船舶動力裝置技術(shù)管理第三

船舶動力裝置技術(shù)管理第三第1頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四推進裝置的工況配合特性第一節(jié)船、機、槳的相互作用和螺旋槳的選配第二節(jié)各種航行條件下推進裝置工況配合特性第2頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四推進裝置的工況配合特性第一節(jié)船、機、槳的相互作用和螺旋槳的選配第二節(jié)各種航行條件下推進裝置工況配合特性第3頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四Theinteractionsamongtheship’shull,mainengine,propellerandtheselectionofthepropeller第4頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船機槳的相互作用和螺旋槳的選配船、機、槳的特性船、機、槳的相互作用航速與轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換關(guān)系螺旋槳的選配第5頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船機槳的相互作用和螺旋槳的選配船、機、槳的特性船、機、槳的相互作用航速與轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換關(guān)系螺旋槳的選配第6頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶阻力特性基本阻力R（靜水、滿載、直航、穩(wěn)定航行）a.摩擦阻力R1(粘滯阻力）R1

∝V1.83(商船占80%R，高速船占40%R)

b.形狀阻力R2（壓力阻力，渦流阻力）R2∝V2(商船占10%R)

c.興波阻力R3R3∝V4~6（商船占10%R,高速船占50%R以上）

通常，對于商船：R∝V2第7頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四螺旋槳的推進特性

螺旋槳的推力：

螺旋槳的阻力矩：螺旋槳的效率：進程比：

第8頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四螺旋槳的推進特性

穩(wěn)定航行時，

n一定，v一定，J一定，ρ一定，K1、K2一定則T=CT·n2--kn（CT為常數(shù)）

M=CM·n2--kn·m（CM為常數(shù)）

PP=M·2π·n/60=CP·n3--kW(CP為常數(shù)）

推進特性曲線見圖1第9頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖1螺旋槳特性曲線實線——PP=f(n)的特性曲線虛線——Te(Q)=f(n)的特性曲線第10頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四柴油機速度特性推進特性工作范圍第11頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四速度特性（也稱外特性）

Pe=C·pe·

n·i

式中:C—與柴油機結(jié)構(gòu)形式有關(guān)的系數(shù)pe—平均有效壓力

n—轉(zhuǎn)速i—氣缸數(shù)

當噴油量一定時，pe一定，i、C一定，則Pe與n為直線關(guān)系，且過原點和（Pb,nb）

即，軸上扭矩為常數(shù)

工作指標和性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速而變化的規(guī)律第12頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四速度特性（也稱外特性）

全負荷速度特性（也稱額定外特性）油泵油量調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在標定功率的供油量下，工作指標和性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速而變化的規(guī)律。

超負荷速度特性使n=nb，發(fā)出110%Pb的功率，固定油量調(diào)節(jié)機構(gòu)，測取的工作指標和性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速而變化的規(guī)律。規(guī)范要求：每12小時允許運行1小時，且不冒黑煙

部分負荷速度特性（也稱部分外特性）第13頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四柴油機推進特性柴油機按螺旋槳特性工作的特性規(guī)律。即，Pe=C·n3第14頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四柴油機的工作范圍增壓柴油機正常工作范為例見圖2

持續(xù)工作范圍：最大發(fā)動機轉(zhuǎn)速最大發(fā)動機扭矩增壓器喘振線最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速最小發(fā)動機扭矩

短期運行工作范圍：超負荷工作范圍超轉(zhuǎn)速工作范圍加速時短期使用工作范圍機動操縱低速運轉(zhuǎn)使用工作范圍第15頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖2增壓柴油機正常典型工作范圍圖第16頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四柴油機安全經(jīng)濟可靠的工作范圍第17頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四機槳的相互作用和螺旋槳的選配船、機、槳的特性船、機、槳的相互作用航速與轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換關(guān)系螺旋槳的選配第18頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船機槳系統(tǒng)的特點

a.存在機械連接b.存在液力相互作用c.能量轉(zhuǎn)換關(guān)系：

d.相互制約主機螺旋槳船體第19頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四平衡方程式

船體的力平衡方程式螺旋槳力矩平衡方程式

第20頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四平衡方程式

m—船舶質(zhì)量vs—船舶的航行速度∑Te—螺旋槳的總有效推力R—船舶運動阻力np—螺旋槳的轉(zhuǎn)速∑J—主機、減速器和軸系的回轉(zhuǎn)質(zhì)量折合到尾軸中心線的轉(zhuǎn)動慣量以及螺旋槳的轉(zhuǎn)動慣量Me—主機的扭矩Mp—作用于螺旋槳的水動力矩Mm—軸系、減速器和聯(lián)軸器的摩擦力矩第21頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四平衡方程式穩(wěn)定工況下第22頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船機槳的相互作用和螺旋槳的選配船、機、槳的特性船、機、槳的相互作用航速與轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換關(guān)系螺旋槳的選配第23頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四穩(wěn)定工況下航行時，R=Te

J變化不大

由J=vp/(Dn)可得出結(jié)論：

vp∝n航速與轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換關(guān)系第24頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船機槳的相互作用和螺旋槳的選配船、機、槳的特性船、機、槳的相互作用航速與轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換關(guān)系螺旋槳的選配第25頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四滿足船舶所要求的航速和較高的螺旋槳效率使柴油機的功率得到充分利用使柴油機在全部運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)不超過允許的功率范圍配槳原則第26頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四標定功率與配槳功率的差

發(fā)動機功率儲備

船體狀態(tài)儲備

航行條件儲備功率儲備第27頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四約定最大持續(xù)運轉(zhuǎn)功率（約定MCR、CMCR）

船東和船廠商定的在船上實際應(yīng)用的最大持續(xù)運轉(zhuǎn)功率第28頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四實例

SulzerRTA型柴油機的配槳圖見圖3

Pielstick中速機與螺旋槳的選配見圖4第29頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖3RTA柴油機的配槳特性第30頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖4PC2-5中速機的配槳特性第31頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四典型推進裝置的機槳配合特性雙機單槳配合特性見圖5四機單槳配合特性見圖6雙機雙槳配合特性見圖7主機+軸帶發(fā)電機聯(lián)合工作機槳配合特性見圖8第32頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖5雙機并車的機槳配合特性PP-推進特性曲線1-1臺主機的外特性曲線2-2臺主機的外特性曲線第33頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖6多機單槳配合特性I-螺旋槳推進特性曲線1、2、3、4-與主機所運行的臺數(shù)相應(yīng)的組合外特性曲線第34頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖7雙機雙槳推進裝置機槳配合特性第35頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

圖8增壓柴油機驅(qū)動螺旋槳和軸帶發(fā)電機（不變負荷）1-螺旋槳負荷2-螺旋槳+軸帶發(fā)電機3-柴油機工作范圍限制線第36頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四推進裝置的工況配合特性第一節(jié)船、機、槳的相互作用和螺旋槳的選配第二節(jié)各種航行條件下推進裝置工況配合特性第37頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四Thematchingcharacteristicofthepropulsioninstallationatthedifferentunderwayconditions第38頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶阻力改變時的工況配合特性增加：如船舶污底（船舶水下部分表面附著了海生物以及發(fā)生銹蝕）、超載、逆風等。

注意事項：防止超負荷，任何情況油門不得超過標定油門

減?。喝?，輕載、順風、順流等。

注意事項：防止超速，任何情況下不得超過標定轉(zhuǎn)速配合特性見圖9第39頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

圖9船舶阻力改變時工況配合特性

I-阻力正常情況下螺旋槳特性曲線II-阻力增加情況下螺旋槳特性曲線III-阻力減小情況下螺旋槳特性曲線1-主機全負荷速度特性曲線2-主機部分負荷速度特性曲線第40頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四第41頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四第42頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四洶濤的影響大風浪中航行時，螺旋槳的扭矩和推力周期性變化見圖10

注意事項：適當減小油門，防止飛車和超扭矩、超負荷

偏舵航行對航速和推力的影響見圖11第43頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

圖10船體產(chǎn)生搖擺和起伏而引起洶濤阻力△Mb-扭矩增額△Te-推力增額第44頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

圖11舵角對航速和推力的影響

第45頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶由深水進入淺水和在窄航道中航行施工況配合特性1、由深水進入淺水

淺水：h/d<4(h:水深d:吃水)船體周圍水流動由三元變?yōu)槎鄬λ俣取耗Σ磷枇Α?、渦流阻力↑、興波阻力↑

阻力與船速的關(guān)系見圖12第46頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

圖12在淺水和深水航行時船速對阻力的影響

1-深水阻力曲線2-淺水阻力曲線第47頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

由圖可知：a.時，淺水阻力=深水阻力

b.時,淺水阻力>深水阻力

c.時,淺水阻力<深水阻力

所以，當船舶進入淺水時，應(yīng)適當減速，防止阻力增加。

例如，當

時,R=R2—淺水

若v=v1時,R=R1，與深水阻力相同第48頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶由深水進入淺水和在窄航道中航行施工況配合特性

2.窄水道

窄水道：b/B<20(b:航道寬B:船寬)

且b/B>20時，無窄水道影響第49頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶在各種運動狀態(tài)下的工況配合特性系泊工況起航和加速工況轉(zhuǎn)向工況拖曳工況緊急倒航工況第50頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶在各種運動狀態(tài)下的工況配合特性系泊工況起航加速工況轉(zhuǎn)向工況拖曳工況緊急倒航工況第51頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四系泊工況

V=0,J=0,槳特性線最陡，見圖13

常規(guī)要求：n正=(0.8~0.85)nb

運行2h，排煙溫度正常

n倒=(0.7~0.80)nb運行0.5h，排煙溫度正常

第52頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

圖13系泊實驗時的螺旋槳特性第53頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶在各種運動狀態(tài)下的工況配合特性系泊工況起航加速工況轉(zhuǎn)向工況拖曳工況緊急倒航工況第54頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四主機操作方式a.設(shè)極限調(diào)速器：n由人工控制油門，極限調(diào)速器控制飛車轉(zhuǎn)速

b.設(shè)全制式調(diào)速器：作極限調(diào)速器使用，與a所述相同作全制式調(diào)速器使用，n由調(diào)速器控制油門+油門限制

c.設(shè)加速程序（遙控）：n由程序控制第55頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四2變工況特點T不等于R，V,n,R,T,J,K1,K2螺旋槳特性時刻在變船舶慣性相對大，機、槳、增壓器等慣性相對小油門改變后，n變化快，v變化慢13第56頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四人工控制油門－啟航工況

駕駛臺要求n=n1,

第一階段：n迅速增加階段，v不變，J=0

啟動：油門在4，工作在a點，n=n1

第二階段：n緩慢增加階段，v逐漸增加，J逐漸增加，K1,K2逐漸減小

若油門不變，工作點的變化a-a1-a2-a3n=n1’>n1

正確操作：

油門的變化：4-4’-4’’-4’’’

工作點的變化：a-a1-a’-a2’-a’’-a3’’-a3’’’

駕駛臺要求n=n3

不正確操作：0-b

正確操作：0-a-a1-b1-b2’-b2-b3見圖14第57頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖14起航工況配合特性第58頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四人工控制油門－加速工況（定速）

參見圖15由na→nb

不正確的操作：a1-B-a

正確操作：a1-1-2-3-4-5-6-7-8-9-a第59頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖15加速工況第60頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四起航加速工況配合特性第61頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四人工控制油門－減速工況由nb→nc

第一階段：n迅速降低階段減油至nc，v不變，J增加，

K1、K2下降，特性線變平坦第二階段：n緩慢降低階段

J緩慢減小，K1、K2緩慢增加，特性線逐漸變陡不正確操作：油門不變，轉(zhuǎn)速逐漸下降，直至停車正確操作：逐漸增加油門，維持n=nc，由B→C過渡時間短。若按b-1-2-3-4-5-C，則過渡時間較長。見圖16第62頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖16減速工況第63頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)速器控制油門（遙控）

a.啟航

油門自動變化過程：4-4’-4’’-4’’’

工作點變化過程：a-a’-a’’-a3’’’b.加速

按程序控制加速c.減速

第一階段，減油至nc，

第二階段，自動加油，穩(wěn)定在nc左右第64頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶在各種運動狀態(tài)下的工況配合特性系泊工況起航加速工況轉(zhuǎn)向工況拖曳工況緊急倒航工況第65頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)向工況

單槳：由于偏舵和斜水流的作用，R增加，船速下降，J下降，特性線變陡，若設(shè)全制式調(diào)速器，則自動加油，應(yīng)注意防止超負荷

一般由油門限制桿限制

若油門不變，則轉(zhuǎn)速下降，此時不能盲目加油門，防止超負荷

雙機雙槳：兩槳均在斜水流中，hp內(nèi)<hp外，J內(nèi)<J外，內(nèi)槳特性比外槳陡若油門不變時，則n內(nèi)<n外

測試結(jié)果見圖17

外槳負荷的變化：開始下降，接著增加內(nèi)槳負荷的變化：始終增加第66頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖17雙機雙槳船轉(zhuǎn)向時內(nèi)外機的負載變化第67頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶在各種運動狀態(tài)下的工況配合特性系泊工況起航加速工況轉(zhuǎn)向工況拖曳工況緊急倒航工況第68頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四拖曳工況配合特性見圖18

自航（無拖曳）

按I，A線工作

拖曳：T=R+Z(Z：拖曳力)

按II，B線工作v越低，槳的特性線越陡，拖曳力越大，主機功率越發(fā)不足第69頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖18拖曳作業(yè)時配合特性第70頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四拖曳工況

調(diào)距槳可克服功率發(fā)不足的缺陷定距槳的設(shè)計：按自航選槳時，自航功率可發(fā)足，但拖曳時槳重，易超負荷；相當于R增加。按拖曳作業(yè)選槳時，拖曳時功率可以發(fā)足，但自航時，槳輕，易超速，相當于R減小。

常規(guī)設(shè)計，介于上述兩者之間，兩種工況均發(fā)不足，但偏差小。最佳方案：調(diào)距槳，功率在任何工況下都可發(fā)足。第71頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶在各種運動狀態(tài)下的工況配合特性系泊工況起航加速工況轉(zhuǎn)向工況拖曳工況緊急倒航工況第72頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四由正車到倒車的運行特點在100%vb下

第一階段（在第一象限）油門：標定油門→0P:Pb→0M:Mb→0n:nb→（60%~70%）nbT:Tb→0→負值第73頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四由正車到倒車的運行特點第二階段（在第二象限）

n:(60%~70%)nb

到0

M:0→負極值（10%nb左右）→一定的負值(n=0)

T:-T逐漸增加+R阻止船舶前進第74頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四由正車到倒車的運行特點第三階段（在第三象限）

反向起動，克服負扭矩的極小值，負扭矩逐漸增加

負推力+R阻止船舶前進75