备课第一章_船舶舾装舵设备.ppt

泰州职业职业技术术学院 泰州职业职业技术术学院 任课课老师师：于雯 船舶舾装工程 （船舶舾装方向） 泰州职业职业技术术学院 整体要求 教学目标教学大纲要点： 泰州职业职业技术术学院 教学内容 1、舵设备（重点） 2、锚设备（重点） 3、系泊设备（重点） 4、拖曳设备（次重点） 5、救生设备（重点） 6、起货设备（重点） 7、舱口盖与滚装设备（次重点） 8、人孔盖与小舱口盖（一般） 9、船用梯（一般） 10、船舶舱室内部环境设计（一般） 11、船舶舱室门窗设计(本章不作考核要求) 12、舱室设备（一般） 指定教材：船舶 舾装工程 刁玉峰 编著，哈尔滨工程 大学出版社 参考教材：船舶 设备 周宏编著， 人民交通出版社 船舶与海洋工程 设备 余建星编著 ，天津大学出版社 泰州职业职业技术术学院 船舶舾装工程概述 船体建造 可以漂浮 的壳体 如何 作业 一、舾装作业的定义: 将各种船用设备、仪器、装置和设施安装到船上，这一工艺 阶段称为船舶舾装 二、舾装作业的内容 1、机舱设备:船上产生动力用的各种设备和附属设施（动力装置 ），包括主机、轴系装置、锅炉等等 2、航海设备：船舶航海用的各种设备。包括航海仪器、通讯设备 等等 3、舵设备：操纵设备，包括舵叶、舵柄、舵机、转舵机构等 4、锚设备：锚地停泊设备，锚机、锚链、锚等 泰州职业职业技术术学院 船舶舾装工程概述 一、舾装作业的定义 二、舾装作业的内容 5、系泊和拖曳设备：船舶在泊位停泊和航行中拖带用的设备 6、起货设备：装卸货物用的设备，包括起货机，桅杆、吊杆、钢 索、滑车等 7、通道和关闭设备：通行和通孔起闭用的设备 8、舱室设备：船员生活用的设备 9、救生设备：救生艇、救生筏 10、消防设备 11、船体表面工程：用各种材料对船体表面直接进行工程处理 按照工程处理目的：防腐工程、防火绝缘处理、舱室装饰 泰州职业职业技术术学院 船舶舾装工程概述 一、舾装作业的定义 二、舾装作业的内容 三、舾装作业的分工 1、按专业类别分：船装、机装（机舱）和电装（电气） 2、按组织和管理的便利分：内舾装（住舱舾装）、外舾装（甲板 舾装） 内舾装：包括绝缘、敷料等敷设，舱室非钢制围板、天花板、门 窗、家具、卫生设备等安装，以及厨房、冷库、空调设备的安装 作业范围：上层建筑舱室内部 外舾装：包括舵设备、锚设备、系泊设备、拖曳设备、救生设备 、起货设备、舱口盖和滚装设备、消防设备、自然通风设备以及 各种管路的安装 作业范围：上层建筑以外各层甲板 泰州职业职业技术术学院 船舶舾装工程概述 一、舾装作业的定义 二、舾装作业的内容 三、舾装作业的分工 四、舾装作业工作阶段 1、舾装件采办：订购（柴油机、雷达）、外协（螺旋桨、锚）和自制（ 管子、板） 2、单元组装 单元：与船体脱离的基本舾装区域 单元组装：在同一个区域内的元件预先组装成一个整体 分类：设备单元、管件单元、阀件单元、箱柜单元等 3、分段（预）舾装：在分段建造的适当阶段，将分段所属的舾装件或者 单元安装到分段上 4、船上舾装：船体在船台（船坞）总装期间的船台预舾装以及下水后的 码头舾装 适用范围：过大或过重不能再分段安装的舾装件、容易碰坏和易受天气影 响、在舱室遮蔽之前安装可能损坏的舾装件、分段舾装件和单元连接件 泰州职业职业技术术学院 舵设备设备的组组成（重点） 舵的几何要素及水动动力特性（重点 ） 舵设计设计 3 1 2 4 5 6 第一章：舵设备 概述 舵设备设备部件尺寸确定 课课程设计设计 泰州职业职业技术术学院 第一节：概述 1、船舶操纵性 泰州职业职业技术术学院 2、实现船舶操纵性的方法 第一节：概述 舵设备的设计，应在一定的船体线 型条件下，保证船舶在以上三方面 都具有满意的操纵性能 泰州职业职业技术术学院 泰州职业职业技术术学院 第二节：舵设备的组成 1、舵装置构成 单板舵（flat-plate rudder) 复板舵（流线型舵streamlined rudder） 单支承舵(悬挂舵)（hanging rudder） 多支承舵（multipintle rudder） 半悬挂舵（partially underhung rudder） 不平衡舵(普通舵)（unbalanced rudder) 平衡舵（balanced rudder) 半平衡舵（semi-balanced rudder） 1）平板舵：也称单板舵， 仅用于小船。 特点：阻力较大，舵效随着舵角的增大而变差，失速现象发生早。 2) 流线型舵(又称复板舵)：海船广泛采用。 特点：舵叶剖面呈流线型，强度高； 因内部空心和水密，从而产生一定浮力，减少了舵承上的压力； 水动力性能好，舵的升力系数大，阻力小，舵效高(舵力大)； 舵的构造比较复杂。 1)支承舵：分多支承舵和双支承舵两种。 多支承舵：与船体尾柱连接有三个及以上支承点的舵。其支承点可分为 舵承、舵钮和舵托等。舵的重量由船体内的支承和舵托来支承。 双支承舵：指除上支承外，在舵根处还设有一个下支承的舵。 2)悬挂舵：只有上支承而无下支承，其舵叶全部悬挂在船体外的舵杆上 。应用广泛。 3)半悬挂舵：指下支承的位置设在舵叶中间的舵。 1)不平衡舵：又称普通舵，适用于小船。 特点：舵叶全部位于舵杆轴线之后，舵钮支点较多，舵杆强度容易得到保证。 需要较大的转舵力矩。 2)平衡舵：海船广泛应用。 特点：舵杆轴线位于舵叶的前后缘之间； 舵杆轴线之前的舵叶起平衡作用，这部分的面积与舵叶全部面积之比称为平 衡比度或平衡系数，一般在0.20.3之间； 所需的转舵力矩小，进而可相应减小舵机功率。 3)半平衡舵：适用于尾柱形状比较复杂的船舶。 特点：舵的下半部为平衡舵，上半部为不平衡舵，平衡比度介于平衡舵和不 平衡舵之间，即0.2以下。 泰州职业职业技术术学院 第二节：舵设备的组成 泰州职业职业技术术学院 第二节：舵设备的组成 2）舵杆 作用：是舵叶转动的轴，并用以 承受和传递作用在舵叶上的力及 舵给予转舵装置的力。 结构特点： 舵杆下端与舵叶连接，上部与转 舵装置相连。 舵杆顶端(称舵头)装有一只吊环 ，下端装有法兰接头与舵叶上的 法兰连接，有水平法兰连接、垂 直法兰连接和垂直嵌接三种连接 形式，其中水平法兰连接形式普 遍采用。 3）舵承 作用与种类：用来支承舵杆和舵的 重量及保证船体水密。分为上舵承及 下舵承两种。 结构特点：上舵承装在舵机间甲板 上。下舵承一般安装在舵杆筒口或舵 杆筒内，设有填料函以保证水密。悬 挂舵都采用上、下两个舵承。 应用：大型船舶普遍只设上舵承， 全部重量和力由其承担。 泰州职业职业技术术学院 第二节：舵设备的组成 泰州职业职业技术术学院 第二节：舵设备的组成 整体式 连接式插入连接式 泰州职业职业技术术学院 第二节：舵设备的组成 反应舵反应舵 泰州职业职业技术术学院 第二节：舵设备的组成 主动舵 结构特点：普通舵和小型螺旋桨组合，舵角能达到70-90 作用：在转舵的同时螺旋桨随之转动并发出推力，从而增加了转船力矩。 即使在低速甚至主机停车的情况下，这种舵也能获得转船力矩，大大 提高了船舶的操纵性。 整流帽舵 结构特点：在流线型舵正对螺旋桨轴线部位，装设一个圆锥形的流线型体 ，俗称整流帽。 作用：改善螺旋桨排出流的乱流状态，从而提高螺旋桨的推力，改善船尾 的振动情况。 主动舵 整流帽舵 泰州职业职业技术术学院 第二节：舵设备的组成 襟翼舵 结构特点：在普通流线型舵的后缘加一流线型尾，形成主舵与襟翼的 组合体。主舵转舵时，襟翼随之转动。 作用：增加全舵剖面拱度，所产生的流体动力更大，提高了转船力矩 和舵效。广泛采用。 优缺点：所需的转舵力矩较小，可相应减小舵机功率。但结构较复杂 。 泰州职业职业技术术学院 第二节：舵设备的组成 科特导流管舵 结构特点：在螺旋桨外围套装导流管并在其后端处装一舵叶。有两种形 式，一种是导流管固定焊接在船尾骨架上，舵叶可以转动；另一种导 流管与舵叶可在允许角度内一起转动。 作用：增加推进效率，保护螺旋桨，防止绳索缠入。 固定式导流管舵 转动式导流管舵 固定式导流管舵 转动式导流管舵 泰州职业职业技术术学院 第二节：舵设备的组成 组合舵(又称希林舵或工字型舵) 结构特点：在流线型舵叶的上下两端各安装一块制流板。舵的剖面设计 成象鱼的形状。舵角可在75范围内使用。 作用：减少舵叶上下两端的绕流损失，进一步改善舵的流体性能。 特点：具有低速时操纵性好，浅水中舵效无显著下降的优点。 泰州职业职业技术术学院 第二节：舵设备的组成 2、操 舵 装 置（p41） 泰州职业职业技术术学院 第二节：舵设备的组成 泰州职业职业技术术学院 第三节：舵的几何要素及水动力特性 1、舵的几何要素（p6） 泰州职业职业技术术学院 第三节：舵的几何要素及水动力特性 泰州职业职业技术术学院 b h w l t l 第三节：舵的几何要素及水动力特性 泰州职业职业技术术学院 第三节：舵的几何要素及水动力特性 2、舵的水动力特性 泰州职业职业技术术学院 第三节：舵的几何要素及水动力特性 泰州职业职业技术术学院 第三节：舵的几何要素及水动力特性 3、影响(敞水)舵水动力特性的因素 泰州职业职业技术术学院 第三节：舵的几何要素及水动力特性 1)某一下(不产生涡流,在出 前), cl随增大而增大; 2)cl一定,越大,对应的攻角 越小; 3)越大,临界攻角出现越早; 4)1016时, cl与保 持线性关系; 5)升力曲线相对于斜率 dcl/d随减小而减小,有限 翼展: dcl/d= /(0.5+1/) 泰州职业职业技术术学院 第三节：舵的几何要素及水动力特性 t=0.15 t=0.18 t=0.20 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 1、设计内容与步骤 （1）确定舵的形式、数量、相对于桨的位置； （2）选择舵面积ar； （3）根据水动力影响规律和 船体线型，确定有关要素（、 剖面形状、外形、t、e），绘 船、桨、舵综合体关系图； （4）计算水动力； （5）舵主要零件强度计算； （6）确定操舵系统及舵机功率。 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 3）舵、桨配合 满足操舵原理,远离船舶回转中心(重心)； 置于桨后高水流区，靠近桨盘，提高cl； 舵有良好的保护（上不出水，下不出基线，前靠近桨，后不 出尾轮廓）； 舵位置与尾型线配合； 考虑多舵效果（刹车作用、 侧移效果）； 考虑各种配合特点。 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 ak是舵设计计 算中的一个关 键问题，舵叶 浸入水中的面 积大小，对船 舶操纵性起着 主导作用 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 v一般凡是要求回转性、灵敏性好的船舶，其 要取大些 原则 v凡是要求航向稳定的船舶，其 可以小些 军舰的舵面积比（ ）大于民船 民船中，内河船又大于海船 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 为了减小阻 力和提高推 进效率，几 乎都采用对 称的流线型 机翼剖面 选定了舵剖面 的型式确定 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 对 的影响并不显著 p30图1-16 1-17 舵杆轴线位置不一定是最大厚度位置 主要考虑 最大厚度位置（有时要考虑舵杆 安装的要求 ） 舵的导边 舵叶的强度 舵叶的制造工艺 已知 ，就可得到舵叶剖面的线型 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 3）平衡比e确定 舵机功率大小舵轴线应与压力中心尽量靠近，l,ma 舵的稳定性压力中心在轴线后，转舵时，压力永远迫使 舵自行回正。 海船cb=0.6:e= 0.250.255 cb=0.7:e= 0.260.265 cb=0.8:e=0.2650.275 长江船e=0.25 0.33 平衡比 影响舵机功率大小 对于一定形状和面积的舵叶，它是舵杆位置的函数 泰州职业职业技术术学院 选择的 目的，在于减小转舵力矩 思路：选择合适的 ，适当地缩小舵杆轴线与舵压力中心 的间距，能在不降低舵压力的情况下，减小舵杆扭矩，节 省舵机功率。 舵压力中心位置随水流的攻角而变化。 第四节：舵设计 在正航时，有三种情况，p32图1-18 欠平衡状态稳定状态 舵杆轴线位于水压力中心之前， 为“+” 在舵压力矩作用下有舵角减小的趋势 过平衡状态舵角不稳定 其作用是使舵角趋向增大 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 完全平衡状态 由 得： 压力中心位于舵杆轴线上， =0 值越小，所需转舵力矩也小 舵处于完全平衡状态，但由于舵压 力中心是随舵角大小而变化的，故完全平衡只是局限于 某一特定舵角情况下 00 舵处于不稳定状态0 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 结 论 不平衡舵在任何情况下是稳定的 平衡舵:在小舵角时不稳定 在大舵角时稳定 其 大小取决于e 舵平衡比e的常用范围在0.20.3之间 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 费加耶夫斯基计算式（以弧度计） k0- 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 k0 0.45 0.56 0.67 0.75 0.82 0.85 0.88 cp0 t t/b 0.2 0.3 0.4 cp0 0.26 0.16 0.12 适用范围：内河船（ jfs 、 ） 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 勃兰特计算式（以弧度计） 适用范围：海船（naca） 对舵轴的力矩系数: 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 按模型资料换算 利用条件： re0.1106不可靠（低速小船）； re1.8106较优 主要参数：、，当设计船与模型不同时，需换算 勃兰特换算式： 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 3)力矩计算 对舵轴的力矩系数近似计算 按模型资料换算（距导边25%处cm0.25） 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 4)摩擦力矩计算 先将pn通过力学模型换算为各支点反力pi 式中： di舵杆、轴、销的直径； pi承座处支反力； i 摩擦系数 滑动轴承钢与钢=0.040.14 胶木与钢=0.120.14 钢与青铜=0.10.1 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 2)复体舵舵柱影响 当ar=ak时，复体舵升力小于平衡舵。 cl0=kcl ；(k=1.872br-0.591br2-0.281br3) br=b/(b+bc) 以替代产生偏安全的误差，可忽略。 3)船底影响 主要影响大平底、纵流船。 cl0=kdcl /h 0.05 0.15 0.25 0.35 kd 1.30 1.16 1.07 1.00 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 4)船体伴流影响 因船尾水流速度、大小、方向与船速（船体重心处）不同，引 起流向舵的水流轴向分速度的变化。可通过伴流分数r进行 计算。射向舵的水流速度： vr=vs(1-r)=v 式中:vs 船速； r舵伴流分数， r=(0.7cb-0.08)u u =cb+0.15 u =1(舵在中线面上) 在船体伴流影响下，水动力： 令：为船体伴流影响系数。 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 5)桨尾流影响 舵水动力特性很大程度上由桨尾流速度场决定。桨尾流 的射流诱导速度可分为:轴向vap、切向vtp和径向vrp ，轴向 起主导作用。 进桨速度:vp=vs(1-) 轴向诱导速度: 则射向舵的流速：vx=vp+vap tp:桨推力 dp:桨径:水密度 在桨尾流影响下，水动力： vap=vp(1+p)1/2-1) p=8tp/vp2dp2 泰州职业职业技术术学院 第四节：舵设计 倘若舵部分浸于桨尾