第五章_船、机、桨工况配合特性

令 转速的关系。
AR K C T

1 2
，则n=KVs，即为航速与

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3、船、机、浆的能量转换与配合性质 一、推进装置机械能的传递过程 船舶主机的功率在传递至螺旋桨的过程中，有一 系列损失 THP(推力功率) DHP（收到功率）
Pmc Pi m t
m — —柴油机的机械效率 t、 — —分别表示温度与湿度 的修正系数

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③ 轴功率
n Ps Pmc i rt rz
i — —减速装置效率 rt — —推力轴承的机械效率 rz — —每一个滑动中间轴承 的机械效率
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30 式中：Q — —转矩
Pp

Qn
kw kN m
四、航速与转速的转换关系 在船的阻力特性是用其随航速的变化关系来表示 的，螺旋桨及主机的特性则是用其主要技术参数 随转速的变化关系来表示的。因此，必须了解航 速与转速之间的相互关系，建立两者能够相互转 换的关系式。 船舶在稳定工况航行时，螺旋桨产生的有效推力 和船舶阻力R是相等的，即：
⑥ 船体有效功率
PE P T s
s — —船体影响系数 s
t — —推力减额系数 w — —伴流分数
1
三、机、桨的配合性质 1、工作区域的划分 螺旋桨的设计负荷点，或主机的最大持续输出 点，均要求两者能在所允许运行的工作区域选 取一个机、桨合理配合的设计工况点。
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2、船、机、浆的基本特性
一、船舶柴油机的基本特性 柴油机在运转过程中变化的主要参数为转速和有 效功率(或平均有效压力、或转矩)。 1、柴油机的翰出功率及转矩 P V n i P B P n 柴油机的功率： 0.225 1.36 9.8 104 m
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4、典型推进装置的特性与配合 一、单机单桨直接传动 1、基本原理 忽略传动机组及轴系的传动损失，柴油机所发出 的功率PD须等于螺旋桨所吸收的功率PP。柴油机 的特性PD=cn和螺旋桨的推进特性曲线 Pp=Cpn3变化规律不同，在某一稳定工况条件下， 两者的配合只能在一点相交。
n — —中间轴承的数目
③ 螺旋桨收到功率
Pp Ps w
w — —尾轴承及密封填料的 机械效率

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⑤ 推力功率
P T Pp B Pp x 0
B — —船后螺旋桨效率 x — —相对旋转效率 0 — —螺旋桨敞水效率
e s D N e
Pe — —平均有效压力 Vs — —气缸有效工作容积 n — —曲轴转速 i — —气缸数 m — —行程数
柴油机的转矩：
0.0318Vs i pe QD Bm pe m
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2、柴油机的特性 当柴油机工况发生变化时，柴油机的性能及 主要参数随工况改变相应变化。
Te T (1 t ) R

kN
t — —推力减额分数
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故由
R AR Vsm
和
T e CT n2
1 2
可得
AR n C T
Vs
对于已设计建造的船舶，其线性与尺度是已 定的，当船舶的航行状态也保持一定时，上 式的系数AR、CT可看成常数。
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5、变工况 由于船、机、桨的工作条件总是在不断变化，因 此，船舶在实际运行中常常偏离设计平衡点，我 们将那些偏离设计负荷平衡点的工况统称为变工 况。变工况是经常发生的，例如： ①船舶航行条件的变化 ②操纵方式的变化 ③船、机、桨自身性能的变化


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4、推进装置的工况 推进装置的工况，是指船、机桨三者配合工作时 的运转状况，包括： ①以转速n为变量的工况 ②以负荷Pe(或轴的扭矩Mp)为变量的工况 ③以n（或Vs与Ve或Mp）并同时均为变量的工况

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（四）万有特性 在柴油机的运转范围中， 在同一转速下用几个不同 的喷油量作试验，并将有 关结果记录下来；再分别 固定各档转速，供人不同 喷油量；进行行试验将结 果按P、n、ge、QD等参 数整理绘制成图，即得万 有特性曲线，如图所示

T e CT n 2 Q C Q n 2

kN kN m
CT、CQ — —常数 n — —螺旋桨转速
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螺旋桨所需的功率可写成：
式中的Q用上页公式代入可 知Pp与转速的立方成正比 左图示出了在不同进速J时， T（Q）和Pn与n之间的函 数关系，可知：当n一定时， 随J的减小，T（Q）和Pp 均要相应增大：J保持不变 时，T与Q两参数均随n的 平方成比例关系。
（三）负荷特性 负荷特性是指在某一固定不变的转速下，柴油机 的性能参数随负荷户Pe变化的规律。负荷特性的 实际意义： ①确定非增压柴油机的标定工况 ②使负荷特性易测定，常在柴油机调试、改变设计 时用作检验调试效果，所以又称之为调整特性 ③作为带发电机工作的特性 ④测出不同转速的负荷特性，用于制取万有特性等， 负荷特性可与速度特性综合出其它任何一种实用 工况的特性
a
— —水的密度； D — —螺旋桨直径， mm； n — —螺旋桨转速， r / s； Vn — —螺旋桨进速， m / s；

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如右图所示KT、KQ及 其随J变化规律和关系。 在给定船舶中，其桨 径为定值，J仅随 Va/n而变化，当 Va/n为常数时，KT、 KQ为定值，故桨的有 效推力Te和转矩Q与 转速的平方成正比， 即
不同的机型其工作区域划分范围是有差别的。

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2、螺旋桨设计负荷点的确定 螺旋桨的设计负点是指机、桨额定工况的配合点， 它与设计时所选定的机、桨特性曲线有关，将它 们的性能曲线示于同一个功率-转速特性图上，其 交点即为配合点。 理论上，此点是通过100%Pmc、100%Pe和 100%nn 的MCR点；但在实船营运过程中，这 个配合点往往会发生变化。

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2、单机直接带桨的特点 它是由一台柴油机，通过油系直接带动螺旋桨的 推进装置。其特点是Pmc=Pp；MD=MP； nD=nP 这种主机与桨直接连接的装置，只要通过改变油 门，主机的平均有效压力Pe就会变化，并使转速 发生变化，使二者获得新的配合。

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二、特性、配合与工况 1、特性 船、机、桨三者的合理配合，可使能量得到最佳 的转换。转换的理论基础就是能量守恒与转换定 律，即船、机、桨系统的相互平衡。这种平衡表 现在两个方面：运动的平衡关系和动力的平衡关 系。这些关系由它们三者各自的特性所决定。
第五章 船、机、浆工况配合特性
基本内容
1、基本概念
2、船、机、桨的基本特性
3、船、机、桨的能量转换与配合性质
4、典型推进装置的特性与配合 5、船、机、桨在变工况时的配合

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1、基本概念
一、 船、机、桨三者的能量关系
船舶主机、螺旋桨和船体三者是一个能量的平 衡系统。主机是能量的发生器，螺旋桨为能量 的转换器，后者将主机发出的旋转能转换为推 进能使船体运动。船体为能量的需求者，螺旋 桨的推进能用于克服船体的运动阻力。

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（五）柴油机的推进特性 当柴油机作为船舶主机带螺旋桨，按螺旋桨特性 （P=cn3）工作时，为柴油机的推进特性。 推进特性的实际意义： ①根据柴油机的工作能力合理地设计、选用螺旋桨 ②确定使用中功率与转速的配合点 ③确定推(拖)船舶在各种工况下的负荷 ④用以确定船舶的经济航速

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二、船舶航行阻力特性 船舶在航行时，受到空气和水这两种介质的阻力。 一般民用船舶的阻力，以摩擦阻力为主。水对船 体的总阻力与航行速度的m次方成正比即：
R AR Vsm
若航速为Vs时，其船体总阻力为R，则直接用于 克服船体阻力所需的功率PE为

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2、特性曲线 所谓特性曲线，就是把船、机、桨三者随转速变 化的一些技术、经济参数，分别或集中地用图表 示出来，以了解它们的变化特点、配合关系和工 作范围等。 3、配合点 在某一工作条件下，船、机、桨三者的转速与能 量均相等的点称为“配合点”，也称“平衡点”。
RV s PE kw 1943
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三、船舶螺旋桨推进特性 船舶螺旋桨推进特性主要反映螺旋桨的推力T和 扭矩Q、推力系数KT、 转矩系数KQ，以及桨的 敞水效率等随船速和进速系数J的变化关系。 式中： V
nD T KT n 2 D 4 Q Ka n 2 D 5 TVa KT J 0 Q 2n K Q 2 J

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根据油泵齿条固定的位置不同，外特性分为以下 几种： ①1h功率特性 ②12h功率特性 ③标定外特性 ④部分外特性 （二）调速特性 在调速器作用下柴油机的功率、转矩与其转速的 关系叫做柴油机的调速特性。
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BHP持续功率
SHP（轴功率）
IHP指示功率
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二、推进装置功率转换计算 ①指示功率
GTm H u i 3600 GTm — —主机在最大持续输出 时的燃油消耗量 Pi H u — —柴油的低热值
②持续功率
i — —柴油机的指示效率
所谓柴油机的特性，就是指柴油机的性能指 标及主要参数与运转情况之间的变化关系， 主要有：速度特性、负荷特性、调速特性、 万有特性及减额功率输出特性、限制特性、 推进特性等。

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（一）速度特性(外特性)
柴油机运转中，只改变转变n，而Pe保持不变， 这种运转特性称为速度特性或外特性。 它表达柴油机的技术经济指标随转速或航速的变 化关系，通常用以表示主机的工作性质。

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3、储备的主要方法 ①功率储备法 ②转速储备法 ③阻力储备法 除这三种方法外，有将阻力增加某一百分比，又 对在100%转速时的主机打一定折扣来设计螺旋 桨；也有在设计时先不考虑储备，待算出螺旋桨 参数后凭经验适当加以修正。


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（六）柴油机减额功率输出特性 降低柴油机的耗油率的方法之一就是提高气缸内 的最大爆发压力Pmax与平均有效压力pe的比值。 Pmax是柴油机结构强度的设计依据，在设计时 已确定，而柴油机的功率是否Pe和转速n的乘积 成正比，一般把最大待续功率点(MCR)时的pe 值降低，作为新的标定点，而此时的Pmax仍维 持与MCR相对应的值不变，这样就提高了Pmax 与Pe的比值，实现了比MCR低的燃油耗率。