动力装置特性曲线

船、机、桨配合
研究船、机、桨工况配合的目的 船、机、桨三者的关系 船、机、桨配合的特点
船、机、桨的能量关系
船舶航行时需要螺旋桨提供推力以克服船舶阻力，使船 舶以稳定的航速航行，也就需要主机提供旋转力矩以克服 螺旋桨的旋转阻力矩，使得螺旋桨在稳定转速下运转，这 样，就构成船、机、桨的能量转换系统。
特性和特性曲线
2）n变， pe 也变。
3）n不变， pe 变。
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和负 荷特性。
柴油机特性分类如下：
柴油机特性 负速荷度特特性性（（nn不变变）推 外，P进 特e变特 性）性 和（， 部n带分变发特，电性Pe机，也n工变变况，。）P。e不变。 万用特性（泛用特性，多参数特性）。 减额功率输出特性。
二 、 速度特性 (n变)
1、外特性
n 变， pe一定时，由Ne = f（pe 、n ）知 :
(n不变，Pe变） 柴油机带直流发电机时要求电压不变，带交流发电机时要 求周波数不变，因此柴油机应恒速运行。当外界负荷变化时通 过改变Pe来进行调节。
船用柴油机推进特性曲线
四、柴油机的万有特性
图1-18 船用柴油机特性曲线综合图(1)
图1-18 船用柴油机特性曲线综合图(2)
第5章 船、机、桨工况配合特性
2、稳定（静态）工况的含义
船、机、桨稳定（静态）工况配合曲线
5-4 海上功率储备和主机选型
一 、海上功率储备 1、主机能力储备（EM) 2、海况储备(SM) 二、主机选型 1、合同功率和转速的概念(CMCR,nCMCR) 2、主机选型问题 在合同功率和转速与标称功率和转速不相同时如何选 机，例题说明：
Ne= Ni ·ηm =pi ·vs ·n ·i ·ηm / (0.03 τ) KW
来自百度文库
(pe= pi ·ηm )
Ne = pe ·vs ·n ·i / (0.03 τ)
KW
⒊参数关系
⑴ 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 ） ⑵ 输出矩扭Me与Ne之间的关系为：
工况和变工况
工况指船、机、桨三者配合工作时的运转工况。这种运 转状况有以下几种：以转速（或航速）为变量的工况、 以负荷为变量的工况、以转速（或航速）和负荷同时均 为变量的工况。
变工况是指船、机、桨在非设计工况下工作的一切运行 工况的统称。变工况经常发生，例如：
（1）船舶航行条件的变化，即当船舶遇到风浪、潮水、 上滩或载量变化，其工况就会发生变化。
3、齿轮箱减速比选择问题 以上例的A机为对象，在不重新设计螺旋桨的情况下：
1）如果选择的齿轮箱减速比i1< iA（2.196）,对A机来 说，螺旋桨显得“重” 了。
2）如果选择的齿轮箱减速比i2﹥iA （2.196）,对A机 来说，螺旋桨又显得“轻” 了。
分析如下：
分析如下：
Mp
K np2D5
K
配合
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”，也称为“平衡 点”。在船舶设计转速和负荷条件下的配合点， 称为设计配合点，船舶在此点运行，就可得到设 计航速，其螺旋桨效率较高，但是此航速下不一 定是经济航速。当三者中某一方的能量和转速发 生变化时，都会使平衡点发生变化，在新的条件 下的形成新的平衡点，并偏离设计平衡点，这时， 转速、功率和效率等参数都将发生相应变化。
2、推进特性 (n变，Pe也变） 柴油机作为船用主机带动螺旋桨时，两者关系是： 1）两者保持能量守恒； 2）运动一致。 由船舶原理知低速排水量型船舶，其螺旋桨吸收的功率与 转速的三次方成正比，即：
Ne= Kn3 我们把柴油机的工作按照 Ne= Kn3 的规律的变化关系称为
柴油机的推进特性
三、 负荷特性
因为螺旋桨设计为：
np0=nCMCR/i0=500/1.83=273.22 r/min 如果选用A机，则：
iA= nAMCR/ np0=600/ 273.22 =2.196 （此时，MA=47.208 kN.m，最合适。）
如果选用B机，则：
iB= nBMCR/ np0=700/ 273.22 =2.562 （此时，MB=50.358 kN.m，偏大。）
（一）特性 广义地说，它反映船、主机（推进机组）和螺旋桨的主要技术经济指
标（功率、扭矩、主机的燃油消耗率和排气温度等）随其转速或航速 的变化关系。 船的特性可用随航速变化的阻力特性来表示。螺旋桨的特性受到螺旋 桨的结构和水动力因素的影响，常用推力和扭矩来表示。 主机的特性主要用其柴油机的供油量、平均有效压力、轴的输出扭矩 及功率等随转速（航速）的变化关系表示，并受到推进装置的组成和 型式的影响。包括： （1）主机是否采用增压，是采用高速机还是低速机等； （2）传动方式与设备的影响：是直接传动还是间接传动（电传动， 液力传动，减速传动；并、分车；离合器型式等）； （3）轴系的数目：单轴系、多轴系等。 （二）特性曲线 把船、机、桨三者随转速或航速变化的一些技术经济参数分别或集中 地在图上用曲线表示出来，此曲线就是特性曲线。
（2）机动操纵引起的变化，即船舶在起航、加速、减 速、转弯、倒退等工况的变化。
（3）船、机、桨本身的性能变化，即主机与轴系长期 使用后效率的下降、船舶的污底、螺旋桨直径或螺距发 生了变化等。
柴油机的主要参数
⒈指示功率的表达式： Ni =pi ·vs ·n ·i / (0.03 τ) KW ⒉有效功率的表达式
Ne ∝n ; Me = f ( pe ) = 常数。 Ne = Me ·n/9 . 55 = f ( n ) 即 Ne 与 n成直线关系,如下图所示.
n 变， pe一定时，由Ne = f（pe 、n ）知 : Ne ∝n ; Me = f ( pe ) = 常数。 Ne = Me ·n/9 . 55 = f ( n )
Ne = Me ·n/9 . 55 或 Ne = f（Me 、n ）或 Me = 9 . 55 Ne /n
3) 输出矩扭Me与平均有效压力pe (柴油机的强化程度)之间的 关系为：Me = 9 . 55 Ne /n = 9 . 55 Vs ·pe / (0.03 τ) =K ·pe 式中： Vs————柴油机的气缸工作容积总和。 Vs=vs ·i
设有一顶推轮，拖曳速度为13km/h,经螺旋桨初步设 计并考虑10%的海况储备后得；
CMCR=1500kw ,
nCMCR=500r/min ，
i0=1.83(齿轮箱的速比已选定) ，
螺旋桨要素（D,H/D,AE/A0,Z）=(1.7m,1.2,0.57,4),可供 选择的主机参数如下表，问A,B和C哪台机符合要求？
船舶规范规定：船用主机的超额功率为额定功率的110%，最 大转速nmax为额定转速nH的103%，此时柴油机持续运行1小时不应 冒黑烟。
（5）持续功率外特性线（又称为持久功率外特性线）
含义：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。
持续功率为额定功率的90%，转速为额定转速nH的100%。
K———对一给定的柴油机来讲， K= 9 . 55 Vs / (0.03 τ) =常数。
因此， Me 与 pe 成正比，即与喷油量成正比。记为：
Me = f ( pe ) 4) 总结：
Ne = f（pe 、n ）
Me = f ( pe )
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）
= 35.97 kN.m MC=(0.9NC/nC)•i0=(0.9×2100/700)×(60/2) ×1.83
= 47.21 kN.m 要求的螺旋桨设计扭矩为： M0=(0.9N0/n0)•i0=(0.9×1500/500)×(60/2) ×1.83
= 47.21 kN.m 因此只有C机满足要求。（但主机功率富余量较大， 在设计工况主机的功率和转速均未达到额定值，初投资增 加了。） 如果要选用A机或B机，则必须修改减速比（螺旋桨设 计参数不变）。
2、一用户需要建造一条以柴油机为主机的顶推拖轮 （采用定螺矩螺旋桨），要求顶推量为3×500t，航线为 重庆——上海；上水时有一浅滩，推拖轮以顶推1×500t 货驳过浅滩，但上滩船速不能小于18km/h（连续航行时间 大约2h）。设计单位选取了上滩顶推一只货驳作为设计工 况，并按航速18km/h来选取主机功率，好较地完成了设计 任务。试问：你能否根据设计任务书的要求，提出一个新 的设计方案，并用图、文分析比较两个方案的特点和区别。
pe2=(0.85~0.92) pe1
（3）超额外特性线（又称为1小时功率特性曲线）
含义：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1小时。
（4）额定外特性线（又称为12小时功率特性曲线）
含义：柴油机热负荷和机械负荷适中，能较长时间持续工作 （不小于12小时）。由工厂台架试验定确。做船用主机时，持续工 作时间不应超过12小时。
ne i
2 D5
及Mp=iMe
M
e
K i3
ne 2 D5
在不修改螺旋桨要素时，其KQ，D都为常数，也为
常数。于是对同一主机的转速neA时，所需的主机输出扭矩
Me与速比呈反比关系，如下图所示：
5-6 案例分析
1、某设计单位（称简甲方）为一用户设计一条1000t 级货船，选用的主柴油机额定功率为185kw,额定转速为 850r/min，选用的船用齿轮箱减速比i=7.06，传递能力为 0.185kw/r/min,并进行了良好的机桨配合。某船厂（称简 乙方）施工时，因设备技术参数、价格等原因，改用减速 比i=5.05，传递能力为0.22kw/r/min的船用齿轮箱,其余 设备技术参数未变更。实船试航结果分析表明：主机功率 及转速均未达到设计工况要求，航速也受到影响。试用图、 文分析全程责任点和责任方，理由是什么？
（6）部分功率外特性线 含义：柴油机热负荷和机械负荷较底，喷油量更小。 （7）等转矩限制外特性线
设 Me = MeH = 常数 则 Ne = MeH ·n / 9.55 = A ·n 式中： MeH————柴油机额定功率和额定转速时的转矩, A ———— 常数. 含义：柴油机在全部转速范围内，在此线下，柴油机和轴系 都可安全工作。 （8）最底负荷限制外特性线 （9）最高转速限制线 （10）最底转速限制线 船用柴油机的工作范围：
5-1 船、机、桨工况配合概述
一 、 研究船、机、桨工况配合的目的 二 、 船、机、桨三者的关系 三 、 研究船、机、桨配合的原则和方法 四 、 研究的范围 1、工况配合的分类和研究范围
1）稳定（静态）工况时的配合特性 （1）设计工况时的配合特性 （2）非设计工况时的配合特性 2）过渡（动态）工况时的配合特性 （1）起航、加速工况时的配合特性 （2）转向工况时的配合特性 （3）倒车工况时的配合特性
即 Ne 与 n成直线关系,如下图所示.
实际上每循环进气量、热态状、指示效率、每循环喷油 量、定时等都与转速有关， 因此，pe 是变化的。
外特性
1）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。 2）外特性的种类 根据柴油机工作时的强化程度不同，其又可分为： （1）极限功率外部特性曲线（简称极限外特性线） （平均有效压力pe1 ） 含义：柴油机热负荷和机械负荷达到极限程度。 （2）冒烟外特性线（又称为15分钟功率特性曲线） 含义：柴油机热负荷非常高，表示开始冒烟与不冒 烟的分界线。（平均有效压力pe2 ）
机型
参数
A
B
C
MCR(kw)
1500
1600
2100
nmin(r/min)
600
700
700
设MA, MB, MC分别是三台机扣除10%储备后螺旋桨设 计扭矩（即可供给螺旋桨的扭矩），所以有：
MA=(0.9NA/nA)•i0=(0.9×1500/600)×(60/2) ×1.83
= 39.34 kN.m MB=(0.9NB/nB)•i0=(0.9×1600/700)×(60/2) ×1.83