知识点2船舶在各种航行条件下推进装置工况配合特性

1、为了适应船舶实际营运的需求，船舶经常要航行在各种工况下：如：不同的吃水、多种气象条件、窄航道或浅水区、船舶污底及拖曳航行等；多种机动航行状态下：如：起航加速状态、倒航状态和转向状态等。轮机人员应很好地掌握船舶推进装置在各种航行条件下的运转情况，以便正确地进行操纵和实施管理。以直接传动方式的推进装置为例进行讨论：.分析工况配合特性所采用的方法。在同一坐标系里画出螺旋桨（也代表船）和主机各自的功率一一转速（或扭矩一一转速）特性线，主机的特性线代表推进装置的驱动特性，而螺旋桨特性线代表推进装置的负荷特性。两曲线的交点符合能量守恒定律，推进装置可在此点稳定工作。可将船舶航行分成两个不同阶段：即船舶正常

2、（定速）航行工况；船舶机动（过渡）航行工况。商船95%以上的时间航行于正常航行工况，船舶的航行条件（船舶阻力和主机工况）相对稳定，船舶的机桨配合点不发生大的变化。机动工况下航行条件一直处于变化中，船舶的机桨配合点也一直变化。、船舶污底和装载量改变时的工况配合特性1 .船舶吃水改变时的工况配合特点，船舶的营运特点船舶的装载经常变化，吃水也经常发生相应的变化，船舶航行时的阻力发生变化。当船舶吃水增大时，船舶航行阻力增大、进程减小、航速将减慢、桨进程比减小、所需转矩增加、特性线变陡。如为保持转速而加大油门导致主机超负荷运转。一般情况下：船舶主机大都装有全制式调速器，当船舶阻力增大时，将自动加大油门，

3、以保持设定转速。.因此，当装载量增大时，应将负荷限制适当调小。当装载量减少时，变化的情况恰恰相反，进程比入增大，桨特性线变平坦。对装有全制式调速器的主机，应将转速限制适当调小。2 .船舶污底船舶水下部分表面附着海生物以及发生锈蚀船舶污底。船舶发生污底后将使船体阻力增加，其对机、桨配合的影响同装载量增多的情况的相同。二、船舶在不同气象条件下和不同航区中航行时的工况配合特性及管理要点大风浪天气航行条件下的工况配合特点：逆风航行时，风力会使船舶的空气阻力增加,顺风航行时则相反。.空气阻力的大小取决于风力、风向、船体水上部分以及上层建筑的受风面积和航速风浪中航行，船体在汹涛中产生摇摆和起伏而引起汹涛阻

4、力。船舶的摇摆起伏，使螺旋桨增加扭矩和推力，其大小随斜水流的角度和摇摆周期而变。要随时用舵效来在风浪中航行的船舶，为了使其因侧面受力影响而不致偏离原定航线,图5-2-21创波纵摇对螺旋桨扭矩和推力的影响响图5-2-20风力对机桨配合特性的影图5-2-23风浪对航速和推力的影响补偿，因此增加了舵的制动作用，使船舶附体阻力增加，航速降低。.风浪天航行，还有螺旋桨的推进效率因素。对推进装置的综合影响如下：.需要特别指出的是：在大风浪中航行的船舶，桨可能露出水面，这时阻力矩大大降低，桨的特性曲线变得极为平坦。这时如果喷油泵操纵杆位置不变，柴油机功率将大大超过螺旋桨所吸收的功率，.柴油机扭矩大大超过螺旋

5、桨的阻转矩，转速上升，当超过标定转速的15%时，产生所谓飞车现象，风浪天航行应降低转速，增加船舶后部压载，避免造成飞车。三、船舶在各种运动状态下的工况配合特性及管理要点1 .船舶拖曳（顶推）作业船舶在进行拖曳作业时，螺旋桨推力除用于克服船舶阻力外，还要负担全部拖曳负荷，即:Te=R+Z式中：Te螺旋桨有效推力;R船体阻力；oVa V 0心 造9）图5-2-24拖曳作业的配合特性Z拖曳力（或顶推力）在没有拖曳负荷时，桨的有效推力等于船舶阻力；在有拖曳负荷时，桨的有效推力等于船舶阻力和拖曳力之和。图5-2-25航速对浅水阻力的影响2 .船舶进入浅水或窄航道航.船舶在浅水中航行时，由于船体周围的水流

6、从深水的三元流动变为主要是二元流动，水流与船体的相对速度增加，使摩擦阻力、涡流阻力和兴波阻力均相对增大，因此船舶在深水和浅水中航行时所遇到的阻力随航速变化的情况是不同的。1深水阻力曲线；2浅水阻力曲线而在浅水航行时阻力根据试验结果，船在深水中航行时的阻力与航速的二次方成正比,的变化规律很不规则。当航速v<0.3.加（g为重力加速度，h为水深）时，浅水阻力与深水阻力基本相同；0.3gh<v<、©h时，浅水阻力明显大于深水阻力；当航速v定7rgh时，浅水阻力又与深水阻力相同；而当v>飞器时，浅水阻力甚至小于深水阻力。一般运输船：浅水航速一般小于由深水进入浅水航行时

7、，阻力一般都会增加，并会产生船体下沉和后倾现象。.浅水影响是相对的，浅水阻力的增加同水深h与船舶吃水d比值h/d有关。船模试验表明，若h/d>4,浅水影响不太明显，航道越浅（即h/d越小），摩擦阻力增加越显著。在同样水深条件下，浅水对摩擦阻力的影响随航速的提高而增大。窄水道对船舶阻力的影响与浅水是类似的。窄水道的影响也是相对的，它与航速和航道相对宽度有关。如果b/B>20（b为航道宽度，B为船宽），就没有窄水道的影响。3 .系泊工况.船舶制造或大修后，在试航前，为了检验主、副机及其它设备的运转情况和性能，需要在码头上进行一系列试验。船舶在不动的情况下（船舶系在系缆桩上），主机和螺旋

8、桨的运转配合情况称为系泊工况。船速为零，进程比入=0,螺旋桨的推力系数和扭矩系数都达到最大值，.螺旋桨特性曲线较正常航行时为陡，船舶在起航操作初期的工况很类似与船舶的系泊工况，此时，主机由于转速很快达到设定转速，而船舶由于其巨大的惯性还保持其速度为零。实际上，船舶在起航操作初期的工况很类似与船舶的系泊工况，此时，主机由于转速很快达到设定转速，而船舶由于其巨大的惯性还保持其速度为零。4 .船舶起航和加速工况船舶在由航速为零逐渐加速到某一稳定航速过程中机、桨的运行情况称为起航工况。船舶在由较低稳定航速变为较高稳定航速过程中机、桨的运行情况称加速工况。图5-2-31不同航速下的M n的变化罗宾逊图图

9、5-2-26图5-2-27系泊工况.而起航和加速工况都是一种过渡（动态）工况，入是时刻变化的，因此船、机、桨配合点不能只在一条推进特性曲线上变化。起航和加速过程分为两个阶段：（1）即桨转速迅速提高阶段.由于起航加速的需要增加了喷油量使转速增加，此时航速基本未变，或接近于零（起(a)(b)航时）或接近于恒速（加速时），桨的特性曲线变得很陡（入很小）；（2）桨转速缓慢提高阶段由于航速的逐渐提高，入变大，其特性曲线逐渐变平坦所致。加速工况的机桨配合特性：与起航工况基本相似，其差别仅在于：加带工况不是从航速为零开始，而是从船舶已有一定航行速度开始的。驾驶室要求定速航行时的操作就是常见的一种加速工况。.

10、在减速操作时，则要避免转速低于车钟要求和自动停车。5 .船舶转向船舶转向时，舵要偏转一个角度，船舶阻力要比直线航行时有所增加，航速降低，进程比入减小，螺旋桨特性曲线变陡。这时要注意观察实际负荷的大小，必要时要减小油门格数，以防止超负荷。采用双机双桨推进时，船在转向时内桨负荷比外桨负荷增加的值大，内桨的转速因此下降的也多，而外桨在转向开始时负荷变轻，很快又逐渐增加，所以外桨转速开始时升高，而后又下降。应降低主机转速，避免在高航速时用大舵角转向。6 .船舶倒航工况.船舶在港内航行、靠离码头或者遇到避碰等紧急情况时，常需改变主机的回转方向，使前进的船舶迅速停止下来，或改为倒航。图5-2-30双桨船转

11、向时内外机负荷变化船舶动力装置的机动性能要求：船舶能迅速从高速航行状态转为停止状态，且应有尽可能短的滑行时间和滑行距离；而柴油机的工作条件则要求负荷变化不要太剧烈，以防止热负荷和机械负荷变化过于剧烈而导致损坏。（1）缓慢倒车过程.通常使用倒车时航速已经很低，可以认为这是缓慢倒车过程。在第一象限为缓慢减速，在第三象限为缓慢加速过程。（2）紧急倒车过程在船舶全速前进时施行紧急倒车操纵，将引起主机热负荷和机械负荷剧烈变化，还会产生增压器喘振。除非船舶航行遇到十分危险情况，一般是不会轻易施行紧急倒车操纵的。分为三个阶段：第一阶段：首先停止向主机供油，主机扭矩迅速为零，主机转速迅速下降，入逐渐增大；在第一象限内出现零推，继之出现零矩（转速为6070%）,负推力开始阻止船舶前进。第二阶段：“水涡轮”工作阶段，航速不变，桨速降至低于60%，螺旋桨的“水涡轮”作用，使轴系转速下降变慢。桨转速降到接近10%时，负