海船培训课件3.3

船舶动力装置中华人民共和国海船船员适任考试培训教材左春宽孙永明张春来李世臣主编目录一二第一章柴油机及其附属设备的性能评估第二章主柴油机及其附属设备的使用与管理三四第三章船舶主推进动力装置的工况配合及管理第四章电控喷射柴油机五第五章典型液压系统六七第六章制冷与空调系统的操作和维护第七章

船用蒸汽锅炉第三章船舶主推进动力装置的工况配合及管理4节船舶推进装置主要设备的管理3节柴油机的推进特性2节主推进动力装置相关参数的运行限制1节柴油机的热力循环、热效率和热平衡第三节柴油机的推进特性一、船、机、桨的特性二、船、机、桨的相互作用三、柴油机和螺旋桨的选配四、柴油机的功率和转速的使用范围五、典型推进装置机桨配合特性六、柴油机各种工况下的推进特性一、船、机、桨的特性机舱环境影响柴油主机船、桨对柴油机的影响供油量轴系及传动设备螺旋桨桨对船影响船对桨影响螺旋桨海况、载况对船舶航行的影响船速船舶主机—传动设备—螺旋桨—船体相互联系，相互作用，推动船舶运动1船体的阻力特性摩擦阻力: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船舶阻力水的阻力空气阻力—船速越高，增加越快—与船速关系不大兴波阻力形状阻力（漩涡阻力）摩擦阻力—与船速成正比—风力小，可不计：风力大，不能忽略1船体的特性兴波阻力船体在运动过程中兴起波浪，改变了船体表面的压力分布情况，如上图，船首的波峰使首部压力增加，而船尾的波谷使尾部压力降低，于是产生首尾流体动压力差。从能量观点，船体掀起的波浪所耗费的能量由船体供给，消耗能量。1船体的特性形状（漩涡）阻力船体曲度骤变处，特别是较丰满船的尾部常会产生旋涡。产生旋涡的根本原因是水具有粘性。旋涡处的水压力下降，从而改变了沿船体表面的压力分布情况。1船体的特性船体的水总阻力∝Vs2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R－VS0VS拖带重载轻载PR－VS0VS拖带重载轻载RPR2.柴油机的基本特性柴油机的工况发电机工况：调速器控制使n恒定（如电力传动主机和发电副机）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）2.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，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，P∝n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。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φ0=30%/无限航区60%，环境温度T0=298K/318K）及持续功率下测定。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。部分负荷速度特性：喷油泵油量固定在小于标定功率油量作用：反映柴油机潜在最大工作能力试验台或实船条件下测取。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。负荷特性是标志柴油机动力性与经济性的基本指标特性。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。B—燃油消耗量be—燃油消耗率tr—排气温度推进特性稳定运转条件下，若不计传动损失

3螺旋桨的特性Propellertypes3桨的特性桨的结构和几何参数

桨叶靠近桨縠的部分叫叶根，最外端叫叶梢从船尾向船首看，看到的叶面叫压力面， 另一面叫吸力面。按正车旋转，先入水的一边叫导边，后入水的一边叫随边。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3.桨的特性各参数的考虑桨径越大,桨效率越大,但取决于船的类型和设计及强度

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叶桨叶片数越多,振动越小。盘面比越大,空泡产生的可能性越小，但加工面积增，价格增.3.桨的特性桨的结构和几何参数螺距：螺距比（P/D）：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3桨的特性

进程比λPλp↑，KF、Km

↓λp＞1.0后，Kp、Ｋm先后为零，先零推，再零矩，零矩时推力为负值3桨的特性CP—取决于航行状态3桨的特性定距桨：KT、KM、ηp＝f（λp）；调距桨：KT、KM、ηp＝f（λp、H/D）

H1/D>H2/D>H3/DD1<D2<D3二、船机桨相互作用知识回顾：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：

船机桨三者的关系转化为机桨二者的关系船机桨相互作用机械连接液力相互作用能量角度：发生器，转换器，消耗者性能相互制约三、柴油机和螺旋桨的选配1.选配原则：既使柴油机的功率得到充分利用，又使柴油机的功率在全部运转范围内都不会超出允许值cabPe(%)n(%)nmaxn2Pbnb123三、柴油机和螺旋桨的选配（1）螺旋桨结构2.机桨配合的影响因素H/D较大，螺旋桨特性线较陡，重桨H/D较小，螺旋桨特性线较缓，轻桨三、柴油机和螺旋桨的选配2.机桨配合的影响因素（2）船舶阻力λpⅠ＜λpⅡ＜λpⅢ阻力↑λp↓，桨特性线变陡，柴油机大转矩、低转速工况下，热负荷较高阻力↓λp↑，桨特性线变平坦，柴油机部分负荷四、柴油机功率和转速的使用范围超负荷速度特性（曲线4）全负荷速度特性（曲线3）等扭矩限制线（曲线2）等排温限制线（曲线1）最低负荷速度特性曲线7调速特性线5、6全负荷速度特性工作时的最低稳定转速8按推进特性工作时的最低稳定转速9

五、典型推进装置的机桨配合特性1、单机单桨直接传动配合特性1、单机单桨直接传动配合特性Pe=PpMe=MPne=npPP=Pe

MP=i•Menp=ne/i转速降低了i倍，扭矩相应地增加了i倍忽略传递损失有

PP=2PenP=ne/iMP=2iMD

3、双机单桨AB段内工作，两台主机必须并联B点以下，可两台，也可一台，一台更好些操纵性较好(如转弯)生命力较强适应性较强nP=nd/I

曲线1为单桨工作时单桨的特性,曲线2为双桨工作时单桨的特性

P1为一台主机的额定外特性只开一台主机，只能工作在最低稳定转速nd与nB之间，两台全开时，可在nd与neb之间.

4、双机双桨5.调距桨的机桨配合特性船舶阻力增加，螺旋桨转速不变螺旋桨所需功率将增加。螺旋桨随船舶阻力增加而负荷变重；反之则变轻。5.调距桨的机桨配合特性Kt10Kq5.调距桨的机桨配合特性任何工况下均能吸收主机的全功率。不同的转速和螺距比相配合，可得到需要的船舶航速。桨转速n不变下，改变螺距比可改变航速。可使推进装置在不同工况下保持良好的经济性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：六、柴油机各种工况下的推进特性分析工况配合特性所采用的方法：是在同一坐标系里画出螺旋桨（也代表船）和主机各自的功率—转速（或扭矩—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（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。1.船舶在各种航行条件下推进装置工况配合特性船舶的正常航行一般又称为船舶的定速航行工况，影响因素主要包括：◆船舶吃水（装载）◆船舶污底◆大风浪条件◆船舶拖曳◆窄航道或浅水航行等船舶的营运特点：◆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（1）船舶污底和装载量改变时当船舶吃水增大时◆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，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λ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。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。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(2)大风浪天气航行条件下风力对机桨配合特性的影响风浪中航行，船体在汹涛中产生摇摆和起伏而引起汹涛阻力。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。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，要随时用舵效来补偿，因此增加了舵的制动作用，使船舶附体阻力增加，航速降低。舵角对航速和推力的影响风浪天航行：◆还有螺旋桨的推进效率因素。对推进装置的综合影响如下：风浪对航速和推力的综合影响需要特别指出的是：◆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**.2、船舶进入浅水或窄航道航行船舶在浅水中航行时◆由于船体周围的水流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。航速对浅水阻力的影响1－深水阻力曲线；2－浅水阻力曲线根据试验结果◆船在深水中航行时的阻力与航速的二次方成正比◆而在浅水航行时阻力的变化规律很不规则。

一般运输船：◆浅水航速一般小于：.由深水进入浅水航行时，阻力一般都会增加，并会产生船体下沉和后倾现象。一般运输船：◆浅水航速一般小于：由深水进入浅水航行时，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。船舶的航行状态处于变化过程的机桨配合工况称为机动航行工况，又称过渡工况。船舶机桨配合点处于变化中◆主机的转速和船速一直处在变化中。这样的工况主要包括：◆系泊工况(机动航行特例)◆起航加速工况◆转向工况◆倒航工况等。2.船舶在各种运动状态下推进装置工况配合特性2.船舶在各种运动状态下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：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；2、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），主机和螺旋桨的运转配合情况称为系泊工况。◆船速为零，◆进程比λ＝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。系泊工况实际上◆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。（3）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。而起航和加速工况◆都是一种过渡（动态）工况，◆λ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（起航时）或接近于恒速（加速时），桨的特性曲线变得很陡（λ很小），◆2桨转速缓慢提高阶段.由于航速的逐渐提高，λ变大，其特性曲线逐渐变平坦所致。船舶起航工况时机、桨配合特性◆与起航工况基本相似，其差别仅在于：加速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加速工况的机桨配合特性在减速操作时◆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λ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。船