《主推进动力装置（大管轮）》-14船舶推进装置的工况配合特性

一.船舶柴油机的运转工况二.柴油机特性的基本概念和研究特性的目的三.速度特性的概念四.负荷特性和负荷特性参数分析五.推进特性和推进特性参数分析六.柴油机限制特性第一节柴油机特性一、船舶柴油机的运转工况

1.发电机工况柴油机的发电机工况是转速不变而功率随时发生变化的工况2.螺旋桨工况柴油机发出的功率和其转速都是改变的。螺旋桨在工作时其吸收功率与转速的m次方成比例(Pp=cnm)。3.其他工况它的功率与转速之间没有一定的关系。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航行条件和运行状态发生变化时一.船舶柴油机的运转工况二.柴油机特性的基本概念和研究特性的目的三.速度特性的概念四.负荷特性和负荷特性参数分析五.推进特性和推进特性参数分析六.柴油机限制特性第一节柴油机特性二、柴油机特性的基本概念和研究特性的目的1.柴油机特性的基本概念柴油机特性：柴油机的主要性能指标和工作参数随运转工况变化的规律。主要性能指标：平均有效压力pe、有效功率Pe、有效转柴矩Me、有效热效率ηe和有效油耗率ge等工作参数：转速n、增压压力pk、最高燃烧压力pz、最高排气温度tr、增压器转速nk和涡轮机出口温度tT等Pe=cpeni第一类平均有效压力pe不变，有效功率Pe随转速n改变而变化。——速度特性。第二类柴油机运转的转速n保持恒定，通过改变平均有效压力pe来改变有效功率Pe。——负荷特性。第三类柴油机运行中平均有效压力pe和转速n同时改变。推进特性调速特性限制特性二、柴油机特性及研究柴油机特性的目的2.研究柴油机特性的目的(1)评价柴油机性能。(2)确定柴油机工况。(3)分析影响特性的因素，寻找改善发动机特性的途径，(4)检测柴油机的状态。二、柴油机特性及研究柴油机特性的目的一.船舶柴油机的运转工况二.柴油机特性的基本概念和研究特性的目的三.速度特性的概念四.负荷特性和负荷特性参数分析五.推进特性和推进特性参数分析六.柴油机限制特性第一节柴油机特性三.速度特性的概念速度特性:将喷油泵油量调节机构固定在某一位置上，然后改变柴油机的负荷，使柴油机转速变化，测得的柴油机主要性能指标和工作参数随转速变化的规律1．全负荷速度特性2．超负荷速度特性的测量3．部分负荷速度特性1．全负荷速度特性全负荷速度特性：将柴油机喷油泵油量调节机构固定在相当于标定转速下发出标定功率的供油位置上，然后，通过调节试验负荷，逐步改变柴油机的转速。由此得到的性能指标及工作参数随转速变化的规律。柴油机的速度特性Pe——nMe——n2.部分负荷速度特性如果将喷油泵油量调节机构固定在小于标定功率油量的各个位置上，分别测得的柴油机的主要性能指标和工作参数随转速变化的关系。可测得若干条柴油机部分负荷速度特性曲线柴油机的速度特性Pe——nMe——n3．超负荷速度特性船用柴油机的超负荷功率功率标定功率的110%转速标定转速的103%运转时间在12h运转期内允许超负荷运转1h。柴油机的速度特性Pe——nMe——n4、极限速度特性如果在测量速度特性时，把喷油泵的调节机构位置变动，使柴油机在相应的转速下发出的功率达到最大可能值，这时测得柴油机的性能参数随转速的变化关系，称为极限速度特性。柴油机的速度特性Pe——nMe——n一.船舶柴油机的运转工况二.柴油机特性的基本概念和研究特性的目的三.速度特性的概念四.负荷特性和负荷特性参数分析五.推进特性和推进特性参数分析六.柴油机限制特性第一节柴油机特性四.负荷特性和负荷特性参数分析1.负荷特性的概念:在转速保持不变的情况下，柴油机的各项主要性能指标和工作参数随负荷变化的规律。负荷特性是在试验台上或实船条件下测取的。柴油机负荷特性四.负荷特性和负荷特性参数分析2.柴油机按负荷特性工作时主要工作参数的变化规律柴油机负荷特性(1)机械效率ηm。(2)充气系数ηv与过量空气系数α。(3)指示效率ηi

。(4)有效效率ηe＝ηiηm。应综合分析ηi与ηm(5)有效耗油率ge

一.船舶柴油机的运转工况二.柴油机特性的基本概念和研究特性的目的三.速度特性的概念四.负荷特性和负荷特性参数分析五.推进特性和推进特性参数分析六.柴油机限制特性第一节柴油机特性五.推进特性和推进特性参数分析1.推进特性的概念2.柴油机按推进特性工作时主要工作参数的变化规律1.推进特性的概念Ｐe=Pp＝Ｃnp3（kW）柴油机的推进特性柴油机按照螺旋桨特性工作时，各性能指标和工作参数随转速(或负荷)变化的规律。2.柴油机按推进特性工作时

主要工作参数的变化规律(1)充气系数ηv(2)过量空气系数α。(3)ηi的变化增大。(4)ηm的变化(5)有效耗油率ge

一.船舶柴油机的运转工况二.柴油机特性的基本概念和研究特性的目的三.速度特性的概念四.负荷特性和负荷特性参数分析五.推进特性和推进特性参数分析六.柴油机限制特性第一节柴油机特性六.柴油机限制特性柴油机的限制特性指限制柴油机在各种转速下的最大有效功率，使柴油机的机械负荷和热负荷不超出为保证它可靠工作而规定的允许范围。限制因素最高爆发压力pz、平均有效压力pe、曲轴转矩Me、过量空气系数α、排气温度tr以及涡轮增压器转速nＴ等参数作为限制因素。其中较常用的是Me、α和tr。六.柴油机的限制特性1.等转矩限制特性柴油机在各种转速下的转矩值Me都等于或小于标定转速和标定功率下的转矩Mb。2.等过量空气系数限制特性某些柴油机也以过量空气系数α作为限制参数来建立所谓等过量空气系数限制特性3.等排气温度限制特性对热负荷的限制：过量空气系数α，工作循环平均温度tm，平均排气温度tr等排气温度限制特性：柴油机在各种转速下的排气温度值tr都等于或小于标定转速和标定功率下的排气温度tr

六.柴油机的限制特性柴油机的限制特性：对机械负荷和热负荷两个方面的限制在标定转速nb下降初期以转矩作为主要限制参数后期则以排气温度作为主要限制参数。第十四章船舶推进装置的工况配合特性第二节驱动负荷平衡图第一节柴油机特性一.定距桨的工作特性二.驱动负荷平衡图三.柴油机和螺旋桨的配合四.在各种航行条件下推进装置工况配合特性第二节驱动负荷平衡图一．定距桨的工作特性1.定距桨的工作特性螺旋桨的推力

T=KTρn2D4

螺旋桨的阻力矩

M=Kqρn2D5螺旋桨的效率ηp有效功率与消耗功率（也即吸收功率、得到功率）之比一．定距桨的工作特性螺旋桨工作性能的基本方程式表示为

T=C1n2M=C2n2

ηp=C0λp.KT／Kq螺旋桨的功率

Pp=2πnM=Cn3一．定距桨的工作特性2.影响螺旋桨特性的因素1）螺旋桨结构参数的影响直径D、螺距比H/D直径D对螺旋桨产生的推力和吸收的扭矩影响很大。对于同一直径的螺旋桨，其螺距比越大即H/D越大，它所需要的功率也越多。

2)船舶航行工况的影响进程比λp一.定距桨的工作特性二.驱动负荷平衡图三.柴油机和螺旋桨的配合四.在各种航行条件下推进装置工况配合特性第二节驱动负荷平衡图二.驱动负荷平衡图柴油机：代表驱动(速度特性曲线)螺旋桨:代表负荷(螺旋桨特性曲线)两根曲线交叉点:稳定的工作状态其它状态:不稳定的工作状态。船舶定速航行时，有效功率应该是平衡的。柴油机的作用是提供能量，螺旋桨的作用是转换能量船体阻力则消耗能量。柴油机驱动力变化：速度特性曲线发生改变，船体阻力变化：λp导致螺旋桨的推进特性曲线改变一.定距桨的工作特性二.驱动负荷平衡图三.柴油机和螺旋桨的配合四.在各种航行条件下推进装置工况配合特性第二节驱动负荷平衡图1、机、桨配合的一般原则柴油机与螺旋桨的正确配合，既应使柴油机的功率得到充分利用，又应使柴油机的功率在全部运行转速范围内部不超出允许的范围。1.1额定工况匹配1）正常工况。a点2）剩余功率3）超负荷。柴油机与螺旋桨的配合1、机、桨配合的一般原则1.2考虑到功率与航速储备时的机桨选配1)发动机工作储备。

2)船体工作储备2、机、桨配合的影响因素2.1螺旋桨结构参数对机桨配合的影响1）螺旋桨选配合适。

(图中点a)2）螺旋桨选配“过重”(图中点e→b）3）螺旋桨选配“过轻”。(图中点d→c）2、机、桨配合的影响因素2.2船舶阻力对机桨配合的影响因素1）当船舶阻力增加(重载、污底、逆风、顶浪、浅水区、狭水道等)或运动状态改变(系泊、起航、加速、转弯、倒航等)防止超负荷

2）当船舶阻力减小时，防止超转速3.船舶主机的选型区域1）柴油机的减额工作区3.5.6.3柴油机的功率和转速的使用范围

2)约定最大持续功率由船东和厂方商定在船上实际使用的最大持续功率螺旋桨设计点的确定功率储备4.柴油机功率和转速使用范围1）一般船用柴油机的允许工作范围最大功率限制最小功率限制最高转速限制最低转速限制4.柴油机功率和转速使用范围2）增压柴油机工作范围增压柴油机持续工作范围（1）最大发动机转速，防止超转速；（2）最大发动机扭矩，防止超负荷；（3）增压器喘振线；（4）最小稳定转速；（5）最小发动机扭矩，防止发动机熄火。4.柴油机功率和转速使用范围2）增压柴油机工作范围增压柴油机短时运转的工作范围（1）超负荷工作面积②，仅在试验台使用；（2）超转速工作面积③，仅在试航使用；（3）船舶加速时短期使用面积④；（4）机动操作低速运转时的使用面积⑤。一.定距桨的工作特性二.驱动负荷平衡图三.柴油机和螺旋桨的配合四.在各种航行条件下推进装置工况配合特性第二节驱动负荷平衡图四.船舶在各种航行条件下

推进装置工况配合特性1船舶污底和装载量改变时的工况配合2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3船舶在各种运动状态下的工况配合特性1船舶污底和装载量改变时的工况配合四.船舶在各种航行条件下

推进装置工况配合特性1船舶污底和装载量改变时的工况配合2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3船舶在各种运动状态下的工况配合特性2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1)船舶在不同风力情况下航行时的工况配合特性逆风中航行时，风力会使船舶的空气阻力增加而顺风航行时，风力会使船舶的空气阻力减小汹涛、摇摆、用舵等因素使船舶航行阻力增加，风浪天航行引起船尾的摆动使螺旋桨推进效率降低。在大风浪中航行的船舶，由于船的纵向摇摆，螺旋桨有可能露出水面，2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2.船舶在不同航区中航行时的工况配合特性1）浅水区航行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增大0.3<v<

2）窄水道航行与浅水类似航速和航道相对宽度有关。如果v<0.5，而且b/B>20（b为航道宽度，B为船宽）就没有窄水道的影响。

四.船舶在各种航行条件下

推进装置工况配合特性1船舶污底和装载量改变时的工况配合2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3船舶在各种运动状态下的工况配合特性3船舶在各种运动状态下的工况配合特性1)系泊工况系泊工况的特点是航速为零，进程比λp=0，螺旋桨的推力系数和扭矩系数都达到最大值，螺旋桨特性曲线最陡，限制主机最高排气温度的限制，推力轴承承载能力，水润滑尾轴承的冷却条件船舶压载情况码头水深情况等。2)船舶起航和加速工况起航和加速工况都是过渡（动态）工况，λp是瞬时变化的，船、机、桨配合点不在一条推进特性曲线上变化。3船舶在各种运动状态下的工况配合特性加速工况3船舶在各种运动状态下的工况配合特性3)船舶转向时的工况配合特性船舶转向时，舵要偏转一个角度，使船舶在斜水流中前进，船舶阻力增加，航速降低，进程比λp减小，螺旋桨特性曲线变陡。船舶在转向时，若发现主机转速降低，这是必然的。要注意观察实际负荷的大小，必要时要适当减小油门格数，以防止超负荷。当船舶采用双机双桨推进时，内桨负荷比外桨负荷增加的大，内桨的转速因此下降的也多，外桨在转向开始时负荷变轻，很快又逐渐增加。航速越快、舵角越大，桨的负荷（尤其是内桨）增加越厉害，带动内桨的主机容易超负荷。双桨船舶在转向时应将双桨油门都适当减小，如只降内桨油门，负荷会立即转移到外桨，使其也超负荷。非紧迫情况下，应避免在高航速时用大舵角转向。3船舶在各种运动状态下的工况配合特性4)船舶拖曳作业时工况配合特性

3船舶在各种运动状态下的工况配合特性5)船舶倒航工况假设柴油机的正、倒车工作范围相同；螺旋桨的正、倒车水动力特性相同；船体的正、倒航阻力特性相同。低速时柴油机输出的扭矩大小与增压度有关。3船舶在各种运动状态下的工况配合特性(1)缓慢倒车