1、武汉理工大学2022年8月6日星期六船舶推进装置的特性与配合2022年8月6日星期六绪论本章重点本章重点：功率传递关系机桨匹配特性分析2022年8月6日星期六绪论船机桨三者的能量关系 n主机：能量发生器n桨：能量转换器，阻力变，桨特性变n船体：能量吸收器，装载量变、污底、航道等变化引起船舶阻力变化。2022年8月6日星期六1.功率传递过程功率传递过程 2022年8月6日星期六1.功率传递过程n柴油机指示功率Pi(IHP)n标定功率PEB(BHP)PEB=Pin n主机机械效率 n桨收到功率PD(DHP)PD=Psws w尾管装置的效率0.9850.99 s轴系的效率n推力功率PT PT=PDO
2、r O桨的敞水效率，0.550.65;r相对旋转效率0.961.05n船体有效功率PR PR=PTh h船身效率n总推进效率iuZiHBP3600uutHBHBP360036002022年8月6日星期六1.功率传递过程ni柴油机指示效率 四冲程:0.420.52;二冲程:0.350.45nn主机机械效率 非增压:0.750.85;增压:0.80.92nC齿轮箱效率 nrt推力轴承效率 nrh中间轴承效率 nw尾管装置的效率 0.9850.99 nO桨的敞水效率，0.550.65nr相对旋转效率0.951.03nh船身效率,0.951.1nd推进效率,d=r0h 0.650.711th2022年
3、8月6日星期六1.功率传递过程2022年8月6日星期六2.1 船体阻力特性 n船体阻力的组成2、船机桨的基本特性船机桨的基本特性2022年8月6日星期六2.1 船体的阻力特性 n可由其阻力特性反映 分析时，RV2 Pn=RVS VS3摩擦阻力:(frictional resistance)当船体运动时，由于水的粘性，在船体周围形成“边界层”，从而使船体运动过程中受到粘性切应力作用，亦即船体表面产生了摩擦力 压差阻力，常称为剩余阻力：residual resistance 剩余阻力包括粘压阻力（常称为涡流阻力：eddy-making resistance）和 兴波阻力（wave-making r
4、esistance）2、船机桨的基本特性船机桨的基本特性2022年8月6日星期六2.1船体的阻力特性船体的阻力、功率特性:对于一般民用商船AR与船体线型与航行情况(装载、拖带、污底)有关2vARR3vAvRPP2022年8月6日星期六2.1船体的阻力特性船体的阻力近似估算应用船模系列试验资料估算阻力根据船舶系列试验资料，直接给出阻力图表归纳实船和船模资料分析估算法根据统计资料分析整理得到母型船数据估算法海军系数法2022年8月6日星期六2.2桨的特性 n桨的结构和几何参数 n桨叶靠近桨縠的部分叫叶根，最外端叫叶梢n从船尾向船首看，看到的叶面叫压力面，另一面叫吸力面。n按正车旋转，先入水的一边叫
5、导边，后入水的一边叫随边。n桨旋转时，叶梢顶尖划出的圆叫叶梢圆，叶梢圆的直径叫桨径2022年8月6日星期六2.2桨的特性 n各参数的考虑n桨径越大,桨效率越大,但取决于船的类型和设计及强度Bulk carrier and tanker:d/D approximately 0.65Container ship:d/D approximately 0.74n桨叶数可取2,3,4,5,或6.如直径及展开面积相同，桨叶数越少,桨效率越高,但强度差 大功率船一般取4或5叶桨n叶片数越多,振动越小。n盘面比越大,空泡产生的可能性越小，但加工面积增，价格增.2022年8月6日星期六2.2桨的特性 n桨的结构
6、和几何参数 n螺距：n螺距比（P/D）：n盘面比（A/Ad）：A-所有桨叶展开面积的总和 Ad-以D为直径圆的面积2022年8月6日星期六2.2桨的特性2022年8月6日星期六2.2桨的特性2022年8月6日星期六2.3柴油机的特性n柴油机的工况 n发电机工况：调速器控制使n恒定（如电力传动主机和发电副机）n螺旋桨工况：直接驱动桨的主机稳定工况下，主机发出功率等于桨吸收功率n其它工况：功率与转速没有一定的关系，功率由阻力决定。（如驱动调距桨的主机，驱动应急救火泵或应急空压机的柴油机，变工况主机）2022年8月6日星期六2.3柴油机的特性柴油机的特性 可认为，保持喷油量不变,柴油机在不同转速时，
7、平均有效压力为常数。故有P随供油量增加而增大；供油量一定，Pn 2022年8月6日星期六 也称作外特性。柴油机试验台上测定，将喷油量调节机构固定在某一位置，改变负荷，使转速变换。n全负荷速度特性：标定转速发出标定功率的供油位置，标准试验环境（大气压p0=100kpa，相对湿度0=30%/无限航区60%，环境温度T0=298K/318K）及持续功率下测定。n超负荷速度特性：超负荷功率为标定功率的110%（对应103%neb），并且在12h运转期内允许超负荷运转1h。n部分负荷速度特性：喷油泵油量固定在小于标定功率油量2022年8月6日星期六2022年8月6日星期六调速特性 n调速器作用下柴油机的
8、功率、转矩与其转速的关系n全制调速器 2022年8月6日星期六n试验台或实船条件下测取。n发电副机和装有全制式调速器的主机，在设定转速不变下，当负荷变化转速保持不变时，可认为按负荷特性工作。n负荷特性是标志柴油机动力性与经济性的基本指标特性。n作用：比较不同柴油机的性能，评价同一柴油机的结构设计改变或调速后的效果；标定柴油机功率；绘制万有特性曲线。2022年8月6日星期六B燃油消耗量be 燃油消耗率tr排气温度2022年8月6日星期六推进特性 n稳定运转条件下，若不计传动损失 2022年8月6日星期六万有特性 n以转速n为横坐标,功率P为纵坐标的坐标平面内绘出的一系列等值曲线族.n如等油耗曲线
9、:2022年8月6日星期六2.4航速与转速的转换 n稳定工况，桨有效推力等于阻力。nTe=T(1-t)=R nvn船体阻力与桨推力可相互转化。船机桨三者的关系简化为机桨二者的配合问题.2022年8月6日星期六3、机桨匹配特性分析机桨匹配特性分析 船舶阻力特性：桨的特性：工况一定即J一定时，柴油机的特性：Te=T(1-t)=R nv 船机桨三者的关系转化为机桨二者的关系 2vARR3vAvRPP2nT 2nQ 3nP npBPeNneqnpBQ22nCVCTR2022年8月6日星期六4、典型推进装置的机桨匹配 2022年8月6日星期六4、1 单机单桨直接传动 n一般原则：既使柴油机的功率得到充分
10、利用，又使柴油机的功率在全部运转范围内都不会超出允许值。n稳定工况（J不变）n要求航速大于设计航速加油门12，配合点由ab；V增则阻力R增，又nv，故n增使得Te增大。R=Te,重新平衡。n要求航速小于设计航速减油门13，配合点由ac；V减则阻力R减，又nv，故n减使得Te减小。R=Te,重新平衡。2022年8月6日星期六4.1单机单桨直接传动 n变工况（JC）n阻力R增大（重载、污底、逆风、顶流、浅水、窄航道航行等）瞬时主机转速n不变，船航速V减小，由 ，故J，推进特性线变陡，由。全制式调速器作用下，转速保持不变，配合点由ad,但d点超负荷，在最大 油门限制下，配合点沿1线由ab。故阻力增时
11、，不能加油门保持n不变。桨重2022年8月6日星期六4.1单机单桨直接传动 n变工况（JC）n阻力R增大（重载、污底、逆风、顶流、浅水、窄航道航行等）n推力也相应增大,由a增至b 2022年8月6日星期六4.1 单机单桨直接传动 n变工况（JC）n阻力R减小(载重量或顶拖量减小,顺风等)瞬时主机转速n不变，船航速V增大，由 ，故J，推进特性线变平，由。全制式调速器作用下，转速保持 不变，配合点由ae,但e点主机 额定功率发不足；如配置双置式 调速器，则受最高转速限制，机桨配合点沿adf，然后手动减油门至c点。桨轻2022年8月6日星期六复习思考题n简述船机桨三者之间的关系简述船机桨三者之间的关系。n如何反映船、机、桨的工作特性？n何谓工况？研究工况与配合的目的是什么？何谓工况？研究工况与配合的目的是什么？n什么叫柴油机特性？研究柴油机特性的目的是什么？n什么叫柴油机工况？根据其用途不同，船舶柴油机有哪几种工况？简述其运转特点？n何谓柴油机的外特性？包括哪几种？有何实用意义？何谓柴油机的外特性？包括哪几种？有何实用意义？n何谓柴油机的负荷特性？有何实用意义？n何谓柴油机的推进特性？有何实用意义？
