船舶主机功率和转速

船舶推进装置的设计工况

1.主机功率和转速

1)主机的连续最大运转工况

船舶柴油主机在额定转速下，在主机的规定正常维修周期内按标准环境条件连续运转的最大功率，为连续最大功率MCR ，或称连续功率或额定功率。如采用ISO 3046/1标准环境条件，则称为ISO 连续功率或ISO 连续最大功率。ISO 标准环境条件为气压100kPa ，气温27℃，冷却水温27℃，湿度60%。实际装船运行时，主机功率将随环境条件而变，特别是对于配备中间冷却器的增压高速柴油机。

在主机的特性曲线图上，连续最大功率和额定转速的交点代表主机的连续最大运转工况MCR(Maximum Continuous Rating)，通过这个点的推进特性曲线，为MCR 推进特性线。通常应用MCR 作为确定推进器设计工况的基准点。从推进主机实际运行条件及其性能特点出发，考虑燃料的经济性和与推进特性的配合，对一些船用柴油机常提供一个可以选择的低于标准MCR 的最大连续工况选择范围，由此选定的MCR ，称为减额最大连续工况DMCR 或指定(合同)MCR ，即SMCR （或CMCR ），并以此设计主机的运转限制(设定油泵和调速器)。这种重新设定的减额MCR ，即为推进器设计时所用的MCR 。

2)主机的运转裕度和常用工况

从动力装置设计的角度出发，考虑主机的经济性和维修保养，常对主机的功率扣除一个裕度，以便主机适应长期运转。主机所扣除的这个裕度，称为运转裕度EM(Engine Margin)，对于一般运输船舶，其范围为0~15%，习惯上常取10%的EM ，渔船和拖船等负载变动较大的船舶，则常取15%的EM 。

扣除EM 后的主机功率，为常用功率，在MCR 转速下的常用功率NO(Normal Output)或连续运转功率CSO (Continuous Service Output)运转的工况为连续运转工况CSR(Continuous Service Rating)或常用运转工况NOR(Normal Operating Rating)。

用汽轮机驱动时，由于汽轮机的低速高转矩特性，可以取用较小的EM 。

燃气轮机由于具有平坦的外特性，

而且长期运转后功率无影响，可以采用在船用环境条件下的最大连续运转工况设计推进器。

3)主机的转速裕度

在预期的使用年限以内，为了避免主机过载，避免在驱动固定螺旋桨时发生过转矩导致主机冒黑烟的现象，使船机桨在整个使用年限内均保持比较良好的配合，如果在设计螺旋桨时按试航状态的平静海面和深水时的航速以及额定功率设计，则应提高设计转速。所提高的裕度称为螺旋桨转速裕度RRM （Right Running Margin ）。RRM 的数值的确定与主机的增压方式、冷却方式、排气系统的设计等有一定关系，可按照主机制造厂的推荐值确定，通常取3.0 %~ 7.0%，渔船主机因多具备高转矩性能，多取为1.5 %~ 3 %，汽轮机因具有低速高转矩性能，可取2%的RRM 。

螺旋桨设计时转速裕度的选取，见“推进器设计工况的确定”。如果设计时不采用新船状态作为设计状态，即己考虑了主机的经年变化，则不采用转速裕度。

4)航海裕度

在相同的航海速率下，考虑污底和风浪的影响所引起的船舶所需有效功率的增加和推进性能的下降，航行时所需主机功率的增加率通常用航海裕度(或称海上航行裕度、航海余裕)SM （Sea margin ）表示，其定义式为(相同航海速率和排水量下) ： SM=％）静深水中所需功率

清洁船体和推进器、平实际航海状态所需功率（

1001⨯-航海裕度通常按照船舶的航行区域或航线、船舶类型、主机型式，航速高低，由船东或

设计者确定，通常在0 % ~25 %之间，国际航行的运输船舶有用15%的SM，定期班船或在

北大西洋等气候条件较差海域航行者常取较大的SM；采用可控螺距螺旋桨时，可采用0%

的SM。在确定SM 时，还应考虑主机制造厂根据主机特性并考虑船机桨配合所提出的SM

推荐值。

航海裕度还可以采用增加主机(推进轴)转速的百分数表示，由于推进特性曲线的功率和

转速在低速运输船舶有近于三次幕函数的关系，而航速和转速之间有线性关系，故转速裕度

与等效功率裕度之间的关系为：

(1+转速裕度)3 =(1+功率裕度)

注：螺旋桨定律：螺旋桨所需功率与其转速的三次方成正比

2.主机功率的传递

推进器的收到功率要从主机功率中扣除主机外带驱动的各种装置的功率损耗、减速装置

的功率损耗以及推进轴系的功率损耗。主机功率的传递过程如图：

主机功率的传递过程

柴油机的标称功率通常是制动功率P B，即其指示功率扣除主机内部机械损失，亦即由

由制动测功器在主机输出端测得的功率。

制动功率扣除主机驱动的附连泵、发电机、空气压缩机和减速装置的消耗以后的功率，

为轴功率P S。船用汽轮机用P S表示其输出功率。

在尾轴尾端与推进器连接处测得的功率称为收到功率P D或推进器功率P P。

减速齿轮箱的功率损耗，用减速装置效率ηG表达，其一般数值见下表。

轴系的传送损耗由轴系传送效率ηs表达，ηs= P D/P B或P D/P S，其数值范围见下表。

减速装置效率轴系传送效率减速装置部件型式部件的ηG轴系部件型式部件的ηs

单级齿轮减速双级齿轮减速液力销合器电磁离合器0.975

0.95

0.975

0.975

中间轴承(每只)(往复式发动机)

中间轴承(每只)(电动机及汽轮机)

推力轴承(普通型)

推力轴承(密契尔型)

尾轴管

0.997~0.9975

0.998

0.985

0.995

0.990

考虑整个轴系的转送损耗，还可以采用下列近似式计算P D：

主机位于肿部：P D=P S/l.03 或P D = P B/1.05

主机位于尾部：P D=P S/l.02 或P D=P B/l.03

3.推进效率

船体有效功率P E或阻力功率P R与收到功率P D或推进器功率P P之比称为推进效率(或似是推进系数) ηD；ηD =P E / P D =P R/ P P。

推力功率P T(P T =TV A)与收到功率P D或推进器功率P P之比为船后推进器效率ηB；