轮机概论教案.第三章

1、第三章 船舶轴系和推进器,楼海军,第一节 船舶推进装置的传动方式,根据动力传递方式的不同，船舶推进动力装置可分为以下几种。 一、直接传动：1）是主机的动力直接经轴系传给螺旋桨的传动方式，在主机、轴系和螺旋桨之间没有其它的传动机构。运转中螺旋桨与主机始终保持相同的转向和转速。2）直接传动推进装置结构简单、工作可靠、传动效率高、工作寿命长、维护管理方便，为商船所普通采用。只是因为在高速时螺旋桨效率较低，故只适于和低速主机连用。如果使用定距桨，必须使用可换向主机。,二、间接传动：1）是在主机和轴系之间设有减速器和离合器等中间传动环节的推进装置。齿轮减速器是应用最广泛的一种减速器。减速器和离合器可以单

2、独使用，也可共同使用。2）间接传动具有一系列优点，如主机转速可以不受螺旋桨要求低转速的限制；在采用正倒车离合器的装置中，可使用不换向主机；有利于多机并车运行及设置轴带发电机；轴系布置灵活性大等。间接传动主要缺点是结构复杂，传动效率低。,三、Z型传动：以上传动方式，螺旋桨轴线与传动轴线在一条直线上，称为直线传动。Z型传动的结构原理是使用了由两个螺旋齿轮副和组成的两个直角(亦称L型)传动机构，把经万向传动轴而来的主机动力传递给螺旋桨。1）优点：(1)可以省掉舵、尾柱和尾轴管等结构，使船尾形状简单，减少船体阻力；(2)操纵性好。螺旋桨推力方向任意变化，可直接用作转向动力，能使船舶实现原地回转，特别适

3、合于对定点作业船舶的控制；(3)可以使用重量轻体积小的中、高速柴油机，而不需要单独的减速齿轮装置；(4)不需要主机换向，可以延长主机使用寿命。2）应用：这种传动装置传递的功率较小，仅适用于小型船舶的推进装置和大型船舶的侧推装置。,第二节 轴系的组成,轴系的组成：包括推力轴、左端的尾轴和它们之间的中间轴及相应的轴承 一、推力轴和推力轴承：在直接传动装置中，推力轴与主机曲轴的飞轮端直接连接；而在间接传动装置中，它则与齿轮减速器的主齿轮相连。推力轴的功用是将主机的扭矩传递给相邻的中间轴，同时把经中间轴传递来的螺旋桨推力传递给船体，并对轴系进行轴向定位。,图2 轴系组成简图,1-柴油机 2-推力轴承

4、3-短轴 4、7、9、12-中间轴承 5、8、10-中间轴 6-隔舱填料箱 11-尾轴 13-螺旋桨 14-尾轴管 15-窗口 16-轴隧 17-水密门 18-机舱,二、中间轴及中间轴承：中间轴的作用在于连接推力轴和尾轴，并进行扭矩及推力的传递。中间轴的长度及轴段数量取决于主机布置位置与螺旋桨轴的距离。每段中间轴的轴颈处，均由中间轴承支承，以承受中间轴重量并保持正确的轴线。中间轴承系滑动轴承，采用飞溅润滑。 三、螺旋桨轴和尾轴管：螺旋桨轴是轴系的最末一段，因其穿过尾轴管，也称做尾轴。它与中间轴尾端相连，并穿过尾轴管而伸出船外。在尾轴管内设有尾轴承，以支承尾轴和螺旋桨的重量，并吸收螺旋桨引起的径

5、向振动。,尾轴承根据使用材料的不同，有铁梨木式、层压板式、白合金式等不同型式，在小型船舶上橡胶尾轴承也有使用。除白合金尾轴承采用润滑油润滑外，其它型式的尾轴承均直接用海水润滑。铁梨木经海水浸泡后有很好的润滑性能，是良好的尾轴承材料，只是因材料来源少而价格较贵。在尾轴管内还设有尾轴密封装置，以防止海水沿尾轴流入船内或在润滑油润滑轴承的情况下防止润滑油漏泄。,四、螺旋桨及螺旋桨特性：螺旋桨一般有35片桨叶，它可以被看作是具有多头螺纹的一段短而粗的螺杆，桨叶即是螺纹。当螺杆在轴向运动受限的螺帽中转动一周时，螺杆会轴向移动一个螺距的位移。假如螺旋桨所推的海水静止不动，螺旋桨转动一周也将前进一个螺距的距

6、离，并推动船舶作同样的位移。,1，螺距与螺距角：图3-5中的曲线表示桨叶上距螺旋桨中心半径为R的某一叶素，在螺旋桨转动一周过程中的运动轨迹。它是一个空间螺旋线，可被分解为该叶素在桨叶回转平面内的圆周运动展开直线位移L和轴向移动位移H。H即是桨的螺距：L2R(m) 。叶素半径R，螺距H和螺距角之间的关系是：H2Rtg(m) 。 定距桨的螺距H为常量。对于变距桨而言，设法使桨叶在桨毂上相对转动，改变螺距角，即可改变螺距H。,2螺旋桨的进程比：螺旋桨工作时转动一周，它的轴向实际前进距离称为进程，用hp表示。实际上，由于水会被螺旋桨推动后移，进程hp并不等于螺距H，其差值称为滑失。它们之间的关系是：

7、hpHh (m) ，式中：h滑失，m； H螺距，m。 进程与螺旋桨直径的比值称为进程比，phpDVpnD 式中：p 进程比，无因次量； D螺旋桨直径，m； Vp实际航速，ms；(螺旋桨进速) n转速，rs。 对于某一几何结构一定的螺旋桨，转速不变时，p与船速Vp 成正比。,3螺旋桨工作特性： 1）推力：TK1n2D4 (N) 。2）阻力矩：MK2n2D5 (N.m) ， 式中：K1，K2推力系数，扭矩系数；水的密度，kgm；n螺旋桨转速，rs；D螺旋桨直径，m。TC1n2 (N) MC2n2 (N-m) 式中：C1K1D4，kgm； C2K2D5， kgm2。3）功率：P2n.M ，P2nC2

8、n2，或 PCn3 (W) 式中：C2nC2， kgm2。 螺旋桨的推力和扭矩与转速的二次方成正比，而它所吸收的功率与转速的三次方成正比。这种关系绘出的曲线，称为螺旋桨特性曲线。 船舶阻力的变化，会引起螺旋桨进程入p的改变。船舶阻力增加，则hp减小，p减小，K1、K2及C1、C2、C增加，螺旋桨特性曲线变陡。反之亦然。,第三节 各种航行条件下主机的工况,一、船、机、桨的配合：船舶航行时受到各种阻力的作用。在螺旋桨推进的船舶上，这些阻力即成为螺旋桨的负荷。螺旋桨必须产生与之相应的推力，才能使船舶保持希望的航行状态。而螺旋桨产生一定推力所需的扭矩和功率则由主机提供。它们之间保持着力、扭矩和功率的平

9、衡。 1船舶阻力：船舶航行时所受到的阻力有：水下部分的水力阻力、水上部分的空气阻力和船舶加减速时的惯性阻力。船舶水力阻力有摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力三种，它们与船舶航速、排水量、船体线型和污底程度有关。,试验表明，水对船体的总阻力R约与船速VS(VP)的平方成正比： RAR.VS2 式中：AS阻力系数。1）当船舶装载量增加、发生污底、进入狭窄或浅水道航行时，Ar均会增加，使水力阻力增大。2）空气阻力与船舶水上构造的迎风面积、形状、风向和风力大小有关。3）惯性阻力与包括船舶自重和装载量在内的船舶总排水量有关。加速时惯性阻力为正值，减速时为负值。 2.与螺旋桨配合工作时的主机工作点：忽略传动损失

10、，主机发出的功率与螺旋桨吸收的功率相等。如果将柴油机速度特性曲线和它所带动的螺旋桨的特性曲线画在一个座标图上，柴油机速度特性曲线与螺旋桨特性曲线上的交点，即是它们配合工作的工作点。,二、航行条件变化时主机的工况 1，航行阻力变化时主机的工况：船舶航行阻力的变化，会引起螺旋桨进程比Ao的改变，从而导致螺旋桨特性曲线的变化，使主机工作点发生变化。 如图3-9所示，如柴油机以标定负荷速度特性，与具有特性曲线工的螺旋桨配合工作，工作点为a，此时柴油机发出标定功率Pe，带动螺旋桨以标定转速ne转动。如果因装载量、风力、航道变化、船舶污底、起航加速等原因使船舶阻力增加，螺旋桨特性曲线将会变陡，例如变为特性

11、曲线。这样工作点将会从a点变到b点。此时，尽管柴油机功率和转速均低于标定值，但已在超扭矩范围内(a点到坐标原点连线标定扭矩线以上区域)工作。这对柴油机的工作是十分不利的。这时应减小柴油机油门，以较低负荷速度特性(如特性线2)工作，使工作点回到标定扭矩线以下区域。切不可为了增加柴油机转速和船速而盲目加大油门，使柴油机严重超负荷而造成损坏。,反之，当船舶阻力减小时，螺旋桨特性曲线会变得较为平坦，如特性曲线。工作点将会由a点变至d点。这时，尽管柴油机未超扭矩工作，但柴油机的转速和功率均超过标定值ne和Pe，柴油机也处于超负荷状态。此时也应减小油门，以部分负荷特性曲线(如曲线2)工作，使柴油机的功率和转速均不超过标定值。,2