(精品)船舶动力装置3.ppt

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1、 Chapter 3推进装置的工况配合特性推进装置的工况配合特性 Characteristics of Ship Propulsion Installation at Different Working Condition 推进装置的工况配合特性推进装置的工况配合特性第一节第一节 船、机、桨的相互作用和螺旋桨的选配船、机、桨的相互作用和螺旋桨的选配第二节第二节 各种航行条件下推进装置工况配合特性各种航行条件下推进装置工况配合特性推进装置的工况配合特性推进装置的工况配合特性第一节第一节 船、机、桨的相互作用和螺旋桨的选配船、机、桨的相互作用和螺旋桨的选配第二节第二节 各种航行条件下推进装置工况配

2、合特性各种航行条件下推进装置工况配合特性The interactions among the ships hull,main engine,propeller and the selection of the propeller船机桨的相互作用和螺旋桨的选配船机桨的相互作用和螺旋桨的选配船、机、桨的特性船、机、桨的相互作用航速与转速的转换关系螺旋桨的选配船机桨的相互作用和螺旋桨的选配船机桨的相互作用和螺旋桨的选配船、机、桨的特性船、机、桨的相互作用船、机、桨的相互作用航速与转速的转换关系航速与转速的转换关系螺旋桨的选配螺旋桨的选配船舶阻力特性船舶阻力特性 基本阻力R（静水、满载、直航、稳定航行

3、）a.摩擦阻力R1(粘滞阻力）R1 V1.83(商船占80%R，高速船占40%R)b.形状阻力R2（压力阻力，涡流阻力）R2 V2(商船占10%R)c.兴波阻力R3 R3 V46（商船占10%R,高速船占50%R以上）通常，对于商船：R V2螺旋桨的推进特性螺旋桨的推进特性 螺旋桨的推力：螺旋桨的阻力矩：螺旋桨的效率：进程比：螺旋桨的推进特性螺旋桨的推进特性 稳定航行时，n一定，v一定，J一定，一定，K1、K2一定 则 T=CTn2 -kn （CT为常数）M=CM n2 -kn m（CM为常数）PP=M 2 n/60=CP n3 -kW(CP为常数）推进特性曲线见图1图图1 螺旋桨特性曲线螺旋

4、桨特性曲线实线PP=f(n)的特性曲线虚线Te(Q)=f(n)的特性曲线速度特性（也称外特性）速度特性（也称外特性）Pe=C pe n i 式中:C 与柴油机结构形式有关的系数 pe平均有效压力 n 转速 i 气缸数 当喷油量一定时，pe一定，i、C一定，则Pe与n为直线关系，且过原点和（Pb,nb）即，轴上扭矩为常数 工作指标和性能参数随转速而变化的规律工作指标和性能参数随转速而变化的规律速度特性（也称外特性）速度特性（也称外特性）全负荷速度特性全负荷速度特性（也称额定外特性）油泵油量调节机构固定在标定功率的供油量下，工作 指标和性能参数随转速而变化的规律。超负荷速度特性超负荷速度特性 使n

5、=nb，发出110%Pb的功率，固定油量调节机构，测取 的工作指标和性能参数随转速而变化的规律。规范要求：每12小时允许运行1小时，且不冒黑烟 部分负荷速度特性部分负荷速度特性（也称部分外特性）柴油机推进特性柴油机推进特性柴油机按螺旋桨特性工作的特性规律。即，Pe=Cn3柴油机的工作范围柴油机的工作范围增压柴油机正常工作范为例见图2 持续工作范围：最大发动机转速 最大发动机扭矩 增压器喘振线 最低稳定转速 最小发动机扭矩 短期运行工作范围：超负荷工作范围 超转速工作范围 加速时短期使用工作 范围 机动操纵低速运转使 用工作范围图图2 增压柴油机正常典型工作范围图增压柴油机正常典型工作范围图柴油

6、机安全经济可靠的工作范围柴油机安全经济可靠的工作范围机桨的相互作用和螺旋桨的选配机桨的相互作用和螺旋桨的选配船、机、桨的特性船、机、桨的特性船、机、桨的相互作用航速与转速的转换关系航速与转速的转换关系螺旋桨的选配螺旋桨的选配船机桨系统的特点船机桨系统的特点 a.存在机械连接 b.存在液力相互作用 c.能量转换关系：d.相互制约主机主机螺旋桨螺旋桨船体船体平衡方程式平衡方程式 船体的力平衡方程式 螺旋桨力矩平衡方程式 平衡方程式平衡方程式 m船舶质量 vs船舶的航行速度 Te螺旋桨的总有效推力 R船舶运动阻力 np螺旋桨的转速 J主机、减速器和轴系的回转质量折合到尾轴中心线的转动惯量以及螺旋桨的

7、转动惯量 Me主机的扭矩 Mp作用于螺旋桨的水动力矩 Mm轴系、减速器和联轴器的摩擦力矩平衡方程式平衡方程式 稳定工况下船机桨的相互作用和螺旋桨的选配船机桨的相互作用和螺旋桨的选配船、机、桨的特性船、机、桨的特性船、机、桨的相互作用船、机、桨的相互作用航速与转速的转换关系螺旋桨的选配螺旋桨的选配 稳定工况下航行时，稳定工况下航行时，R=TR=Te e J J变化不大变化不大 由由J=J=v vp p/(D/(Dn n)可得出结论：可得出结论：v vp pn n航速与转速的转换关系航速与转速的转换关系船机桨的相互作用和螺旋桨的选配船机桨的相互作用和螺旋桨的选配船、机、桨的特性船、机、桨的特性船、

8、机、桨的相互作用船、机、桨的相互作用航速与转速的转换关系航速与转速的转换关系螺旋桨的选配满足船舶所要求的航速和较高的螺旋桨效率使柴油机的功率得到充分利用使柴油机在全部运转范围内不超过允许的功率范围配桨原则配桨原则标定功率与配桨功率的差 发动机功率储备 船体状态储备 航行条件储备功率储备功率储备约定最大持续运转功率（约定约定最大持续运转功率（约定MCR、CMCR）船东和船厂商定的在船上船东和船厂商定的在船上实际应用的最大持续运转功率实际应用的最大持续运转功率实例实例 Sulzer RTA型柴油机的配桨图见图3 Pielstick中速机与螺旋桨的选配见图4图图3 RTA柴油机的配桨特性柴油机的配桨

9、特性图图4 PC2-5中速机的配桨特性中速机的配桨特性典型推进装置的机桨配合特性典型推进装置的机桨配合特性双机单桨配合特性见图双机单桨配合特性见图5 5四机单桨配合特性见图四机单桨配合特性见图6 6双机双桨配合特性见图双机双桨配合特性见图7 7主机主机+轴带发电机联合工作机桨配合特性见图轴带发电机联合工作机桨配合特性见图8 8图图5 双机并车的机桨配合特性双机并车的机桨配合特性PP-推进特性曲线 1-1台主机的外特性曲线 2-2台主机的外特性曲线图图6 多机单桨配合特性多机单桨配合特性I-螺旋桨推进特性曲线 1、2、3、4-与主机所运行的台数相应的组合外特性曲线图图7 双机双桨推进装置机桨配合

10、特性双机双桨推进装置机桨配合特性图图8 增压柴油机驱动螺旋桨和轴带发电机增压柴油机驱动螺旋桨和轴带发电机（不变负荷）（不变负荷）1-螺旋桨负荷 2-螺旋桨+轴带发电机 3-柴油机工作范围限制线推进装置的工况配合特性推进装置的工况配合特性第一节第一节 船、机、桨的相互作用和螺旋桨的选配船、机、桨的相互作用和螺旋桨的选配第二节第二节 各种航行条件下推进装置工况配合特性各种航行条件下推进装置工况配合特性The matching characteristic of the propulsion installation at the different underway conditions船舶阻力改

11、变时的工况配合特性船舶阻力改变时的工况配合特性 增加：如船舶污底（船舶水 下部分表面附着了海生物以及发 生锈蚀）、超载、逆风等。注意事项：防止超负荷，任何情况油门不得超过标定油门 减小：如，轻载、顺风、顺流等。注意事项：防止超速，任何情况下不得超过标定转速 配合特性见图配合特性见图9 9图图9 船舶阻力改变时工况配合特性船舶阻力改变时工况配合特性I-阻力正常情况下螺旋桨特性曲线 II-阻力增加情况下螺旋桨特性曲线III-阻力减小情况下螺旋桨特性曲线1-主机全负荷速度特性曲线 2-主机部分负荷速度特性曲线汹涛的影响汹涛的影响 大风浪中航行时，螺旋桨的扭矩和推力周期性变化 见图10 注意事项：适当

12、减小油门，防止飞车和超扭矩、超负荷 偏舵航行对航速和推力的影响 见图11图图10 船体产生摇摆和起伏而引起汹涛阻力船体产生摇摆和起伏而引起汹涛阻力Mb-扭矩增额 Te-推力增额图图11 舵角对航速和推力的影响舵角对航速和推力的影响船舶由深水进入浅水和在窄航道中航行施工船舶由深水进入浅水和在窄航道中航行施工况配合特性况配合特性1 1、由深水进入浅水、由深水进入浅水 浅水：h/d深水阻力 c.时,浅水阻力深水阻力 所以，当船舶进入浅水时，应适当减速，防止阻力增加。例如，当 时,R=R2浅水 若v=v1 时,R=R1，与深水阻力相同船舶由深水进入浅水和在窄航道中航行施工船舶由深水进入浅水和在窄航道中

13、航行施工况配合特性况配合特性 2.窄水道 窄水道：b/B20时，无窄水道影响船舶在各种运动状态下的工况配合特性船舶在各种运动状态下的工况配合特性系泊工况起航和加速工况转向工况拖曳工况紧急倒航工况船舶在各种运动状态下的工况配合特性船舶在各种运动状态下的工况配合特性系泊工况起航加速工况转向工况拖曳工况紧急倒航工况系泊工况系泊工况 V=0,J=0,桨特性线最陡，见图13 常规要求：n正=(0.80.85)nb 运行2h，排烟温度正常 n倒=(0.70.80)nb 运行0.5h，排烟温度正常 图图13 系泊实验时的螺旋桨特性系泊实验时的螺旋桨特性船舶在各种运动状态下的工况配合特性船舶在各种运动状态下的

14、工况配合特性系泊工况起航加速工况转向工况拖曳工况紧急倒航工况主机操作方式主机操作方式 a.设极限调速器：n由人工控制油门，极限调速器控制飞车转速 b.设全制式调速器：作极限调速器使用，与a所述相同 作全制式调速器使用，n由调速器控制油门+油门限制 c.设加速程序（遥控）：n由程序控制变工况特点变工况特点T不等于R，V,n,R,T,J,K1,K2螺旋桨特性时刻在变船舶惯性相对大，机、桨、增压器等惯性相对小油门改变后，n变化快，v变化慢人工控制油门启航工况人工控制油门启航工况 驾驶台要求n=n1,第一阶段：n迅速增加阶段，v不变，J=0 启动：油门在4，工作在a点，n=n1 第二阶段：n缓慢增加阶

15、段，v逐渐增加，J逐渐增加，K1,K2逐渐减小 若油门不变，工作点的变化a-a1-a2-a3 n=n1 n1 正确操作：油门的变化：4-4 -4 -4 工作点的变化：a-a1-a-a2-a-a3-a3 驾驶台要求n=n3 不正确操作：0-b 正确操作：0-a-a1-b1-b2-b2-b3 见图见图1414图图14 起航工况配合特性起航工况配合特性人工控制油门加速工况人工控制油门加速工况（定速）（定速）参见图参见图1515 由nanb 不正确的操作：a1-B-a 正确操作：a1-1-2-3-4-5-6-7-8-9-a图图15 加速工况加速工况起航加速工况配合特性起航加速工况配合特性人工控制油门减

16、速工况人工控制油门减速工况 由nb nc 第一阶段：n迅速降低阶段 减油至nc，v不变，J增加，K1、K2下降，特性线变平坦 第二阶段：n缓慢降低阶段 J缓慢减小，K1、K2缓慢增加，特性线逐渐变陡 不正确操作：油门不变，转速逐渐下降，直至停车 正确操作：逐渐增加油门，维持n=nc，由B C 过渡时间短。若按b-1-2-3-4-5-C，则过渡时间较长。见图见图1616图图16 减速工况减速工况调速器控制油门（遥控）调速器控制油门（遥控）a.启航 油门自动变化过程：4-4 -4 -4 工作点变化过程：a-a-a-a3 b.加速 按程序控制加速 c.减速 第一阶段，减油至nc，第二阶段，自动加油，

17、稳定在nc左右船舶在各种运动状态下的工况配合特性船舶在各种运动状态下的工况配合特性系泊工况起航加速工况转向工况拖曳工况紧急倒航工况转向工况转向工况 单桨：由于偏舵和斜水流的作用，R增加，船速下降，J下降，特性线变陡，若设全制式调速器，则自动加油，应注意防止超负荷 一般由油门限制杆限制 若油门不变，则转速下降，此时不能盲目加油门，防止超负荷 双机双桨：两桨均在斜水流中，hp内hp外，J内J外，内桨特性比外桨陡 若油门不变时，则n内75%vb时，水涡轮的负转距 M起，不可能倒车 启动刹车 当75%vb v50%vb时，即使可反向启动，也达不到 主机最低稳定转速，即不能用燃油运行图图19 不同转速下

18、的不同转速下的M-n变化的罗宾逊图变化的罗宾逊图船舶倒航工况船舶倒航工况影响滑行距离的因素实例影响滑行距离的因素实例 实例 见图20 全速自由滑行：n:125 rpm0 需要5.1分钟 v:15节0 需要20分钟 滑行距离S1：3150米 约16倍船长 全速倒车制动：v:14节0 需要5.33分钟 滑行距离S2：1200米 约6倍船长 中速倒车制动：滑行距离S3:700米 约3.5倍船长图图20 某船实测倒车工况曲线某船实测倒车工况曲线第三章思考题第三章思考题1.什么是船、机、桨特性？怎样来选择船舶的螺旋桨和主机？2.采用什么方法来讨论船舶推进装置工况特性？如何分析船舶机桨工况配合特性？3.如何考虑在不同气象条件和不同航区的船舶机桨工况配合特性？4.怎样分析船舶在各种不同的运动状态下的机桨工况配合特性？