvýšení tahu a točivého momentu.
Tato situace způsobí delší provoz s přetížením.
5. Náraz vrtule na plovoucí předměty
V takových případech dojde k deformaci listů vrtule, ke zhoršení výkonu vrtule, zejména ke zvýšení stoupání, narušení dynamické rovnováhy a zesílení vibrací. To způsobí zvýšení zatížení různých ložisek, což povede k poškození.
6. Zvýšený třecí odpor v důsledku zanášení na trupu
Jak plavidlo funguje v průběhu času, mořské organismy (řasy, měkkýši atd.) se více přichytí na povrch trupu, což způsobuje zvýšenou korozi.
Třecí odpor trupu se postupně den ode dne zvyšuje. Podle relevantních údajů se třecí síla trupu zvyšuje rychlostí 2 % za rok, což nevyhnutelně zvyšuje dodatečné zatížení jednotky. „Křivka charakteristiky pohonu vrtule“ se posouvá doleva a otáčky jednotky se snižují.
Pokud je v tomto okamžiku zachována původní nastavená rychlost, jednotka ve skutečnosti pracuje s nadměrnou úrovní výkonu.
Tato situace může snadno vést k tomu, že jednotka bude po dlouhou dobu pracovat s nadměrným výkonem, což způsobí velké škody.
7. Otáčení lodí
Jak známo, každá loď má svůj specifický poloměr otáčení.
Tato vlastnost má malý dopad na lodě s jedním motorem, ale je významná pro lodě s více motory.
Čím větší a delší loď je, tím větší je její poloměr otáčení (obecně asi trojnásobek délky lodi) a tím delší je doba otáčení. Vliv na motory je patrnější.
Protože vnitřní a vnější motory mají během otáčení lodi různé poloměry, vzdálenosti a kursy, které zažívají, jsou různé a procesy, které zažívají vrtule na vnitřní a vnější straně kruhu otáčení, jsou také odlišné. V důsledku toho se také liší zatížení (otáčky) vnitřního a vnějšího motoru.
To lze přímo identifikovat ze změn ve výfukovém kouři jednotky. Pokud není v tuto chvíli předem nastaveno zatížení (otáčky) jednotky, vnitřní jednotka se dostane do stavu silně přetíženého.
8. Navigace v úzkých kanálech (mělké vody)
Když lodě vplouvají do řek (nebo kanálů) z oceánu nebo se pohybují z hlubokých vodních oblastí do oblastí s mělkými vodami, dochází k takzvanému -fenomu sání lodí (sání na břehu nebo spodní sání). Nejpřímějším důsledkem tohoto jevu je zvýšení navigačního odporu a snížení rychlosti.
Pokud jsou otáčky slepě udržovány bez jakékoli změny, motor bude pracovat v přetíženém stavu.
III. Nebezpečí přetížení a prevence
K přetížení dochází během provozu jednotky a příčiny lze identifikovat a analyzovat pouze během procesu provozu.
Obecně však lze příčiny připsat buď subjektivním faktorům, nebo vnějším objektivním faktorům.
Vnější nepříznivé faktory lze zmírnit subjektivním jednáním a chováním. Je zvláště důležité zdůraznit potřebu prohloubit porozumění objektivnímu světu, jako je formulace každého letového plánu, analýza předpovědí počasí, pochopení technického stavu posádky, opatření reakce atd. Pro zvládnutí objektivních provozních podmínek by měly být přijaty vhodné provozní techniky.
Přetížení nastane, když dojde k nerovnováze mezi motorem, vrtulí a lodí.
Relativní rovnováha mezi těmito třemi je zárukou, že nedojde k přetížení.
Stanovení této rovnováhy je náhodné (zejména související s podmínkami moře) a je založeno na vzájemné závislosti.
Aby se zabránilo výskytu přetížení jednotky, je velmi důležité mít komplexní znalosti personálu.
Zejména na moderních lodích s integrovaným strojním-pilotním systémem by jak disciplína řízení motoru, tak řidičská profese měli mít základní znalosti z příslušných mezioborových-oborů. Jakékoli znalosti z jednoho předmětu jsou dnes nedostatečné.
V moderních lodních operacích je nepředstavitelné, aby členové posádky, kteří nejsou obeznámeni s "charakteristikou pohonu", vědecky řídili chod lodi.
A je nemožné, aby členové posádky, kteří neznají výkon lodi, přizpůsobili strojní zařízení různým plavebním podmínkám.
Předpokladem preventivní práce by tedy mělo být to, jak zlepšit kvalitu posádky, přičemž různé předpisy, postupy a systémy jsou až na druhém místě.
Bez vysoce{0}}kvalitního personálu nelze správně implementovat ani ty nejlepší věci.
Zabránění přetížení lodních dieselových motorů je často obtížné.
1) Vzhledem k tomu, že změny podmínek na moři jsou na mikroúrovni nepředvídatelné, nejoptimističtější, co můžeme udělat, je předpovídat jejich makroskopické změny, což má malý význam pro-technické operace na místě.
Proto jsou nepředvídatelné i změny v přetížení motorových jednotek. Predikce nemůže být na prvním místě a o prevenci nelze diskutovat.
2) Koordinace a spolupráce mezi oddělením motoru a oddělením řízení.
Během skutečného provozu, kvůli jejich různým pohledům na stejnou věc,
každé oddělení má své priority. Oddělení řízení bere v úvahu bezpečnost celé lodi, zatímco oddělení motoru bere v úvahu bezpečnost strojního zařízení. V kritických podmínkách na moři, které mohou vést k různým situacím přetížení, je však nutné, aby se oddělení motoru řídilo pokyny oddělení řízení, což nelze odmítnout.
Proto je přetížení nevyhnutelné a motorové oddělení může pouze požadovat minimalizaci rozsahu poškození.
V tuto chvíli je nevhodné příliš zdůrazňovat „předpisy“ nebo „postupy“.
3) V případech extrémně nebezpečných podmínek lodi, jako je najetí na mělčinu nebo uvíznutí, je v zájmu zajištění bezpečnosti plavidla, personálu a nákladu nevyhnutelné obětovat bezpečnost některých hlavních motorů. I to je forma prevence.
4) V případě náhlých nehod, jako je plavba v mlze, v úzkých vodních tocích nebo ve složitých kanálech, zpátečka na plný výkon nebo ostré zatáčky a úhybné manévry, které mohou nastat, aby se předešlo kolizi, musí být vše prováděno za přetížených podmínek.
5) Jako poslední možnost by navigační oddělení mělo zvážit nasazení „mořské kotvy“ k ochraně hlavního motoru. V tomto okamžiku by však měla být pečlivě vyhodnocena manévrovatelnost plavidla. Situace bezmocného plavidla je extrémně náročná.
6) U lodních hlavních dieselových motorů by neměla být přijímána nadměrná preventivní opatření za následujících plavebních podmínek:
① Když se během navigace setkáte s nevyhnutelnými nepříznivými povětrnostními podmínkami (jako jsou bouře, sněhové bouře, tsunami atd.);
② Když se počasí náhle změní na rušných lodních trasách;
③ Při plavbě v úzkých vodních tocích s příznivými větrnými a aktuálními podmínkami a vysokými průtoky;
④ Když existuje riziko kolize, je třeba přijmout nouzová preventivní opatření.
V těchto několika situacích sice existuje riziko přetížení motoru, ale přesto je nutné tak učinit pro bezpečnost celé lodi.
Minimální přípustnou provozní podmínkou je udržení dostatečné účinnosti řízení (běžně známé jako řídící síla) pro navigaci lodi.
Pokud pohonná funkce motoru způsobí ztrátu potřebné účinnosti řízení, bude loď vystavena riziku převrácení.
Zejména za katastrofálních povětrnostních podmínek nebo při nebezpečí kolize může dojít k závažnějším následkům než přetížení motoru, jako je zničení lodi a ztráty na životech.
Jedná se o nezbytný pohotovostní plán, bez kterého se oddělení správy lodí předem neobejde.
Škody způsobené přetížením lodních dieselových motorů jsou-samozřejmé.
V mírných případech urychluje opotřebení komponentů (zejména pohyblivých), zkracuje životnost stroje, snižuje ekonomické přínosy a poškozuje provozní efektivitu lodi.
V závažných případech může způsobit tragickou nehodu, při které dojde ke zničení stroje a usmrcení osob, a vážně ohrozit bezpečnost provozu.
Zabránění nadměrnému provozu by proto mělo být považováno za klíčový bod prevence nehod.
Zejména v situacích, kdy porucha provozu vede k přetížení motoru, by měl být často zvoněn výstražný zvonek a měl by být odstraněn.