船机桨匹配知识
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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
船-机-桨匹配分析
Ｒ＝ｆＶ １。 （）
应 有不 同的 阻力 曲线 。
（） １
这 种 阻力 随航 速变 化 的 曲线 称 为 阻力 曲线 。一般 来 说 阻力 Ｒ 与航 速 ｖ 成 ３６ 方 的关 系 ， 同船 型对 。 －次 不 若 航速 为 ｖ 时， 。 船体 总 阻力 为 Ｒ 则 直 接用 于 克服船 体 阻力所 需 的功率 为 有效 功率 （ ， 数值 为 ： ， Ｐ ）其
Ｔ ＝ ｝ ｈ ＝ ＿０９ ．１ （） ３
２３ 初 级 匹配 计算 ．
保持一定航速。如果柴油机与螺旋桨配合不合理将导致转速上不去、 航速达不到、 主机超负荷等 问题， 严重 时甚 至 会 出现拉 缸 。 由此可 见 ， 螺旋 桨 与船舶 主 机 的匹配 性 能决 定 了船 舶 的快速 性 、 经济 性 、 安全 性 ， 需要 对
其进 行 优化 设计 ， 以达 到更 好 的匹配 特 性 。Ⅲ
表4空泡校核计算3结束语本文以5m型宽交通艇为研究对象参照船体型线图和螺旋桨尺寸进行了确定主机功率的初步匹配计算和校核螺旋桨尺寸和确定螺旋桨最大航速的终结匹配计算使整个船舶推进系统更加优化从而使得船舶在航行时性能更加完善耗能较少实现了经济性和匹配性的双重效益
第 １卷 第 １ ０ 期
２ １年 ３ ０１ 月
提 供 的满载 时船 体有 效 马力 曲线数 据 如表 １ 示 。 所
表 １ 船体有效马 力曲线数据
２ 伴流、 ． ２ 推力减额与相对旋转效率的确定 按船型资料选取伴流分数 Ｗ， 由泰勒公式得： 双螺旋桨船 ｗ ０ ５ ｂ０ ０ ０ ７ 。按经验公式决定推力 ＝ ． ．． ＝ ． １ ５Ｃ ２ ０ 减额分数ｔ由海克休公式得： ， 双螺旋桨船 ｔ０ ０ ． ＝ ． ４ 。在实际应用上 ， ＝ ． Ｃ． １ ０１ ２ ５ ０８ ５ 双螺旋桨船相对旋转效率 取 ０ ７１ ， ． ．． 这里取 Ｔ＝ ． 。轴系传动效率：ｌ ０ ８ ９ ０ ｌＯ ７ ９ Ｔ ＝ ． 。船身效率： ｐ ９
船用螺旋桨匹配
mdVs dt 牛牛文档分 享影响推力减额系数t的因素
• 当调距桨的推力系数增加时，t也增加，特 别是对于那些方形系数较大的船舶，这种 影响更明显。 • 船速V对t也有影响，这种影响非常复杂， 很难用解析式表示。 • 正车或倒车时，推力减额系数会发生一定 的变化(一般 根据各船舶的方形系数CB值，可以按照表 近似选取推力减额系数t值：
方形系数
0.52 0.56 0.11 0.13 t
方形系数
0.68 0.72 0.19 0.21
t
0.6
0.64
0.15
0.17
0.760.8 牛牛文档分 享 牛牛文档分 享
核动力推进装置
• 核动力装置虽有很多优点，但由于造价高， 操纵管理及检查系统复杂，核分裂反应释 放出大量放射性物质要严格防护，因此目 前商船上应用较少 牛牛文档分 享柴油机推进动力装置
• 德国发明家Rudolf Diesel(1858-1913)发明了柴 油机，并于1892年申请了发明专利。 • 柴油机的发明，从根本上解决了当时内燃机的敲 击和爆燃问题。柴油机经过了一个多世纪的不断 改进和发展，已经成为船舶推进的主要动力装置。 柴油机不仅是热效率最高的一种热机，而且还具 有起动迅速、安全可靠、重量较轻、功率范围大 等一系列优点。因此，国内外民用船舶广泛采用 柴油机推进动力装置。在中、大型民用船舶上所 使用的柴油机有大型低速和大功率中速两大类。
船用主推进动力
• 船舶的主推进动力装置主要有：
– 柴油机推进动力装置 – 燃气轮机推进动力装置、 – 电力推进动力装置 – 蒸汽推进动力装置 – 核动力推进装置 牛牛文档分 享蒸汽推进动力装置
• 蒸汽推进动力装置的主机是以蒸汽为工质，这种 发动机的特点是采用间接加热方式，也就是燃料 燃烧在发动机外的锅炉中进行，故称为外燃式发 动机。根据其运动方式的不同，它分为往复式和 回转式汽轮机两种。由于它具有结构简单、运行 可靠、管理方便等优点，曾在很长的一段时间内 在船舶上占据着统治地位。但由于其经济性差、 尺寸重量大，不能适应机组功率增长的需要，因 此已 转矩系数Kθ 与推力系 数一样，也是进程 船舶运动的方程应当是三维运动方程，为了简化 模型，仅考虑船舶的直线运动，并且设船舶舵角调距桨的进速Va可表示为：
船舶、主机、螺旋桨的匹配
船舶、主机、螺旋桨的匹配犹民齐现在一般大型船舶均采用重型低速船用柴油机作为推进用主机。
而一般中小型船舶，考虑主机尺度、重量、造价等因素，均采用中、高速船用柴油机作为推进用主机。
尤其是渔船，无一例外均用中、高速柴油机。
为了提高推进效率，这些中、高速柴油机都要通过倒顺减速齿轮箱，将柴油机的转速降低后才传动到螺旋桨。
船舶依靠主机发出的功率，通过一系列传动装置（减速齿轮箱、轴系），带动螺旋桨旋转，产生推力推动船舶前进。
船舶、主机（减速齿轮箱）、螺旋桨三者的匹配，直接影响到船舶航速的高低、螺旋桨效率的高低、燃油消耗的多少（营运经济性好坏）、主机寿命等经济性能。
为了说明这一问题，我们先来明确几个概念上的问题。
1、主机功率：对于船舶主机而言，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，按标准环境条件下连续运转的最大功率，作为连续功率或称为额定功率。
按照钢质海船入籍与建造规范，船用柴油机的标准环境条件是：绝对大气压：0.1Mpa 环境温度：+45℃相对湿度：60% 海水温度：32℃如果一般柴油机厂出厂标定的功率不是按船用标准环境下的额定功率，则在实际使用中要按船用标准环境进行功率修正。
如135柴油机的标定功率就是按大气压力在101.3kPa(760mm水银柱)，环境温度20℃，相对湿度60%时，允许连续12小时运转的有效功率，作为额定功率。
若要求连续运转超过12小时，应按90%的12小时连续运转功率作为持久运转功率（持续功率）使用。
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，以使主机适应因长期运转的功率降低、船舶因长期运转的污底、变形，船舶在风浪中的摇摆颠簸等因素。
对于一般运输船舶常选择10%。
渔船及拖船等因拖带负荷变动较大，常选择15%。
扣除这个裕度后的功率才能作为常用功率。
2、螺旋桨收到功率：主机发出的功率要经过倒顺减速齿轮箱（如果有的话）、中间轴、螺旋桨轴等才能传到螺旋桨。
某50_m近海运输船船机桨匹配分析
近海运输船航行区域为沿海，常会遇到风浪，船机桨匹配不当可能会造成安全问题。
本文根据船体型线图，进行船体三维建模；使用Star-CCM+软件，仿真计算船体阻力，并使用NavCad软件对船机桨匹配情况进行校核；在新船试航阶段测试轴功，分析测试数据与理论计算吻合度，为近海运输船的船机桨匹配提供参考。
1船机桨匹配船舶线型设计完成、船体主要参数确定后，就可以对船舶阻力进行预报。
常见的船舶阻力计算方法可分为经验公式法和船模试验法。
经验公式法是使用计算公式计算得到船体阻力，并在总结、分析大量的船模试验或实船试验基础上得到的，计算结果的准确性很大程度上依赖于设计人员对母型船的选取。
船模试验是船舶性能研究最普遍和有效的方法[1]。
将实船按一定的缩尺比制作成几何相似的船模，在满足弗劳德数相等的条件下，在船池中拖曳以测得船模阻力和速度之间的关系。
船模试验得到的船体阻力结果比较准确，但费用较高。
接下来进行螺旋桨的设计。
一般而言，螺旋桨的设计问题可以归结为2类：一类是要求设计效率最佳的螺旋桨，能满足航速要求，又可以使选取的主机功率最小；另一类是船体和主机已定，要求设计螺旋桨，保证最高航速能满足设计任务书的要求[1]。
船机桨匹配校核是船舶螺旋桨设计的逆向过程，可运用已形成的设计方案，通过航行特征或系泊特征计算，得出船机桨匹配的合理性[2]。
系泊特征校核，通过计算系泊状态下的主机最大转速，初步评估主机和螺旋桨匹配情况是否合理，同时某50m近海运输船船机桨匹配分析刘丹丹1，仉永超2，史艳军1（1.潍柴动力股份有限公司，山东潍坊261000；2.潍柴重机股份有限公司，山东潍坊261108）摘要：为探讨近海运输船的船机桨匹配情况，文章以某50m近海运输船为研究对象，使用Star-CCM+软件仿真不同航速下的船舶阻力，并通过系泊特征校核和自由航行特征校核，计算船机桨匹配情况。
最后将实船测试数据与理论计算结果做对比，验证理论计算的准确性，为近海运输船的船机桨匹配提供参考。
船用螺旋桨匹配
内燃机动力匹配
螺旋桨特性
船用主推进动力
• 船舶的主推进动力装置主要有：
– 柴油机推进动力装置 – 燃气轮机推进动力装置、 – 电力推进动力装置 – 蒸汽推进动力装置 – 核动力推进装置
蒸汽推进动力装置
• 蒸汽推进动力装置的主机是以蒸汽为工质，这种 发动机的特点是采用间接加热方式，也就是燃料 燃烧在发动机外的锅炉中进行，故称为外燃式发 动机。根据其运动方式的不同，它分为往复式和 回转式汽轮机两种。由于它具有结构简单、运行 可靠、管理方便等优点，曾在很长的一段时间内 在船舶上占据着统治地位。但由于其经济性差、 尺寸重量大，不能适应机组功率增长的需要，因 此已经被其它类型发动机所替代。
电力推进动力装置
• 船舶电力推进，通常是指由原动机带动发 电机发电，然后直接或经过变流器给推进 电动机供电，由推进电动机带动推进器(螺 旋桨)旋转，使船舶运动。 • 按照热力发动机的种类可把电力推进装置 分为柴油机电力推进装置、蒸汽轮机电力 推进装置和燃气轮机电力推进装置。推进 电机可以是直流或交流电机。近年来船舶 电力推进系统发展迅速。
方形系数0520110680190560130720210601507602306401708025调距桨的推力系数多图中给出了4叶调距桨推力系数的敞水特性曲线螺旋桨进程比与w之间的关系方形系数052015068027056018072030602107603306402408036调距桨的转矩计算与推力系数一样也是进程比j和螺距角的函数船机桨动态特性结构船舶运动的方程应当是三维运动方程为了简化模型仅考虑船舶的直线运动并且设船舶舵角为零则船舶运动方程为
影响推力减额系数t的因素
• 当调距桨的推力系数增加时，t也增加，特 别是对于那些方形系数较大的船舶，这种 影响更明显。 • 船速V对t也有影响，这种影响非常复杂， 很难用解析式表示。 • 正车或倒车时，推力减额系数会发生一定 的变化(一般倒车的推力减额系数较大)。
螺旋桨特性
船用主推进动力
• 船舶的主推进动力装置主要有：
– 柴油机推进动力装置 – 燃气轮机推进动力装置、 – 电力推进动力装置 – 蒸汽推进动力装置 – 核动力推进装置
蒸汽推进动力装置
• 蒸汽推进动力装置的主机是以蒸汽为工质，这种 发动机的特点是采用间接加热方式，也就是燃料 燃烧在发动机外的锅炉中进行，故称为外燃式发 动机。根据其运动方式的不同，它分为往复式和 回转式汽轮机两种。由于它具有结构简单、运行 可靠、管理方便等优点，曾在很长的一段时间内 在船舶上占据着统治地位。但由于其经济性差、 尺寸重量大，不能适应机组功率增长的需要，因 此已经被其它类型发动机所替代。
电力推进动力装置
• 船舶电力推进，通常是指由原动机带动发 电机发电，然后直接或经过变流器给推进 电动机供电，由推进电动机带动推进器(螺 旋桨)旋转，使船舶运动。 • 按照热力发动机的种类可把电力推进装置 分为柴油机电力推进装置、蒸汽轮机电力 推进装置和燃气轮机电力推进装置。推进 电机可以是直流或交流电机。近年来船舶 电力推进系统发展迅速。
方形系数0520110680190560130720210601507602306401708025调距桨的推力系数多图中给出了4叶调距桨推力系数的敞水特性曲线螺旋桨进程比与w之间的关系方形系数052015068027056018072030602107603306402408036调距桨的转矩计算与推力系数一样也是进程比j和螺距角的函数船机桨动态特性结构船舶运动的方程应当是三维运动方程为了简化模型仅考虑船舶的直线运动并且设船舶舵角为零则船舶运动方程为
影响推力减额系数t的因素
• 当调距桨的推力系数增加时，t也增加，特 别是对于那些方形系数较大的船舶，这种 影响更明显。 • 船速V对t也有影响，这种影响非常复杂， 很难用解析式表示。 • 正车或倒车时，推力减额系数会发生一定 的变化(一般倒车的推力减额系数较大)。
10-船机桨匹配mod2
五 船舶阻力特性
R = AR ⋅ V
R 阻力 AR 系数 V 航速 m 指数
m
排水量型船，m＝2 AR 与线型和航行情况有关（装载、拖带、污底）
六 柴油机特性
PD = BN ⋅ pe ⋅ n(kW )
QD = BM ⋅ pe ( N ⋅ m)
PD 功率 QD 扭矩 BN ，BM 常数（机型相关） pe 有效压力 n 转速
柴油机外特 性线
推进外特性线
储备的三种方式 功率储备（P储备）： 取主机功率的90％，转 速100％，新船满载阻力来 匹配。如C点。 转速储备（n储备）： 取主机功率100％，适 当增加转速（103％nn）， 新船新船满载阻力来匹配。 如取在D点。 阻力储备（R储备）： 取主机功率100％，转速 100％，阻力取新船静水阻 力的120％来匹配。如A点。
万有特性曲线：
ge1< ge2< ge3< ge4<ge5
功率P、转速N、扭 矩Q、油耗g P,N=f(Q，g) P,Q=f(g,N) P,g=(Q,N) N,Q=f(g,P) N,g=f(P,Q) Q,g=f(P,N)
图中 曲线 为等 耗油 率曲 线
6.5 柴油机减额功率输出特性
是指对同一缸径和冲程的柴油机，通过 改变增压器的通道面积、气缸的压缩比和 采用可变定时喷油泵，使柴油机在输出功 率下降时（转速也相应下降或不变），保 持气缸的最高燃烧压力pmax不变，这样提高 了最高燃烧压力与平均有效压力pe的比，配 合相关参数也做了调整，在柴油机功率下 降至某一定范围内后，可以降低燃油消耗 率。
螺旋桨设计负荷点的确定
• 是额定工况的配合点 • 一般把机、桨的特性曲线绘制在同一张功 率－转速特性图上，并找到交点，该点即 是额定工况配合点。即100％Pe，100％pe， 100％nn的MCR点。 • 实际船舶营运过程中该配合点往往发生变 化。
《船机桨匹配知识》课件
行优化
验证优化结果，如进行模拟实 验、实际测试等，确保优化效
果达到预期
船机桨匹配的实例 分析
船舶类型：某 型船舶
船机类型：某 型船机
桨叶类型：某 型桨叶
匹配结果：船 机桨匹配效果 良好，提高了 船舶的航行性 能和燃油经济
性。
发动机型号：某型发动机 船机桨匹配：根据发动机性能和船舶需求进行匹配 匹配结果：选择合适的船机桨，提高船舶性能 匹配过程：分析发动机性能、船舶需求、船机桨特性等因素，进行匹配优化 匹配效果：提高船舶动力性能，降低油耗，提高经济效益
经验法：根据经验选择合适的船机桨匹配方案 数值模拟法：通过计算机模拟船机桨匹配效果 实验法：通过实际实验测试船机桨匹配效果 综合法：结合经验、数值模拟和实验结果进行优化
收集船机桨匹配的相关数据， 如船型、发动机型号、桨叶形 状等
确定船机桨匹配的目标参数， 如效率、功率、转速等
利用优化算法，如遗传算法、 神经网络等，对船机桨匹配进
感谢您的观看
汇报人：
经济性
船机桨匹配是 船舶设计、建 造和运营中的
重要环节
提高船舶航行效率
降低船舶燃油消耗
减少船舶振动和噪音
延长船舶使用寿命
功率匹配：船机和桨的功率应相互匹配，以保证船舶的正常运行 转速匹配：船机和桨的转速应相互匹配，以保证船舶的航行速度和稳定性 尺寸匹配：船机和桨的尺寸应相互匹配，以保证船舶的航行效率和舒适性 材料匹配：船机和桨的材料应相互匹配，以保证船舶的耐久性和安全性 环境匹配：船机和桨的环境适应性应相互匹配，以保证船舶在不同环境下的正常运
船体操纵性：如舵效、 航向稳定性等
功率：发动机的输出功率，单位为千瓦（kW） 转速：发动机的转速，单位为转每分钟（rpm） 扭矩：发动机的扭矩，单位为牛顿米（Nm） 燃油消耗率：发动机的燃油消耗率，单位为克每千瓦小时（g/kWh） 排放标准：发动机的排放标准，如欧IV、欧V等 冷却系统：发动机的冷却系统类型，如水冷、风冷等
验证优化结果，如进行模拟实 验、实际测试等，确保优化效
果达到预期
船机桨匹配的实例 分析
船舶类型：某 型船舶
船机类型：某 型船机
桨叶类型：某 型桨叶
匹配结果：船 机桨匹配效果 良好，提高了 船舶的航行性 能和燃油经济
性。
发动机型号：某型发动机 船机桨匹配：根据发动机性能和船舶需求进行匹配 匹配结果：选择合适的船机桨，提高船舶性能 匹配过程：分析发动机性能、船舶需求、船机桨特性等因素，进行匹配优化 匹配效果：提高船舶动力性能，降低油耗，提高经济效益
经验法：根据经验选择合适的船机桨匹配方案 数值模拟法：通过计算机模拟船机桨匹配效果 实验法：通过实际实验测试船机桨匹配效果 综合法：结合经验、数值模拟和实验结果进行优化
收集船机桨匹配的相关数据， 如船型、发动机型号、桨叶形 状等
确定船机桨匹配的目标参数， 如效率、功率、转速等
利用优化算法，如遗传算法、 神经网络等，对船机桨匹配进
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经济性
船机桨匹配是 船舶设计、建 造和运营中的
重要环节
提高船舶航行效率
降低船舶燃油消耗
减少船舶振动和噪音
延长船舶使用寿命
功率匹配：船机和桨的功率应相互匹配，以保证船舶的正常运行 转速匹配：船机和桨的转速应相互匹配，以保证船舶的航行速度和稳定性 尺寸匹配：船机和桨的尺寸应相互匹配，以保证船舶的航行效率和舒适性 材料匹配：船机和桨的材料应相互匹配，以保证船舶的耐久性和安全性 环境匹配：船机和桨的环境适应性应相互匹配，以保证船舶在不同环境下的正常运
船体操纵性：如舵效、 航向稳定性等
功率：发动机的输出功率，单位为千瓦（kW） 转速：发动机的转速，单位为转每分钟（rpm） 扭矩：发动机的扭矩，单位为牛顿米（Nm） 燃油消耗率：发动机的燃油消耗率，单位为克每千瓦小时（g/kWh） 排放标准：发动机的排放标准，如欧IV、欧V等 冷却系统：发动机的冷却系统类型，如水冷、风冷等
船机桨工况配合特性
2）、剩余功率的表达式 （1） 转速为n时的余功
△N = Ne- Np= NeH(n/nH)- NeH(n/nH)3 （2） 最大余功的表达式及此时的转速 令： △N = NeH(n/nH)- NeH(n/nH)3 = 0 （对转速n求导）
得到 ： NeH - 3NeH(n/nH)2 = 0 ∴ 3(n/nH)2 = 1
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。
第7页/共69页
1） 速度特性（外特性）
可得螺旋桨需要主机功率：
CT KT D4；
Pp
Q 2 np 60
Cp
n
3 p
CQ KQ D5；
Cp 0.1047 CQ n p
第13页/共69页
J1＜J2＜J3
Pp
J1
J2
J3
Pp Cp n3p
定螺矩螺旋桨的水动力特性
np1 不同 J 时的推进特性
np
第14页/共69页
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。
第3页/共69页
§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：
R AR VSm
PE R VS
式中：R —— 船体的阻力； AR —— 系数； PE —— 船体有效马力；
VS —— 航速；
KT
T
n
2 p
D4
np — 螺旋桨转速； D — 螺旋桨直径；
△N = Ne- Np= NeH(n/nH)- NeH(n/nH)3 （2） 最大余功的表达式及此时的转速 令： △N = NeH(n/nH)- NeH(n/nH)3 = 0 （对转速n求导）
得到 ： NeH - 3NeH(n/nH)2 = 0 ∴ 3(n/nH)2 = 1
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。
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1） 速度特性（外特性）
可得螺旋桨需要主机功率：
CT KT D4；
Pp
Q 2 np 60
Cp
n
3 p
CQ KQ D5；
Cp 0.1047 CQ n p
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J1＜J2＜J3
Pp
J1
J2
J3
Pp Cp n3p
定螺矩螺旋桨的水动力特性
np1 不同 J 时的推进特性
np
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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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§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：
R AR VSm
PE R VS
式中：R —— 船体的阻力； AR —— 系数； PE —— 船体有效马力；
VS —— 航速；
KT
T
n
2 p
D4
np — 螺旋桨转速； D — 螺旋桨直径；
船舶船机桨初步匹配设计流程
船舶船机桨初步匹配设计流程下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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《船机桨匹配知识》课件
目前，国内外学者对船机桨匹 配技术的研究主要集中在理论 建模、数值模拟和实验研究等 方面。
船机桨匹配技术的实际应用已 经取得了一定的成果，但仍存 在一些挑战和问题需要解决。
船机桨匹配技术的发展趋势
船机桨匹配技术将向着更加智能化、 自动化的方向发展。
船机桨匹配技术将与船舶动力系统其 他领域进行更紧密的交叉融合，以实 现船舶动力系统整体性能的提升。
案例三：某型螺旋桨在不同工况下的优化匹配
总结词
工况适应性优化
详细描述
针对不同航速、航向和海况等工况，对某型螺旋桨进行优化匹配，通过调整螺旋桨的直 径、角度和形状等参数，使其在不同工况下都能发挥最佳性能，提高了船舶的航行效率
和稳定性。
05
船机桨匹配的发展趋势与展 望
船机桨匹配技术的研究现状
船机桨匹配技术的研究起步较 晚，但发展迅速。
船机桨匹配的基本原则
主机功率与船舶推进需求的匹配
根据船舶的航速、排水量和阻力等因素，选择合适的主机功率，确保主机能够提供足够的 推进力。
推进器与主机转速的匹配
根据主机的转速和功率，选择合适的推进器，如螺旋桨、喷水推进器等，以确保主机的功 率能够得到有效的传递。
船体与推进系统的匹配
根据船体的线型、尺寸和航行需求，合理设计船体的结构，以适应推进系统的需求，同时 要考虑到阻力、流体动力性能等因素。
船机匹配的参数
主要包括船舶的排水量、主机功 率、转速、船舶航速、推力、阻 力等参数。
船机匹配的指标
主要包括船舶的推进效率、主机 功率与航速的匹配程度、推力与 阻力的平衡等指标。
船机匹配的优化方法
优化船机匹配的方法
主要包括主机选型与配置、推进系统 设计、船舶阻力优化、船舶推进效率 提升等措施。
船机桨配合
表明：当船体阻力减小时，若主机转速能 够提高，则船速可以增大。
第二种情况
① 若主机转速保持常数，
由于螺旋桨的VA减小，则进 速系数J下降，KT及KQ均增 大。当船速降至V2时进速系 数为J2，其相应的推力及转 矩系数为KT2及KQ2，克服船 速为V2时的阻力R2，船体与 螺旋桨在V2＜V 的状态平衡。 此时，KQ2＞KQ，故Q2＝ KQ2ρn2D5＞Q。
船体-螺旋桨-主机之间能量转换及工作 状态是相互牵制和相互关联的。
§ 10-1 船-机-桨的配合工作条件与分析
船速变化时螺旋桨的工作情况
当船在刚开航时，此时螺旋桨的进速系数J＝0，其
发出之推力启动船舶作加速运动。其后，船速渐增，阻 力加大，而螺旋桨的进速系数也随之渐增。若转速保持 不变，则推力因进速系数增加而略减，如转速继续增加， 则推力可能续增。当船速与转速达到适当的关系后，螺 旋桨发出的推力恰能克服船体阻力，螺旋桨所遭受的转 力矩亦恰为主机所能供给者，则供求互相平衡，船即以 等速度前进，螺旋桨也在一定的进速系数下操作。
转速，而主机仍处于最大转矩下工作，这种
现象，称螺旋桨处于“重载”状态工作。
船体-螺旋桨-主机的配合问题
① 船舶在经济航速时的功率及转速，也即螺旋桨 在不周转速时可以达到的航速和所需的主机马力；
② 船舶的排水量或外界情况发生变化时，船舶能 够达到的航速、主机的功率及转速；
③ 多螺旋桨船在部分螺旋桨工作时能达到的最大 航速、主机功率和转速；
④ 关于螺旋桨的设计工况。
一、特性曲线
① 船体：表征船体阻力特性的是有效马力曲 线。
② 螺旋桨的特性曲线：螺旋桨的特性是由敞 水性征曲线来表示的。
③ 主机的特性曲线：船用主机一般有蒸汽往 复机、蒸汽涡轮机及内燃机三种，而目前以 内燃机使用最为普遍，因此这里主要介绍内 燃机的外特性。
第二种情况
① 若主机转速保持常数，
由于螺旋桨的VA减小，则进 速系数J下降，KT及KQ均增 大。当船速降至V2时进速系 数为J2，其相应的推力及转 矩系数为KT2及KQ2，克服船 速为V2时的阻力R2，船体与 螺旋桨在V2＜V 的状态平衡。 此时，KQ2＞KQ，故Q2＝ KQ2ρn2D5＞Q。
船体-螺旋桨-主机之间能量转换及工作 状态是相互牵制和相互关联的。
§ 10-1 船-机-桨的配合工作条件与分析
船速变化时螺旋桨的工作情况
当船在刚开航时，此时螺旋桨的进速系数J＝0，其
发出之推力启动船舶作加速运动。其后，船速渐增，阻 力加大，而螺旋桨的进速系数也随之渐增。若转速保持 不变，则推力因进速系数增加而略减，如转速继续增加， 则推力可能续增。当船速与转速达到适当的关系后，螺 旋桨发出的推力恰能克服船体阻力，螺旋桨所遭受的转 力矩亦恰为主机所能供给者，则供求互相平衡，船即以 等速度前进，螺旋桨也在一定的进速系数下操作。
转速，而主机仍处于最大转矩下工作，这种
现象，称螺旋桨处于“重载”状态工作。
船体-螺旋桨-主机的配合问题
① 船舶在经济航速时的功率及转速，也即螺旋桨 在不周转速时可以达到的航速和所需的主机马力；
② 船舶的排水量或外界情况发生变化时，船舶能 够达到的航速、主机的功率及转速；
③ 多螺旋桨船在部分螺旋桨工作时能达到的最大 航速、主机功率和转速；
④ 关于螺旋桨的设计工况。
一、特性曲线
① 船体：表征船体阻力特性的是有效马力曲 线。
② 螺旋桨的特性曲线：螺旋桨的特性是由敞 水性征曲线来表示的。
③ 主机的特性曲线：船用主机一般有蒸汽往 复机、蒸汽涡轮机及内燃机三种，而目前以 内燃机使用最为普遍，因此这里主要介绍内 燃机的外特性。
船机桨匹配知识.
长 型宽
2---10
型深
1.5---8
吃水
1---5
方型系数
0.45—0.83
棱型系数
0.45—0.85
排水量
100--8000
船型
10---150
速比
传扭力 WHG120 WHG135
5
一、船舶推进系统分析
B、5大要素的匹配特性浅析：
1）柴油机的特性分析 推进特性曲线、外特性曲线、万有特性曲线、功率转速图 2）齿轮箱特性分析 配套容量图、传扭能力图 3）螺旋桨的特性分析 几何特性、敞水特性、选型曲线 4）船舶特性分析 船舶分类、阻力特性
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
1）柴油机的特性分析 推进特性曲线： 1）模拟的螺旋桨理论特性曲线-出厂试验，非柴油机真实运行曲线； 2）P=kn3 A、试验室试验方法---功率转速相同， 柴油机的推进特性曲线相同（功率） B、公式解释:指数3：近似取值，与船舶类型和航速有关，范围1.5—3.2 系数K:倾斜度指标，与螺旋桨的几何特征和水的密度、运行环境有关； C、J=VA/ND,J、D恒定，VA与N成正比，而船舶的阻力与航速平方近似成正比， 推导出功率与转速三次方成比例；
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
1）柴油机的特性分析 功率转速图—柴油机的使用功率分类 使用功率与柴油机的保养大修时间相关。 根据船舶的类型，柴油机的使用工况（负荷、时间）进 行区分。 1区：持续工作区域 2区：短时工作区域 3区：超负荷工作区域 4区：试航时的主机转速上限区 结合柴油机的功率分级可细化船机功率标定
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
4）船舶阻力特性分析 B、不同船型的阻力特点 船舶的航行状态分析 ρ g ▽= ρ g ▽1+L 特征参数
2---10
型深
1.5---8
吃水
1---5
方型系数
0.45—0.83
棱型系数
0.45—0.85
排水量
100--8000
船型
10---150
速比
传扭力 WHG120 WHG135
5
一、船舶推进系统分析
B、5大要素的匹配特性浅析：
1）柴油机的特性分析 推进特性曲线、外特性曲线、万有特性曲线、功率转速图 2）齿轮箱特性分析 配套容量图、传扭能力图 3）螺旋桨的特性分析 几何特性、敞水特性、选型曲线 4）船舶特性分析 船舶分类、阻力特性
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
1）柴油机的特性分析 推进特性曲线： 1）模拟的螺旋桨理论特性曲线-出厂试验，非柴油机真实运行曲线； 2）P=kn3 A、试验室试验方法---功率转速相同， 柴油机的推进特性曲线相同（功率） B、公式解释:指数3：近似取值，与船舶类型和航速有关，范围1.5—3.2 系数K:倾斜度指标，与螺旋桨的几何特征和水的密度、运行环境有关； C、J=VA/ND,J、D恒定，VA与N成正比，而船舶的阻力与航速平方近似成正比， 推导出功率与转速三次方成比例；
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
1）柴油机的特性分析 功率转速图—柴油机的使用功率分类 使用功率与柴油机的保养大修时间相关。 根据船舶的类型，柴油机的使用工况（负荷、时间）进 行区分。 1区：持续工作区域 2区：短时工作区域 3区：超负荷工作区域 4区：试航时的主机转速上限区 结合柴油机的功率分级可细化船机功率标定
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
4）船舶阻力特性分析 B、不同船型的阻力特点 船舶的航行状态分析 ρ g ▽= ρ g ▽1+L 特征参数
船用螺旋桨匹配
燃气轮机推进动力装置
• 本世纪30年代燃气轮机制造业开始兴盛， 50年代初商船开始使用，它具有重量轻、 尺寸小、单机组功率大、机动性好、操纵 管理方便以及容易实现自动化等突出优点， 因此在中型水面舰船中大量被采用。但因 其经济性较差，巨大的排气管道使民用运 输船舶机舱难于布置，目前商船上很少采 用这种推进动力装置。
船用主推进动力
• 船舶的主推进动力装置主要有：
– 柴油机推进动力装置 – 燃气轮机推进动力装置、 – 电力推进动力装置 – 蒸汽推进动力装置 – 核动力推进装置
蒸汽推进动力装置
• 蒸汽推进动力装置的主机是以蒸汽为工质，这种 发动机的特点是采用间接加热方式，也就是燃料 燃烧在发动机外的锅炉中进行，故称为外燃式发 动机。根据其运动方式的不同，它分为往复式和 回转式汽轮机两种。由于它具有结构简单、运行 可靠、管理方便等优点，曾在很长的一段时间内 在船舶上占据着统治地位。但由于其经济性差、 尺寸重量大，不能适应机组功率增长的需要，因 此已经被其它类型发动机所替代。
船用螺旋桨特性
螺旋桨匹配与调速
螺旋桨特性
Pe K • nm, m(1.6,3.2)
K f (d, )
螺旋桨与柴油机的配合特性
调距桨特性
• 调距桨特性计算主要 是指调距桨推力计算 和转矩计算。
调距桨的推力
• 调距桨产生的总推力为： • Tp=Ts(1-t) • Ts=KTρn2D4 • 其中，Ts是敞水时调距桨的推力，t为推力
电力推进动力装置
• 船舶电力推进，通常是指由原动机带动发 电机发电，然后直接或经过变流器给推进 电动机供电，由推进电动机带动推进器(螺 旋桨)旋转，使船舶运动。
• 按照热力发动机的种类可把电力推进装置 分为柴油机电力推进装置、蒸汽轮机电力 推进装置和燃气轮机电力推进装置。推进 电机可以是直流或交流电机。近年来船舶 电力推进系统发展迅速。
船机桨配合
④ 关于螺旋桨的设计工况。
一、特性曲线
① 船体：表征船体阻力特性的是有效马力曲 线。
② 螺旋桨的特性曲线：螺旋桨的特性是由敞 水性征曲线来表示的。
③ 主机的特性曲线：船用主机一般有蒸汽往 复机、蒸汽涡轮机及内燃机三种，而目前以 内燃机使用最为普遍，因此这里主要介绍内 燃机的外特性。
柴油机的外特性曲线
表明：当船体阻力增加时，若主机转 速保持不变，则要求能供给的转矩Q2 大于原设计时的转矩Q。
② 若主机转矩Q不能增加，则只能靠降低主
机转速至n2。使
Q2
K
Q
2
ρ。n22D显5 然Q，由于
，
故 V2， V使2 船速继T2续 T减2 小。
这就表明：当船体阻力增加时，若主机供给
的转矩不能再增加．则螺旋桨将不得不减小
表明：当船体阻力减小时，若主机转 速不能提高，则必然不能充分利用马 力，螺旋桨处于 “轻载” 状态工作。
② 若转速可以提高，则进速系数J约略维 持不变，当转速增加到n1时，J1 J1 由 KQ1 KQ1 于n1＞n，故 Q1 Q1 使主机与螺旋桨达平衡 状态。同时，T1 T1 使 V1 V1 。
① 当船速大于设计状态的速度时，采用转 速等于常数(即额定转速)进行计算；
② 当船速小于设计状态的速度时，采用转 矩等于常数(即主机额定转矩)进行计算。
船舶阻力发生变化时螺旋桨的工作情况
第一种情况：船舶在压载航行时因吃水减小， 故阻力降低，阻力曲线如图8-24(c)中Rl-V所示。 因为T(1-t)＝R，故T(1-t)>R1，使船加速。
第二种情况：船舶由于污底或风浪而增加阻 力，如图8-24(c)中R2-V所示。因为T(1-t)=R，故 T(1-t)< R2，使船速降低。
一、特性曲线
① 船体：表征船体阻力特性的是有效马力曲 线。
② 螺旋桨的特性曲线：螺旋桨的特性是由敞 水性征曲线来表示的。
③ 主机的特性曲线：船用主机一般有蒸汽往 复机、蒸汽涡轮机及内燃机三种，而目前以 内燃机使用最为普遍，因此这里主要介绍内 燃机的外特性。
柴油机的外特性曲线
表明：当船体阻力增加时，若主机转 速保持不变，则要求能供给的转矩Q2 大于原设计时的转矩Q。
② 若主机转矩Q不能增加，则只能靠降低主
机转速至n2。使
Q2
K
Q
2
ρ。n22D显5 然Q，由于
，
故 V2， V使2 船速继T2续 T减2 小。
这就表明：当船体阻力增加时，若主机供给
的转矩不能再增加．则螺旋桨将不得不减小
表明：当船体阻力减小时，若主机转 速不能提高，则必然不能充分利用马 力，螺旋桨处于 “轻载” 状态工作。
② 若转速可以提高，则进速系数J约略维 持不变，当转速增加到n1时，J1 J1 由 KQ1 KQ1 于n1＞n，故 Q1 Q1 使主机与螺旋桨达平衡 状态。同时，T1 T1 使 V1 V1 。
① 当船速大于设计状态的速度时，采用转 速等于常数(即额定转速)进行计算；
② 当船速小于设计状态的速度时，采用转 矩等于常数(即主机额定转矩)进行计算。
船舶阻力发生变化时螺旋桨的工作情况
第一种情况：船舶在压载航行时因吃水减小， 故阻力降低，阻力曲线如图8-24(c)中Rl-V所示。 因为T(1-t)＝R，故T(1-t)>R1，使船加速。
第二种情况：船舶由于污底或风浪而增加阻 力，如图8-24(c)中R2-V所示。因为T(1-t)=R，故 T(1-t)< R2，使船速降低。
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长 型宽
2---10
型深
1.5---8
吃水
1---5
方型系数
0.45—0.83
棱型系数
0.45—0.85
排水量
100--8000
船型
10---150
速比
传扭力 WHG120 WHG135
型号 WHG300 WHG400 WHG600
齿轮箱
1.5—10
桨型
叶数 JD导管桨 高恩G-3
型号
桨数 1--3
一、船舶推进系统分析
2、机桨匹配应用软件介绍
1）复杂的手工图谱计算—计算机回归方程的计算 2）对回归方程中的各项参数必须明确其含义，且回归方程具有局限性； 3）针对不同船型，不同水域，采用不同的方程进行计算--现有软件可计算运输船、渔船两大类不同工况下阻力螺旋桨的选型。
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
1）柴油机的特性分析 万有特性曲线： A、表征柴油机的工作运行范围，是柴油机的固有特性； B、根据配套机械选择柴油机的特性依据； C、取决于柴油机本身的排量、燃油系统、进排气系统的种类及匹配优化。 D、与推进特性进行综合使用，判断船用柴油机的经济运行范围，选择经济航速；
1100
77
1300
125
24.9
195.6
1500
190
37.3
193.7
如何选择柴油机的最佳运行转速
1、区分燃油消耗率和燃油消耗量，通过柴油机特性曲线加以分析；
2、考虑客户的实际运营状况，航速，航程，单程效益，综合成本；
三、应用问题探讨
1、万有特性，将功率与燃 油耗放在同一曲线中；
2、推进特性，导入万有特 性中，便于比较在不同转 速下的燃油消耗率和燃油 消耗量； 3、中间转速的概念引入 柴油机的最大扭矩值普遍 在其60---75%范围内
1）按照“试验规范1”执 行
主机负荷试验
航行试验
1）按照“试验规范2”执 行
主机负荷试验
一、船舶推进系统分析
试验规范1 柴油机系泊试验（负荷试验--采用转速法） 序号 转速相对额定值 试验时间 50 0.25 64 0.25 正车 73 0.5 80 2--4 倒车 70 0.25
1 2 3 4 5 试验规范2
海洋渔船分析计算实例
长37m; 宽7.6m;型深3.8m;吃水2.8m;排水量439t;单机单桨，主机：580hp/1350rpm;齿轮箱：3：1
不同转速下的匹配运行状况
渔船主机在 不同转速下 的运行状况
一、船舶推进系统分析
3、机桨匹配流程分析
1）设计匹配阶段
一、船舶推进系统分析
2）试验验证阶段
Fr▽>3.0
滑行艇
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
4）船舶阻力特性分析 B、船舶阻力的计算---船模试验的方式分两部分计算 a.相似定理：几何相似、运动相似、动力相似； b.船模试验池进行试验，获取总阻力=摩擦+剩余； c.摩擦阻力可进行计算，相当平板假定：Cf=0.075/(lgRe-2)2
二、几种配套机械的特性分析
1、发电机特性
1）发电机的速度特性曲线 2）发电机的功率计算 P=UICOS(φ ) 3）发电机的选型方法 利用柴油机的外特性曲线进行选择 4）推广到相关的轴带设备的选型 空压机、液压泵、起网机、冷冻机 但均需考虑传递设备的效率问题
三、应用问题探讨
船舶经济航速的选择问题 转速 r/min 功率 kW 燃油消 耗量 kg/h 15.89 燃油消 耗率 g/kWh 202.2
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
2）齿轮箱的特性分析 FD135输入齿与输出齿轮对照表—传扭力随速比增加而减小 注意：中心距一定，模数一定，则总齿数=中心距X2/模数； 再根据速比即可知道主动齿轮和从动齿轮的齿数多少； 速比 输入齿数 输出齿数
2 2.5 3 3.5 4 4.5 32 27 24 21 19 17 65 70 73 76 78 79
工况序号 1 2 3 4
主机航行试验（负荷试验--采用转速法） 工况特性 试验时间 功率 扭矩 转速 <220KW 220--735KW 75 83 91 0.5 0.5 100 100 100 2 2---4 110 103 0.25 0.25 倒车 70 0.25 0.25
>735KW 0.5 4 0.25 0.25
设计匹配点
船舶推力、阻力特性曲线
船舶推力、阻力特性曲线
螺旋桨参数
一、船舶推进系统分析
海洋渔船分析计算实例
长37m; 宽7.6m;型深3.8m;吃水2.8m;排水量439t;单机单桨，主机：580hp/1350rpm;齿轮箱：3：1
按自由航行设计匹配点
船舶推马力、有效马力特性曲线
螺旋桨参数
一、船舶推进系统分析
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
4）船舶阻力特性分析 有效马力曲线---阻力特性---船型参数 A、阻力的构成 产生原因分类：总阻力=摩擦+兴波+粘压 摩擦阻力：船体周围形成“边界层”，受到粘性切应力作用； 兴波阻力：运动形成波浪，首部波峰，尾部波谷，前后形成压力差； 粘压阻力：船体曲度骤变，例如丰满船型的尾部常产生漩涡；压力降低， 改变了船体表面的压力分部，形成阻力； 研究阻力大小分类：总阻力=摩擦+剩余 总阻力中各阻力所占比例大小主要取决于船舶的航速 船型 高速船 低速船 摩擦阻力 70—80% 约50% 兴波阻力 10% 40—50% 粘压阻力 10% 5%
柴油机参数(功率、转速）
船—机---桨匹配计算软件
多船型（运输船、渔船等）
齿轮箱参数（速比)
多工况（运输船：压载、满载、风浪等 渔船：自由航行、拖网工况等）
船舶航行特性 及油耗分析
螺旋桨参数（类型、直径范围、初始盘面比)
一、船舶推进系统分析
长江运输船分析计算实例
船长61.6m;型宽12m;型深3.4m;吃水2.4m;排水量978t; 双机双桨，主机：300hp/1000rpm;齿轮箱：3：1
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
2）齿轮箱的特性分析 A、配套容量图
B、传扭能力图
C、齿轮箱的选型考虑要素 1、首先确定齿轮箱输入转速 2、根据柴油机功率/转速确定需求传递能力 3、确定传动比 4、确定输出轴、支架等安装尺寸 5、根据主机输出（飞轮、飞轮壳）选择合适的齿轮箱连接尺寸 6、注意：需要考虑船舶的实际运行工况特点
船舶建造完成，针对主机性能试验主要包括三项： 1、主机空车试验；2、系泊试验；3、航行试验
类别 空车试验 方法
1）不带螺旋桨 2）柴油机带基本附件 3）油门到底 转速测量法 1）船舶固定 2）怠速挂桨 3）提速升温 4）油门到底
标准
1）主机转速达到标准转速 105%-110%
备注
主机转速试验
系泊试验
二、几种配套机械的特性分析
1、离心水泵的特性
概念认知：水泵的吸程和扬程： 吸程/水泵的安装高度： 水泵安装高度=标准大气压（10.33米）-汽蚀余量-安全量（0.5米）； 扬程---水泵的固有特性—铭牌有标识： 注意：扬程并非提水高度，还要考虑管路的阻力损失；一般情况下 选取扬程为提水高度的1.15-1.2倍—参考。
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
4）船舶阻力特性分析 B、不同船型的阻力特点 船舶的航行状态分析 ρ g ▽= ρ g ▽1+L 特征参数
Fr▽<1.0
船舶类型
水面排水型船舶
航态特 点
与静浮变 化不大
阻力特点
阻力与航态 无关，主要 为摩擦阻力
1.0<Fr▽<3.0
高速排水型艇
首部上升， 兴波阻力增 尾部下沉， 加，摩擦阻 呈现尾倾 力减小 船体拖向 水面，开 始滑行 兴波阻力为 主
5
5.5 6
16
15 16
81
82 93
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
3）螺旋桨的特性分析 A、几何特性 概念： 直径—梢圆的直径，直径与效率之间的关系；直径的范围； 螺距—旋转一周前进的距离 叶数—桨叶的数量，桨叶数量的范围： 盘面比—展开面积与梢圆面积之比，盘面比的含义，盘面比的影响 B、水动力特性 敞水特性曲线（照片） KT=T/ρ n2D4 KQ=Q/ρ n2D5 η =KT/KQ.J/2Pi
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
1）柴油机的特性分析 外特性曲线： 1）表征柴油机的工作运行范围，是柴油机的固有特性； 2）根据配套机械选择柴油机的特性依据； 3）取决于柴油机本身的排量、燃油系统、进排气系统的种类及匹配优化。 4）柴油机的实际运行点为其不同负荷的速度特性曲线与配套机械特性曲线的交点。 实例：优化油泵与增压器的匹配，提升柴油机的运行范围，解决匹配不合理问题。
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
1）柴油机的特性分析 功率转速图—柴油机的使用功率分类 使用功率与柴油机的保养大修时间相关。 根据船舶的类型，柴油机的使用工况（负荷、时间）进 行区分。 1区：持续工作区域 2区：短时工作区域 3区：超负荷工作区域 4区：试航时的主机转速上限区 结合柴油机的功率分级可细化船机功率标定
船用柴油机的应用匹配探讨
潍柴动力股份有限公司 应用工程部
尹晓青 2009.07.22
船机桨匹配探讨
目录
一、船舶推进系统分析 二、几种配套机械特性分析 三、应用问题探讨
一、船舶推进系统分析
1、构成5要素：机---箱---轴---桨---船
A、相互联系：
1）功率关系：Pte=PE.η 1η 2η 3η 4η 2）转速关系: n=N×i 3）速度关系: VA=V(1-ω ) 4）力的关系：Tte=T(1-t)
5
一、船舶推进系统分析
2---10
型深
1.5---8
吃水
1---5
方型系数
0.45—0.83
棱型系数
0.45—0.85
排水量
100--8000
船型
10---150
速比
传扭力 WHG120 WHG135
型号 WHG300 WHG400 WHG600
齿轮箱
1.5—10
桨型
叶数 JD导管桨 高恩G-3
型号
桨数 1--3
一、船舶推进系统分析
2、机桨匹配应用软件介绍
1）复杂的手工图谱计算—计算机回归方程的计算 2）对回归方程中的各项参数必须明确其含义，且回归方程具有局限性； 3）针对不同船型，不同水域，采用不同的方程进行计算--现有软件可计算运输船、渔船两大类不同工况下阻力螺旋桨的选型。
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
1）柴油机的特性分析 万有特性曲线： A、表征柴油机的工作运行范围，是柴油机的固有特性； B、根据配套机械选择柴油机的特性依据； C、取决于柴油机本身的排量、燃油系统、进排气系统的种类及匹配优化。 D、与推进特性进行综合使用，判断船用柴油机的经济运行范围，选择经济航速；
1100
77
1300
125
24.9
195.6
1500
190
37.3
193.7
如何选择柴油机的最佳运行转速
1、区分燃油消耗率和燃油消耗量，通过柴油机特性曲线加以分析；
2、考虑客户的实际运营状况，航速，航程，单程效益，综合成本；
三、应用问题探讨
1、万有特性，将功率与燃 油耗放在同一曲线中；
2、推进特性，导入万有特 性中，便于比较在不同转 速下的燃油消耗率和燃油 消耗量； 3、中间转速的概念引入 柴油机的最大扭矩值普遍 在其60---75%范围内
1）按照“试验规范1”执 行
主机负荷试验
航行试验
1）按照“试验规范2”执 行
主机负荷试验
一、船舶推进系统分析
试验规范1 柴油机系泊试验（负荷试验--采用转速法） 序号 转速相对额定值 试验时间 50 0.25 64 0.25 正车 73 0.5 80 2--4 倒车 70 0.25
1 2 3 4 5 试验规范2
海洋渔船分析计算实例
长37m; 宽7.6m;型深3.8m;吃水2.8m;排水量439t;单机单桨，主机：580hp/1350rpm;齿轮箱：3：1
不同转速下的匹配运行状况
渔船主机在 不同转速下 的运行状况
一、船舶推进系统分析
3、机桨匹配流程分析
1）设计匹配阶段
一、船舶推进系统分析
2）试验验证阶段
Fr▽>3.0
滑行艇
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
4）船舶阻力特性分析 B、船舶阻力的计算---船模试验的方式分两部分计算 a.相似定理：几何相似、运动相似、动力相似； b.船模试验池进行试验，获取总阻力=摩擦+剩余； c.摩擦阻力可进行计算，相当平板假定：Cf=0.075/(lgRe-2)2
二、几种配套机械的特性分析
1、发电机特性
1）发电机的速度特性曲线 2）发电机的功率计算 P=UICOS(φ ) 3）发电机的选型方法 利用柴油机的外特性曲线进行选择 4）推广到相关的轴带设备的选型 空压机、液压泵、起网机、冷冻机 但均需考虑传递设备的效率问题
三、应用问题探讨
船舶经济航速的选择问题 转速 r/min 功率 kW 燃油消 耗量 kg/h 15.89 燃油消 耗率 g/kWh 202.2
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
2）齿轮箱的特性分析 FD135输入齿与输出齿轮对照表—传扭力随速比增加而减小 注意：中心距一定，模数一定，则总齿数=中心距X2/模数； 再根据速比即可知道主动齿轮和从动齿轮的齿数多少； 速比 输入齿数 输出齿数
2 2.5 3 3.5 4 4.5 32 27 24 21 19 17 65 70 73 76 78 79
工况序号 1 2 3 4
主机航行试验（负荷试验--采用转速法） 工况特性 试验时间 功率 扭矩 转速 <220KW 220--735KW 75 83 91 0.5 0.5 100 100 100 2 2---4 110 103 0.25 0.25 倒车 70 0.25 0.25
>735KW 0.5 4 0.25 0.25
设计匹配点
船舶推力、阻力特性曲线
船舶推力、阻力特性曲线
螺旋桨参数
一、船舶推进系统分析
海洋渔船分析计算实例
长37m; 宽7.6m;型深3.8m;吃水2.8m;排水量439t;单机单桨，主机：580hp/1350rpm;齿轮箱：3：1
按自由航行设计匹配点
船舶推马力、有效马力特性曲线
螺旋桨参数
一、船舶推进系统分析
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
4）船舶阻力特性分析 有效马力曲线---阻力特性---船型参数 A、阻力的构成 产生原因分类：总阻力=摩擦+兴波+粘压 摩擦阻力：船体周围形成“边界层”，受到粘性切应力作用； 兴波阻力：运动形成波浪，首部波峰，尾部波谷，前后形成压力差； 粘压阻力：船体曲度骤变，例如丰满船型的尾部常产生漩涡；压力降低， 改变了船体表面的压力分部，形成阻力； 研究阻力大小分类：总阻力=摩擦+剩余 总阻力中各阻力所占比例大小主要取决于船舶的航速 船型 高速船 低速船 摩擦阻力 70—80% 约50% 兴波阻力 10% 40—50% 粘压阻力 10% 5%
柴油机参数(功率、转速）
船—机---桨匹配计算软件
多船型（运输船、渔船等）
齿轮箱参数（速比)
多工况（运输船：压载、满载、风浪等 渔船：自由航行、拖网工况等）
船舶航行特性 及油耗分析
螺旋桨参数（类型、直径范围、初始盘面比)
一、船舶推进系统分析
长江运输船分析计算实例
船长61.6m;型宽12m;型深3.4m;吃水2.4m;排水量978t; 双机双桨，主机：300hp/1000rpm;齿轮箱：3：1
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
2）齿轮箱的特性分析 A、配套容量图
B、传扭能力图
C、齿轮箱的选型考虑要素 1、首先确定齿轮箱输入转速 2、根据柴油机功率/转速确定需求传递能力 3、确定传动比 4、确定输出轴、支架等安装尺寸 5、根据主机输出（飞轮、飞轮壳）选择合适的齿轮箱连接尺寸 6、注意：需要考虑船舶的实际运行工况特点
船舶建造完成，针对主机性能试验主要包括三项： 1、主机空车试验；2、系泊试验；3、航行试验
类别 空车试验 方法
1）不带螺旋桨 2）柴油机带基本附件 3）油门到底 转速测量法 1）船舶固定 2）怠速挂桨 3）提速升温 4）油门到底
标准
1）主机转速达到标准转速 105%-110%
备注
主机转速试验
系泊试验
二、几种配套机械的特性分析
1、离心水泵的特性
概念认知：水泵的吸程和扬程： 吸程/水泵的安装高度： 水泵安装高度=标准大气压（10.33米）-汽蚀余量-安全量（0.5米）； 扬程---水泵的固有特性—铭牌有标识： 注意：扬程并非提水高度，还要考虑管路的阻力损失；一般情况下 选取扬程为提水高度的1.15-1.2倍—参考。
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
4）船舶阻力特性分析 B、不同船型的阻力特点 船舶的航行状态分析 ρ g ▽= ρ g ▽1+L 特征参数
Fr▽<1.0
船舶类型
水面排水型船舶
航态特 点
与静浮变 化不大
阻力特点
阻力与航态 无关，主要 为摩擦阻力
1.0<Fr▽<3.0
高速排水型艇
首部上升， 兴波阻力增 尾部下沉， 加，摩擦阻 呈现尾倾 力减小 船体拖向 水面，开 始滑行 兴波阻力为 主
5
5.5 6
16
15 16
81
82 93
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
3）螺旋桨的特性分析 A、几何特性 概念： 直径—梢圆的直径，直径与效率之间的关系；直径的范围； 螺距—旋转一周前进的距离 叶数—桨叶的数量，桨叶数量的范围： 盘面比—展开面积与梢圆面积之比，盘面比的含义，盘面比的影响 B、水动力特性 敞水特性曲线（照片） KT=T/ρ n2D4 KQ=Q/ρ n2D5 η =KT/KQ.J/2Pi
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
1）柴油机的特性分析 外特性曲线： 1）表征柴油机的工作运行范围，是柴油机的固有特性； 2）根据配套机械选择柴油机的特性依据； 3）取决于柴油机本身的排量、燃油系统、进排气系统的种类及匹配优化。 4）柴油机的实际运行点为其不同负荷的速度特性曲线与配套机械特性曲线的交点。 实例：优化油泵与增压器的匹配，提升柴油机的运行范围，解决匹配不合理问题。
一、船舶推进系统分析--匹配特性浅析
1）柴油机的特性分析 功率转速图—柴油机的使用功率分类 使用功率与柴油机的保养大修时间相关。 根据船舶的类型，柴油机的使用工况（负荷、时间）进 行区分。 1区：持续工作区域 2区：短时工作区域 3区：超负荷工作区域 4区：试航时的主机转速上限区 结合柴油机的功率分级可细化船机功率标定
船用柴油机的应用匹配探讨
潍柴动力股份有限公司 应用工程部
尹晓青 2009.07.22
船机桨匹配探讨
目录
一、船舶推进系统分析 二、几种配套机械特性分析 三、应用问题探讨
一、船舶推进系统分析
1、构成5要素：机---箱---轴---桨---船
A、相互联系：
1）功率关系：Pte=PE.η 1η 2η 3η 4η 2）转速关系: n=N×i 3）速度关系: VA=V(1-ω ) 4）力的关系：Tte=T(1-t)
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一、船舶推进系统分析