Судовая пропульсивная установка с двигателем внутреннего сгорания

 
 
В. К. РУМБ 
 
 
 
 
 
 
 
СУДОВАЯ  
ПРОПУЛЬСИВНАЯ УСТАНОВКА 
С ДВИГАТЕЛЕМ  
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
1 
 

УДК 621.431.74 
ББК 39.455.5 
Р86 
 
 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор А. А. Иванченко; 
кандидат технических наук, доцент В. А. Сорокин 
 
 
 
 
 
Румб, В. К. 
Р86 
 
 Судовая пропульсивная установка с двигателем внут- 
реннего сгорания : учебное пособие / В. К. Румб. - Москва ;  
Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 376 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1750-1 
 
Рассмотрены вопросы работы двигателя внутреннего сгорания в 
составе судовой пропульсивной установки. Приведены характеристики 
элементов пропульсивной установки и показано их влияние на режимы 
эксплуатации судна. Значительное внимание уделено определению 
установившихся и неустановившихся режимов работы двигателя.  
Изложены основы построения переходных процессов дизельной установки при различных внешних воздействиях, даны примеры составления уравнений динамики установки в целом и ее отдельных элементов, 
показаны способы решения этих уравнений.  
Для студентов и курсантов средних и высших учебных заведений, изучающих дисциплины по судовым дизельным энергетическим 
установкам и их технической эксплуатации. Может быть рекомендовано специалистам, занимающимся проектированием, модернизацией  
и эксплуатацией судовых дизельных энергетических установок. 
 
УДК 621.431.74 
ББК 39.455.5 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1750-1 ” Румб В. К., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 
 

 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Человеку, несведующему в вопросах судовых дизельных 
энергетических установок (СДЭУ), может показаться, что проектирование таких установок сводится к банальному выбору из 
каталогов комплектующего оборудования и расстановки его в 
машинном отделении. В действительности это далеко не так. 
Поэтому попробуем развеять указанную точку зрения на кажущуюся простоту технического проектирования СДЭУ и доказать, что комплектующее оборудование представляет собой  
не набор случайно взятых элементов. 
Во-первых, все, без исключения, оборудование СДЭУ 
подчинено главной цели - обеспечение движения судна и снабжение всех его потребителей различными видами энергии (механической, тепловой, электрической). Следовательно, СДЭУ 
относится к сложным техническим объектам, в которых на первый план выходят системные связи элементов объекта и их взаимодействие между собой. Проектирование таких объектов требует системного подхода. Системное проектирование - это 
высшая ступень инженерной деятельности, рассматривающая 
проектирующий объект как единое целое. 
Во-вторых, проектирование СДЭУ нацелено на последующую эксплуатацию судна. Собственно, из этого исходят, 
когда считают проектное решение допустимым. Таким образом, 
поиск приемлемого проектного решения должен базироваться 
на полном понимании ситуаций, возникающих в эксплуатации, 
и учитывать экономические и технические показатели как 
СДЭУ, так и судна в целом. Так как этим показателям, в конечном итоге, присуща определенная целевая функция, то важно 
знать ее или хотя бы уметь выразить ее в виде логической 
структуры. 
В-третьих, проектирование СДЭУ должно учитывать 
возможные режимы ее работы. Таких режимов много, начиная 
от минимального (стояночного) и заканчивая расчетным (движение судна с полным грузом и спецификационной скоростью). 
3 
 

Каждый рабочий режим определяется не только нагрузочными и 
скоростными характеристиками установленного оборудования, 
которое обеспечивает этот режим, но и зависит от того, как согласуются между собой эти характеристики, когда оборудование 
работает совместно друг с другом. При согласовании характеристик должно быть выполнено соответствие параметров вырабатываемой и потребляемой энергий. 
В-четвертых, требование к качеству проектного решения 
СДЭУ обычно определяется условиями нормальной эксплуатации в статике. Между тем, динамические свойства установки и 
ее комплектующего оборудования влияют (иногда в значительной мере) на эксплуатационные показатели. В связи с этим на 
стадии проектирования необходимо моделировать поведение 
СДЭУ или ее автономных частей при различных даже случайных нагрузках. В простейших случаях удается моделировать 
динамические процессы на базе одного дифференциального 
уравнения. Но чаще приходиться решать систему таких уравнений. Отсюда следует, что при проектировании СДЭУ конструктор вынужден пользоваться не просто математическими методами, а соизмерять их с технической сущностью проектных задач. 
В-пятых, современные СДЭУ имеют высокий уровень 
автоматизации. Оснащение установки дополнительными системами автоматического управления и регулирования предъявляет 
особые требования к проектным решениям. Выбор способа 
управления и схемы регулирования зависит от специфики эксплуатации, а также от статических и динамических свойств совместно работающего оборудования. Поэтому, прежде чем составлять алгоритмы процессов управления и регулирования, 
следует установить в явном виде функциональные зависимости 
между показателями, которые определяют протекание взаимосвязанных процессов и исключают аварийные ситуации. 
В добавление к сказанному, отметим еще то, что выбор 
комплектующего оборудования по каталогам производится по 
номинальным параметрам. Однако, практически оборудование 
эксплуатируется на номинальном режиме крайне редко, а чаще 
никогда. Объясняется это просто: по определению номинальный 
режим является максимально допустимым, превышение его гро4 
 

зит возникновению аварии. Помятуя о реальных эксплуатационных режимах, производители судового оборудования иногда 
в целях рекламы искусственно завышают паспортные данные 
своей продукции или приводят их к некоторым стандартным 
условиям, не адекватным условиям эксплуатации. Если игнорировать эти факты, то проектное решение хорошее на бумаге может оказаться не совсем хорошим или даже плохим в действительности при реальной эксплуатации СДЭУ.  
Приведенные доказательства не охватывают всех сложностей, с которыми сталкивается конструктор во время проектирования СДЭУ. Естественно, существует целое множество 
других не менее важных технических задач. Между тем, соблюдение даже указанных требований во многих случаях может 
сделать проектное решение допустимым, а сам процесс проектирования более рациональным и практичным. 
Основополагающие знания, необходимые для проектирования СДЭУ, студенты получают при изучении специальных 
технических дисциплин. Содержательная основа этих дисциплин дополняется большим объемом информации, относящейся 
к области специализации студентов. Именно с позиции дисциплины специализации следует рассматривать настоящее учебное 
пособие, в котором даны ответы на вопросы, как функционирует  
и эксплуатируется СДЭУ и как надо ее проектировать применительно к конкретным условиям работы. В книге излагаются 
также новые подходы к моделированию неустановившихся режимов и переходных процессов пропульсивной установки с довольно полным учетом специфических особенностей их эксплуатации. Показано, что весьма эффективным при этом оказывается использование методов теории автоматического регулирования, соответственно приведены вычислительные процедуры таких методов, доведенные до компьютерной реализации. Вместе 
с тем, учебное пособие не перегружено математическим аппаратом, наоборот, в нем акцент сделан на техническую сущность 
решаемых задач. Поэтому в книге отсутствуют громоздкие выводы расчетных формул, а сами они представлены в виде, готовом для практического пользования. 
Во многом данную книгу можно считать вторым изданием учебного пособия [27], но по сравнению с ним здесь суще5 
 

ственно переработано большинство глав, а часть глав дополнена 
новыми сведениями, также учтены замечания и пожелания. 
Среди нового подробно рассмотрены методические вопросы 
динамического анализа двигателя, работающего в составе пропульсивной установки. Приведены примеры построения переходных процессов при различных внешних воздействиях. К новизне следует отнести и сведения по автоматизации судовых 
двигателей внутреннего сгорания в частности и дизельных установок в целом. 
Материал учебного пособия основан на курсе лекций по 
одноименной дисциплине, которая включена в учебный план с 
целью усиления профессиональной подготовки студентов.  
По структуре пособие состоит из четырех глав. Первая глава 
содержит сведения о параметрах и характеристиках отдельно 
взятых элементов дизельной пропульсивной установки без учета 
их совместной работы. Во второй главе обсуждаются вопросы 
взаимодействия элементов между собой для того, чтобы иметь 
возможность рассчитывать эксплуатационные режимы установки в целом. Все рассуждения этой главы базируются на статическом сопоставлении внешних характеристик. В третьей главе 
анализируется реакция пропульсивной установки на возмущения, обусловленные неустановившимися режимами эксплуатации судна. При анализе учитываются динамические свойства 
элементов, что на современном этапе является обязательной составной частью проектирования. В заключительной четвертой 
главе приводятся основные направления развития и перспективы технических решений в области СДЭУ. 
Автор признателен всем, чья помощь и поддержка способствовали появлению данного учебного пособия. Особенно 
хочется поблагодарить рецензентов за труд по прочтению рукописи и высказанные замечания и предложения, которые оказались весьма полезными. Наконец, автор благодарен за многочисленные полезные советы своим коллегам по работе. Во многом, благодаря их советам удалось сделать учебное пособие более корректным с точки зрения психолого-педагогических требований. 
 
 
6 
 

 
Глава 1 
СОСТАВ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ 
СУДОВОЙ ПРОПУЛЬСИВНОЙ УСТАНОВКИ 
 
 
1.1. Общие понятия и определения 
 
Судовая пропульсивная установка - это совокупность 
взаимодействующих между собой механизмов и устройств, 
предназначенных для обеспечения движения судна на всех спецификационных ходах.  
В состав пропульсивной установки входят: главный двигатель, передача, движитель, корпус судна. Основное назначение названных элементов следующее. 
Главный двигатель обеспечивает ход судна, точнее, он 
создает необходимый для вращения движителя крутящий момент. Если в качестве главного двигателя используется двигатель внутреннего сгорания, то пропульсивную установку принято считать дизельной. Такое название она получила потому, 
что зачастую судовые ДВС называют дизелями по имени автора, который впервые предложил и отчасти реализовал рабочий 
цикл ДВС с воспламенением топлива от сжатия. В настоящее 
время доля дизельных пропульсивных установок (ДПУ) в общем объеме строящихся судов превышает 98 . 
Судовая передача обеспечивает передачу крутящего 
момента от главного двигателя к движителю. Обязательным 
элементов всех передач является валопровод. Он представляет 
собой систему валов, соединенных в единую линию с целью 
передачи крутящего момента. Одновременно валопровод передает движущую силу от движителя к корпусу судна. Непосредственная передача силы происходит через упорный подшипник. 
Его изготавливают либо в виде отдельного агрегата, либо 
встраивают в двигатель или в редуктор. 
Судовой движитель преобразует подведенный к нему 
крутящий момент в движущую силу, которая как раз и обуслов7 
 

ливает движение судна с заданной скоростью. Среди судовых 
движителей доминируют гребные винты фиксированного 
(ВФШ) и регулируемого (ВРШ) шага. Движущую силу, которую создает гребной винт, называют упором. Упор от гребного 
винта передается корпусу судна через упорный подшипник.  
В ДПУ с ВРШ в линии вала предусматривается механизм изменения шага (МИШ) вместе с маслобуксой. Посредством МИШ 
осуществляется разворачивание лопастей винта, а маслобукса 
необходима для передачи масла к вращающему валу. 
Корпус судна создает сопротивление движению судна. 
Это сопротивление зависит от скорости судна, от размерений и 
форм обводов его корпуса, а также от внешних условий плавания (наличия ветра, волнения моря, ширина и глубина форватера и других факторов). Сопротивление движению судна преодолевает развиваемая движителем движущая сила, рис. 1.1. 
При постоянной скорости судна -  выполняется равенство 
между движущей силой Pe и силой сопротивления R, вектора 
этих сил имеют противоположное направление. 
 
 
 
 
 
 
Рис. 1.1. Силы, обеспечивающие поступательное движение судна 
 
На рис. 1.2 приведена типичная для морских грузовых 
судов схема ДПУ. При работе двигателя (1) его мощность че- 
рез валопровод, состоящий из проставочного (3), промежуточного (4) и гребного валов (5), передается движителю - гребному 
винту (7), вращаемому валопроводом. В результате вращения 
винта создается упор, который через упорный подшипник (2) 
передается корпусу судна (6). Собственно, именно этот упор 
обеспечивает поступательное движение судна. Таким образом, 
движитель, обеспечивающий движение судна, является основным и в большинстве случаев единственным потребителем 
мощности главного двигателя. 
 
8 
 

 
 
 
 
 
 
 
Рис. 1.2. Схема типовой дизельной пропульсивной установки 
 
1.2. Классификация судовых  
пропульсивных установок 
 
Судовые ДПУ можно классифицировать по следующим 
признакам. 
По числу главных двигателей, работающих на каждый 
гребной вал, различают: 
- одномашинные установки, в которых на каждый гребной вал работает по одному главному двигателю; 
- многомашинные установки, у них на каждый гребной 
вал работают по несколько двигателей. Наиболее широкое применение на судах получили двухмашинные установки, значительно реже трех- и четырехмашинные дизельные агрегаты. 
Многомашинные ДПУ допускают совместную и раздельную 
работу главных двигателей. При совместной работе происходит 
суммирование мощностей работающих двигателей, а раздельная работа возможна при наличии в передаче соединительноразобщительных муфт, которые позволяют подключать и отключать дизели без остановки валопровода. 
По количеству валопроводов ДПУ могут быть: 
- одновальные, такие установки характерны для одновинтовых судов, у них линия валопровода располагается в диаметральной плоскости судна; 
- многовальные, чаще всего встречаются двухвальные 
ДПУ с размещением валопроводов по бортам судна. Редко и 
только на судах специального назначения (например, ледоколы) 
применяются трехвальные установки, при этом один валопро9 
 

вод располагается в диаметральной плоскости, а два осталь- 
ных - по бортам. 
Многовальные и многомашинные ДПУ допускают различные сочетания работы двигателей и движителей, включая 
парциальную работу тех и других.  
По возможности перераспределения энергии многовальные и многомашинные установки дополнительно подразделяют на автономные и комбинированные. В автономной ДПУ с 
раздельным приводом движителей каждая установка независима от других (рис. 1.3, а). Комбинированная установка позволяет сначала суммировать энергию от двигателей, а затем ее перераспределять между валопроводами (рис. 1.3, б). Суммирование 
энергии происходит в редукторе, а ее перераспределение в межредукторной передаче. Комбинированные ДПУ часто называют 
пропульсивными комплексами с общим приводом движителей. 
 
 
 
 а  
б 
Рис. 1.3. Схемы автономного (а) и комбинированного (б)  
пропульсивных комплексов: 1 - дизель, 2 - редуктор, 
 3 - гребной винт, 4 - межредукторная передача 
 
В зависимости от обеспечения режимов работы различают ДПУ: 
- всережимные, обеспечивающие все хода судна; 
- маршевые, обеспечивающие малые, средние и длительные экономические хода судна; 
- ускорительные, служащие для обеспечения полных  
и самых полных ходов судна. 
По типам главных двигателей ДПУ подразделяют на: 
- однотипные, имеющие в своем составе только ДВС. 
Их, в свою очередь, классифицируют по частоте вращения  
10