第三章(轮管)

1、第三章第三章 动力装置的工况配动力装置的工况配 合特性合特性 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 连连连 海海海 事事事 大大大 学学学 本章的主要内容本章的主要内容 结束结束 SEC. 1-船机桨特性和螺旋桨的选配船机桨特性和螺旋桨的选配 SEC.2-各种航行工况下推进装置配合特性各种航行工况下推进装置配合特性 结束结束 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIV

2、ERSITY 大大大 连连连 海海海 事事事 大大大 学学学第三章 推进装置的工况配合特性 SEC. 1-船机桨特性和螺旋桨的选配船机桨特性和螺旋桨的选配 一一 船机桨的特性船机桨的特性 二二 船机桨的相互作用船机桨的相互作用 三三 航速和转速的关系航速和转速的关系 四四 螺旋桨的选配螺旋桨的选配 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 连连连 海海海 事事事 大大大 学学学 一一 船机桨的特性船机桨的特性 1 1 船舶阻力特性船舶阻力特性 2 2 螺旋桨推进特性螺旋桨

3、推进特性 3 3 柴油机速度特性和工作范围柴油机速度特性和工作范围 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 连连连 海海海 事事事 大大大 学学学 船体的阻力船体的阻力: :水阻力水阻力+ +风阻力风阻力 阻力特性曲线阻力特性曲线 1 1 船舶阻力特性船舶阻力特性 船体的水阻力船体的水阻力: :摩擦阻力摩擦阻力+ +形状阻力形状阻力+ +兴波阻力兴波阻力 摩擦阻力摩擦阻力: :水与船体表面行程的阻力水与船体表面行程的阻力( (低速民用船较大）低速民用船较大） 形状阻力形

4、状阻力: :船首与船尾压力差船首与船尾压力差- -压差阻力压差阻力( (与船型有关与船型有关) ) 兴波阻力兴波阻力: :船舶航行引起波浪船舶航行引起波浪- -水的反作用力水的反作用力( (高速船较大高速船较大) ) 船舶所受的阻力船舶所受的阻力R:R: (深水时m=2) m R RAvN 船舶克服阻力所需要的功率船舶克服阻力所需要的功率P PE E 3 10 1.94 E R v PkW 结论结论: :深水时深水时, ,阻力与船速平方成正比阻力与船速平方成正比, ,浅水时浅水时, ,变化规律不变化规律不 规则规则; ; 船推进功率与船速三次方成正比船推进功率与船速三次方成正比 船舶阻力 阻力

5、 a b 兴波阻力 图3-2 船舶阻力特性曲线 船速 摩擦阻力 形状阻力 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 连连连 海海海 事事事 大大大 学学学 螺旋桨特性：桨推力、转矩、推力系数、转矩系数、螺旋桨螺旋桨特性：桨推力、转矩、推力系数、转矩系数、螺旋桨 效率随船速（效率随船速（转速转速）和推进系数（进程比）和推进系数（进程比）J J的变化关系。的变化关系。 p s v J nD 结论结论: :特定船舶，在稳态下，推力与转速的平方成正比；转特定船舶，在稳态下，推力与

6、转速的平方成正比；转 矩与转速的平方成正比；功率与转速的三次方成正比矩与转速的平方成正比；功率与转速的三次方成正比 2 2 螺旋桨推进特性螺旋桨推进特性 24 T s T K n D 25 Q s Q K n D 22 p T p sQ T v KJ QnK 2 2 3 eT Q pp TCn QCn PCn 船舶阻力特性曲线船舶阻力特性曲线 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 连连连 海海海 事事事 大大大 学学学 船舶阻力特性曲线船舶阻力特性曲线 a3轻载轻载

7、a2重载重载 a1拖曳拖曳 RVS关系 船舶阻力特性曲线船舶阻力特性曲线 0 VS a1 a2 a3 PRVS关系 船舶阻力特性曲线船舶阻力特性曲线 0 VS a1 a2 a3 RPR DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 连连连 海海海 事事事 大大大 学学学 船舶阻力特性曲线船舶阻力特性曲线 J1J20 e0 减油减油 e0e20则不会出现影响）则不会出现影响） （3）浅水、窄水道航行，船舶阻力增加，会出现超负荷现象，因此必须适）浅水、窄水道航行，船舶阻力增加，会

8、出现超负荷现象，因此必须适 当降低转速，以降低船速，防止柴油机超负荷。当降低转速，以降低船速，防止柴油机超负荷。 二二 不同气象和不同航区中的工况配合特性不同气象和不同航区中的工况配合特性 0.3vgh ghvgh3 . 0浅水阻力增加浅水阻力增加 深、浅阻力相同深、浅阻力相同 vgh 浅水阻力小于深浅水阻力小于深 水阻力水阻力 vgh 航速对浅水阻力的影响航速对浅水阻力的影响 1 1深水阻力曲线；深水阻力曲线；2 2浅水阻力浅水阻力 曲线曲线 R1 R2 R b a 1 2 0.30.60.9v1 ghv/ 0.5vgh DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MA

9、RITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 连连连 海海海 事事事 大大大 学学学 1 1 系泊工况系泊工况 2 2 启航和加速工况启航和加速工况 三三 各种运动状态下的工况配合特性各种运动状态下的工况配合特性 3 3 转向工况转向工况 4 4 拖曳作业工况拖曳作业工况 5 5 紧急倒航工况紧急倒航工况 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 连连连 海海海 事事事 大大大 学学学 1 1 系泊工况系泊工况 系泊工况配

10、合特性系泊工况配合特性 J=0 a b 1 nbnHn P PH Pb 0 新造船舶或大修后，需要进行系新造船舶或大修后，需要进行系 泊试验，满意后，要进行试航试泊试验，满意后，要进行试航试 验。系泊试验在码头进行。验。系泊试验在码头进行。 目的：检验主副机和其它设备的目的：检验主副机和其它设备的 运转情况和性能。运转情况和性能。 结论结论: :系泊试验时，进程比系泊试验时，进程比J=0,J=0,因此推力系数和扭矩系因此推力系数和扭矩系 数最大，螺旋桨特性曲线最陡。一般系泊试验转速为额数最大，螺旋桨特性曲线最陡。一般系泊试验转速为额 定转速的定转速的80808585，以防止柴油机超负荷，以防止

11、柴油机超负荷( (螺旋桨受到主螺旋桨受到主 机全负荷速度特性曲线和主机最高排气温度限制机全负荷速度特性曲线和主机最高排气温度限制) )。 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 连连连 海海海 事事事 大大大 学学学 2 2 启航和加速工况启航和加速工况 启航工况：航速为零加速到稳定航速过程中机、桨的运行情况启航工况：航速为零加速到稳定航速过程中机、桨的运行情况 n / % 100 P / % 0 100n3 n1 nmin b 1 2 3 4 4 4 4 a3 a a

12、 a a3 a2 a1 b1 b2 b3 a2 a3 b2 起航工况起航工况 主机配置：全制式调速器和并主机配置：全制式调速器和并 具有转速供油量限制环节具有转速供油量限制环节 启航和加速过程启航和加速过程： （1）螺旋桨转速迅速增加）螺旋桨转速迅速增加 （2）螺旋桨转速缓慢增加）螺旋桨转速缓慢增加 极限调速器主机起航时，为严格执行驾驶极限调速器主机起航时，为严格执行驾驶 台命令，轮机员应及时减少油门，以保证台命令，轮机员应及时减少油门，以保证 转速不变。但不应调节过大而停车。转速不变。但不应调节过大而停车。 极限调速器主机加速时，轮机员应逐渐增极限调速器主机加速时，轮机员应逐渐增 加油门，避

13、免柴油机超负荷运转。加油门，避免柴油机超负荷运转。 现在柴油机的调速器并非极限调速都增加了加速限现在柴油机的调速器并非极限调速都增加了加速限 制、转矩限制和增压空气压力限制环节，避免了柴制、转矩限制和增压空气压力限制环节，避免了柴 油机启航和加速过程超负荷现象的发生油机启航和加速过程超负荷现象的发生 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 连连连 海海海 事事事 大大大 学学学 2 2 启航和加速工况启航和加速工况 不正确的加速过程：不正确的加速过程： a1-B 加速第

14、一阶段加速第一阶段 B-a 加速的第二阶段加速的第二阶段 (a) B a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a1 A P PH n nH n (b) B a 5 4 b A C P nbnH n 1 2 3 A1 A2 ncnmin 加速加速/减速减速 工况配合特性工况配合特性 PH 加速工况：从某一船速加速到更高的船速加速工况：从某一船速加速到更高的船速 正确的加速过程：正确的加速过程： 逐渐加大油门的方法逐渐加大油门的方法 a1-1-2-3-4-5-6-7-8-a 实船加速：负荷程序实船加速：负荷程序 加速过程需要加速过程需要3040min 减速过程减速过程: : b-B 可能造成柴油机

15、自动停车可能造成柴油机自动停车 B-1-2-3-4-5-C可避免自动停车可避免自动停车 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 连连连 海海海 事事事 大大大 学学学 3 3 转向工况转向工况 船舶转向船舶转向- -阻力增加阻力增加, ,船速降低船速降低,J,J减小减小, ,柴油机转速降低柴油机转速降低 极限式调速器主机转向时不要因转速下降而加油门极限式调速器主机转向时不要因转速下降而加油门 全制式调速器会自动加大油门保持转速不变全制式调速器会自动加大油门保持转速不变,

16、如果超负如果超负 荷荷,可适当减小转速设定值可适当减小转速设定值(油门会减少油门会减少) 双机双桨船转向时内外机的负载变化双机双桨船转向时内外机的负载变化 转向侧的螺旋桨转向侧的螺旋桨-内桨内桨(负荷最大负荷最大,易超负荷易超负荷) 转向外测的螺旋桨转向外测的螺旋桨-外桨外桨(负荷小负荷小) DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 连连连 海海海 事事事 大大大 学学学 3 3 转向工况转向工况 内桨 1 2 345 601001401808012016040200 2

17、400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 4200 2700 外桨 100% n 120 110 100 转角/ 内桨转向时负荷大内桨转向时负荷大, ,转速下降转速下降, , 容易超负荷容易超负荷. . P/0.74kW r/min 外桨转向时负荷小外桨转向时负荷小, ,然后增大然后增大, , 转速升高转速升高, ,然后下降然后下降. . 结论结论: :尽量避免在高船速下尽量避免在高船速下, ,大大 舵角转向舵角转向, ,否则内桨可能超负荷否则内桨可能超负荷 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNI

18、VERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 连连连 海海海 事事事 大大大 学学学 4 4 拖曳工况拖曳工况 拖曳特点拖曳特点: : 拖曳作业的配合特性拖曳作业的配合特性 ZRTe 结论结论: :拖曳作业时，减油门，防止负荷过高；防止排温过高拖曳作业时，减油门，防止负荷过高；防止排温过高 自航时适当减油门，防止轻载超速自航时适当减油门，防止轻载超速 1 a b c PZ PR Pe Pa Pb vavb v (a) B A a b TZ TR Te Ta Tb vavb v (b) 2 0 0 无拖曳时无拖曳时: :桨的桨的 有效推力有效推力= =船舶阻船舶阻 力力 有拖曳时有拖曳时: :拖曳力拖曳力 随船速提高而增随船速提高而增 加加 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 连连连 海海海 事事事 大大大 学学学 5 5 船舶倒航工况船舶倒航工况 缓慢减速过程缓慢减速过程: : （第一象限）（第一象限） 缓慢加速过程缓慢加速过程 （第三象限）（第三象限） 不同航速下的不同航速下的M M n n的变化罗宾逊图的变化罗宾逊图 紧急倒车工况紧急倒车工况紧