船机桨工况配合特性ppt课件

4、柴油机特性概念： 柴油机工作参数（ Ni， Ne，ηi，ηe，gi， ge，Me等）和变量Pe、n
之间的函数关系为称柴油机的特性。
5、柴油机特性分类： 柴油机工作参数（ Ni， Ne，ηi，ηe，gi， ge，Me等）随转速 n和随平均 有效压力Pe而变化的规律分别叫做柴油机的速度特性、负荷特性、调速特性、 推进特性、万有特性、减额功率输出特性、限制特性等。
即 Ne 与 n成直线关系,如下图所示.
实际上有如下因素影响： （1）每循环进气量与n 有关； 2）热态状与n 有关； （3）指示效率的变化； （ 4）每循环喷油量也与n 有关。 因此 pe 是变化的。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
J1＜J2＜J3
Pp
J1
J2
J3
Pp Cpn3p
定螺矩螺旋桨的水动力特性
np1
np
不同 J 时的推进特性
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B、柴油机推进特性
柴油机作为船舶主机带螺旋桨并按 P= Kn3 的规律变化的关系称 为柴油机的推进特性。
Q
C
Q
n
2 p
可得螺旋桨需要主机功
率：
Pp
Q
2
n
p
60
C
p
n
3 p
P p — 螺旋桨需要主机功率； C T K T D 4； C Q K Q D 5； C p 0 . 1047 C Q n p
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互关系，建立两者能够相互转换的关
n2
系式。 船舶在稳定工况下正常航行时，
n3
螺旋桨所产生的有效推力和船舶航行 阻力是相等的，故有：
RA RV S mTC Tn2 p
V n3
np （A CTR）12VSm2
m
n2 n1
np KVS 2
对于一般排水量船舶 m = 2
PS
np KVS
船舶航行特性曲线
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§6—2
船、机、桨的基本特性
一、船舶航行阻力特性
船体阻力是航速的函数，即：
RARVSm
PE RVS
式中：R —— 船体的阻力； AR —— 系数； PE —— 船体有效马力；
VS —— 航速；
m —— 指数。
一般排水量船舶M＝2，这个近似关系可以通过模型或实船试验求得。
系数AR与船体线型，与航行情况（装载、拖带、污底）等有关。
§6-3 船、机、桨的能量转换与配合性质
一 、 推进装置机械能的传递过程
BHP、主机输出有效功率； DHP、螺旋桨收到功率； EHP、螺旋桨发出功率
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二、 推进装置功率转换计算
外特性的定义 在速度特性线中，把柴油机在喷油量（即 pe）不变时，在各种转速 n下 的最大做功能力称为柴油机的外特性。
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1）最大功率特性—— 柴油机热负荷很高，一般作为船用主机的最大功率 或超额功率，持续使用时间不应超过（也不小于）1小时。线pe1。
通常螺旋桨设计点 功率外特性
部分功率外特性
船用柴油机特性曲线综合图（1）
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螺旋桨设 计点功率
通常螺旋桨设计点 功率外特性
部分功率外特性
船用柴油机特性曲线综合图（2）
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二、特性、配合与工况
1、特性
1）船体的特性 可用阻力——航速或有效功率——航 速特性曲线来描述； 2）主机的特性 可用转矩——转速或有效功率——转 速特性曲线来描述； 3）螺旋桨的特性 可用螺旋桨转矩——螺距比和进速 系数的关系；螺旋桨推力——螺距比和进速系数的关 系特性曲线来描述。
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船用柴油机推进特性
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螺旋桨设 计点功率
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。
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2、配合点
在某一工况下，船、机、桨三者的能量均相等特性—— 柴油机热负荷和机械负荷好，一般作为船用主机的 常用功率，可长期持续使用。线pe2。
3）部分功率特性—— 指供油量固定在小于额定功率（如90％、75％、50％等） 供油量的各个速度特性。 线
pe3~pe5，船舶在实际运行 中常用这类曲线。
4）最底负荷特性 —— 最小喷油量, 以维持
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1） 速度特性（外特性）
n 变， pe不变，由Ne = f（pe 、n ）知 : Ne ∝n ; Me = f ( pe ) = 常数。
Ne = Me ·n/9 . 55 = f ( n )
根据主机的额定功率和额定转速计算出各种转速下的功率值，其 相对百分数变化值见下表
n（%）
63
79.5
91
P（%）
25
50
75
96.5
100
103
85
100
110
当 n＝103％nH时，柴油机的功率就已达到额定功率的110％。
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。
3） 负荷特性 在某一固定不变的转速下，柴油机的性能参数随负荷pe变化的规律。
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4）推进特性
A、定距螺旋桨推进特性
螺旋桨推进特性反映其推力T、转矩M、（推力系数KT和扭矩系数KQ） 以及敞水效率η0随进速系数J（船速，转速）的变化关系。
5、航速与螺旋桨转速和功率的转换关系
在研究船、机、桨工况配合时，必须将它们三者的特性参数置于同一
坐标里，才·便于分析。
但在前述的分析中，船的阻力特
PE
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
n1＞n2＞n3
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
n1
柴油机怠速。线pe6。 5）最高转速限制线 ——
nmax=1.03nH 6）最底转速限制线——
柴油机最低稳定转速。 nmin。 7）额定转速——nH。
柴油机的工作范围： 在a—b—c—d—a所 围面积中。
nmin
nH nmax
MCR
c
b d
a
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在设计状态下的配合点叫“设计配合点”， “设 计配合点”通常是最佳配合点。
所谓最佳配合点就是船、机、桨三者的能力都合 理、协调、充分发挥的工作配合点。
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。
2） 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 柴油机带螺旋桨，必须有全制式调速器。 当调速器的弹簧处在不同位置时，有调速特性曲线1、2、3、4、等。 h1、h2、h3是柴油机在不同供油量时的外特性线。 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、为不同工况的推进线。
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（1）阻力的变化 如遇风浪、潮水、装载量变化等； （2）操纵的变化 如加速、减速、转弯、倒车等； （3）船、机、桨自身性能的变化 如主机变旧、船舶污
底、螺旋桨表面损坏等。 上述变化将影响船、机、桨的配合，因此在设计、
管理时必须充分考虑。
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3、工况
1）设计工况 船、机、桨三者的能量在设计状态点达到平衡。
2）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工况点，称为变 工况。影响工况的因素主要有以下几个：
（2）带动螺旋桨的柴油机
转速和扭矩之间有规律关系， 沿绿线工作；
（3）车用柴油机，转速和 扭矩之间没有一定的关系，
转速取决于车速，扭矩取 决于装载量和路面阻力。
在阴影面内工作。
nmin
n nmax
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（1） 额定功率Pe（BHP） 在规定环境条件和额定转速下，主机输出端输出的持续有效功率。 （2） 螺旋桨收到功率PD（DHP）
PD Pe B
ηB—— 轴系总效率 （3） 螺旋桨发出功率PT（THP）
P T P D D P D 0R H
D0RH
ηD—推进效率；η0 —螺旋桨敞水效率；ηR —相对旋转效率；ηH —船身效率。 （4） 船体有效功率PE（EHP）
各 种 工 况 下 的 阻 力 曲 线
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二 柴油机的基本特性 概述
柴油机由于用途和使用
条件不同，它在实际运转中 的工作状况的变化可分成以
Ne
下三类：
（1）带动发电机的柴油机 转速恒定，沿兰线工作；
Ne= f（pe 、n ）
2、 柴油机输出矩扭Me与PD之间的关系为：
Me 9.55
Ne n
（N-m）
式中： Me——柴油机的输出矩扭。
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3、柴油机运行规律与参数之间的关系： 1）n变， pe 不变。（即每一个工作循环的喷油量不变） 2）n变， pe也变。 3）n不变， pe 变。
1、柴油机的输出功率
Ne
PeVs niτ 60
（w）
式中: n —— 曲轴每分钟转数 r/min； Pe—— 平均有效压力 Pa； τ—— 冲程系数，四中程 τ= 1/2，二冲程 τ=1； i —— 气缸数；
V s —— 气缸工作容积 m3 。
对一给定的柴油机来讲， Vs、i、 τ为已知常数。因此， Ne是随 pe、 n而变 的函数：
J Vp n p D
J — 螺旋桨进速系数； V p — 螺旋桨进速；
KT
T
n
2 p
D
4
n p — 螺旋桨转速； D — 螺旋桨直径；
KQ
Q
n
2 p
D
5
— 水密度； T — 螺旋桨推力；
p
M
T V p 2 n p
J 2
K T KQ
可得：
T
C
T
n
2 p
Q — 螺旋桨扭矩； K T — 螺旋桨推力系数； K Q — 螺旋桨扭矩系数； p — 螺旋桨敞水效率；