船机桨工况配合特性

（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
nmax
n
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；
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
互关系，建立两者能够相互转换的关
n1
系式。
n2
船舶在稳定工况下正常航行时，
螺旋桨所产生的有效推力和船舶航行
n3
阻力是相等的，故有：
J1＜J2＜J3
Pp
J1
J2
J3
Pp Cp n3p
定螺矩螺旋桨的水动力特性
np1
np
不同 J 时的推进特性
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。
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（%）
Ne = Me ·n/9 . 55 = f ( n )
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。
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。
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。
各 种 工 况 下 的 阻 力 曲 线
二 柴油机的基本特性
பைடு நூலகம்
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；
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。
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。
MCR
nH nmax c
b d
a
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。
（2）当船舶阻力减小，船速变快，螺旋桨 特性线将变平缓，线Ⅱ。机、桨配合点由 B 变 为 A，主机的功率和转速同时增加。即，所谓 轻桨。
在调速器的作用下， 油门将减小，主机由部 分负荷线 2 转为线 3工作， 最后在 A〃 点配合。此时的工作点为 功率降低了， 转速仍为额定转速。
RA RV S mTC Tn2 p
np （A CTR）12VSm2
m
np KVS 2
V n3
n2 n1
对于一般排水量船舶 m = 2
PS
np KVS
船舶航行特性曲线
§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
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。
2）额定功率特性—— 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
2、配合点
在某一工况下，船、机、桨三者的能量均相等的点称为“配合点”，也叫“平衡 点”。
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。
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
（4） 船体有效功率PE（EHP）
PE VSRS
VS—— 船体航速； RS—— 船体阻力。
（5） PE PT
三、 机、桨的配合性质
1．柴油机的允许使用 范围（限制特性）
通常由下列限制特性线构成：
最大负荷限制持性线， 2—3—4—5—6；
最低负荷限制特性线， 1—7；
最高转送限制持性线， 7—6；
最低转速限制特性线， 1—2。
么螺旋桨推进特性曲线 可能会与功率储备螺旋 桨推进特性曲线重合。
P——额定功率； n——额定转速。
4．螺旋桨剩余功率概念及范围
1）、剩余功率的概念 柴油机在以某一转速带螺旋桨工作时，除发出带螺旋桨所需要的功率之外，潜在的尚能 发出的功率称为剩余功率。（简称余功）
2）、剩余功率的表达式 （1） 转速为n时的余功
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： 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）
船用柴油机推进特性
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（1）
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）
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
柴油机带桨工作特性
3．螺旋桨设计负荷点的确定（柴油机功率储备）
有三种储备方式； （1）柴油机功率储备； （2）柴油机转速储备； （3）船体阻力储备。
柴油机功率储备概念
3．螺旋桨设计负荷点的确定（柴油机功率储备）
F点、功率储备 设计负荷点。
C点、转速储备 设计负荷点。 也可使用D或B点。 若使用D点那
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。
§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。
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。
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。
J Vp n p D
K
T
T
n
2 p
D
4
K
Q
Q
n
2 p
D
5
p
63
79.5
91
96.5
100
103
P（%）
25
50
75
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。
△Nmax = NeH(0.577nH/nH)- NeH
= NeH(0.577-0.192)
= 0.385 NeH
（最大余功）
剩余功率图
§6-4 典型推进装置的稳态特性与配合
一 、单机单桨配合（功率—转速（航速）坐标系）
“机配桨”船体阻力不变。
此时机桨配合在B点。 当要加速时，只要加大柴油 机的油门，增加柴油机的转速， 即可实现。此时的工作点由B变 为A。 当要减速时，只要减小柴油 机的油门，减低柴油机的转速， 即可实现。此时的工作点由B变 为C。
柴油机的工作范围由以上四条限 制特性线所限定，实际运行中，其工 作点一般不超出此范围。
注意：并不意味柴油机可在其范 围内任意工作，还与螺旋桨推进特性 有关。
2．柴油机工作区域的划分
1、Ⅰ区为柴油机带桨工 作安全区，可持续使用 。
2、Ⅱ区为柴油机带桨短 时工作区，热负荷较重。