轮机管理课件第3章

• 式中：CT、CQ——常数；
• n——螺旋桨转速，r／min；
• Q——转矩，kN·m；
• Pp——螺旋桨所需功率，kW。
• 由上式和图3-3可知，当n一定时，随J的减小，Te、 Q、Pp均要相应增大；在J保持一定时，Te、Q均随n 的平方成正比变化，而Pp随n的立方成正比变化。
四、船舶柴油机的基本特性和工作范围
(3-4) • kq= Q/(ρ·ns2·D5)
(3-5) • η0= T·Vj/( Q·2π·ns)= kt·J/kq·2π)
(3-6) • ％。蔽。F万 u曲， • 式中：ρ——水的密度，kg／m3； • D——螺旋桨直径，m； • ns——螺旋桨转速，r／s； • V一般情况下（3～4级风），空气阻力很小，水的阻力是主要 的。
• 当风的级别高时，空气阻力则不可低估。
• 船体的水阻力包括摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力 三种：
• 摩擦阻力：由于水有一定的粘性，当船舶航行时， 水与船体表面发生摩擦而产生一种阻止船舶前 进的力，叫做摩擦阻力；
• 形状阻力：船舶有一定的形状，当船舶前进时，尾 部产生涡旋低压区，船的首部受到的水压力大 于尾部，因此受到一个水的压差阻力，这个阻 力的大小与船体形状有关，所以叫做形状阻力
• 船舶所受的水阻力和船速有关。船模或实船试验表明， 水对船体的总阻力约与船速的m次方成正比，即：
R=AR·V m
(3-1)
• 式中：R——水对船体的总阻力，N；
V——船速，kn；
AR——阻力系数，与船体线型、排水量、 污底程度、拖带、航道及海情等因素
有关；
m——指数，对于航速不高的民用船舶来
说，可取m=2，对水翼船及滑行艇可参
V=J·D·n/（1-w）=C·n
(3－19)
由此可见，在稳定航行时，船速和桨的转速成正比。
四、螺旋桨的选配
• 螺旋桨的选配，就是根据船体的有效功率和航速要 求，选配高效节能的螺旋桨，再根据螺旋桨的推进 特性，在主机选型中取得功率适宜的主机型号；
• 当已选定较合理的柴油主机时，也可根据机型、船 型、船速等去选配螺旋桨。
• 机桨选配的原则是：除满足船舶所要求的航速与较 高的螺旋桨效率外，既能使柴油机的功率得到充分 利用，又要使柴油机功率在全部运转范围内不超出 允许的范围。
§3－2各种航行条件下推进装置 工况配合特性
一、船舶污底和装载量改变时的工况配合特性 二 、船舶在不同气象条件下和不同航区中航行
的工况配合特性
1、船舶在顺风、逆风和大风浪中航行时的工况 配合特性
(3) 推进特性。
• 当柴油机带动螺旋桨工作时，若不考虑轴系的功率 损失，柴油机发出的功率应等于螺旋桨所需的功率。
• 螺旋桨转动时所需要的功率与转速的三次方成正比。 • 因此柴油机带动螺旋桨工作时，其功率和转速关系
也应按螺旋桨特性的规律变化，即柴油机功率与转 速的三次方成正比。 • 这就是柴油机的推进特性，也是一种速度特性。
第三章 船舶推进装置的工况配合特性
§3－1船、机、桨的基本工作特性
一、船、机、桨的能量关系
⑴船舶主机——其工作实质为燃烧燃料，输出扭矩。 ⑵传动设备——其工作实质为输入扭矩，输出扭矩。 ⑶推进器 ——其工作实质为输入扭矩，输出推力。 ⑷船体
二、船体的阻力特性 • 船航行时，其水下部分受到水的阻力，其水上部分受到空气的
• Pe=C·pe·n·i
(3－10)式中：
C——与柴油机结构型式有关的系数；
• pe——平均有效压力； • n——转速；
• i——气缸数。
• 由上式可以看出，柴油机装好后，C与i为常数， pe主要取决于喷油量， pe基本上也是常数。
• 因此，在上述情况下，柴油机的有效功率和转速基 本上是直线关系。
3、构成一个统一的能量转换系统：
船体——能量消耗者，用于消耗能量； 主机——能量发生器，用于发出能量； 传动设备——能量传递器，用于传递能量； 螺旋桨——能量转换器，用于转换能量。
4、三者性能在航行中相互制约。
• 由于船舶推进装置的性能，是由船、机、桨三者的 性能共同决定的，因此研究推进装置特性需要三者 联系起来进行分析。
• 当把喷油泵油量调节机构固定在不同位置时，则可 测得不同的速度特性。常用的速度特性有： ①全负荷速度特性——又称额定外特性，是将喷油 泵油量调节机构固定在标定功率的供油位置 上时测得的各特性参数随转速变化的关系。
②超负荷速度特性—— 我国《船舶建造规范》规
定，柴油机的超负荷功率为标定功率110 ％，柴油机必须保证在超负荷功率下至少 连续运转1 h而不冒黑烟。
1、柴油机的输出功率及扭矩
2、柴油机的特性
(1)速度特性 柴油机的速度特性——柴油机的性能指标和主要参 数随转速而变化的规律，也称外特性。
• 柴油机速度特性是在试验台上做出的。
• 试验时固定喷油泵的油量调节机构位置，改变柴油 机的负荷，使柴油机的转速发生变化，测出各有关 参数即得其速度 。
• 根据柴油机功率计算式
三、航速与转速的转换关系
• 在研究船、机、桨工况配合时，必须将它们三者的特 性置于同一坐标里才便于分析。
• 但在前述中，船舶的阻力特性是随其航速的变化关系 来表示的，螺旋桨及主机的特性则是以它们的主要参 数随转速的变化关系来表示。
• 因此，必须了解航速与转速之间的相互关系，建立两 者能够转换的关系式，按课本P59得：
2、船舶由深水进入浅水和在窄航道中航行时的 工况配合特性
三、船舶在各种运动状态下的工况配合特性
1、系泊工况——船舶在不动的情况下(舶舶系在
况。
缆桩上)主机和螺旋桨的运转情
2、船舶起航和加速工况
3、船舶转向时的工况配合特性
4、船舶拖曳作业时的工况配合特性
5、舶舶倒航工况
(4)柴油机的工作范围
为了使船用柴油机经济、稳定和可靠地工作并具有 较长的寿命，必须对运行时可能达到的功率和转速 作适当的限制，即确定一个允许的运转范围。
二、船、机、桨的相互作用
• 虽然三者性能彼此不同，但由于都处在同一推进系 统中，因此它们之间又关系密切，在许多方面都存 在着相互作用： 1、有着机械连接，存在着运动方面的相互作用； 2、存在着液力的相互作用； 螺旋桨前进速度＝船体前进速度 螺旋桨轴的角速度＝螺旋桨的角速度
• 图3—2表示一般船舶在不同工况下的阻力一航速关 系曲线和功率一航速关系曲线。
三、螺旋桨推进特性
• 船舶螺旋桨推进特性主要反映螺旋桨的推力T、转 矩Q、推力系数kt转矩系数kq以及螺旋桨的敞水效 率η0等随船速(转速)和进速系数(进程比)J的变
化关系，即：
• J=Vj/(nj·D)
• (3-3) • kt=T/(ρ·ns2·D4)
• 在给定的船舶中，其螺旋桨直径为定值，J仅随 Vj/nj，而变化。当Vj/nj为常数时，ktJ与kq亦为定 值，而ρ的变化也较小，故桨的有效推力Te和转矩 Q就与转速的平方成正比，即：
• Te=CT·n2
kN
(3—7)
• Q=CQ·n2
kN·m
(3—8)
• Pp=(πQ·ns) /30
kW
(3．9)
(也称涡旋阻力)； • 兴波阻力：船舶前进时给水以作用力掀起波浪，而
水必然给船体以反作用力，这种阻力称为兴波 阻力。
• 在船舶的水阻力中，一般形状阻力约占总阻力的10％。 低速民用船舶摩擦阻力很大。甚至可达总阻力的80％。 高速船舶的摩擦阻力约占总阻力的40％，一而兴波阻力 很大，可达总阻力的50％以上。
• 将柴油机在标定转速下能发出110％标定功率的喷 油泵调油机构固定，测取的各特性参数随转速而变 化的关系。’
③部分负荷速度特性——把油量调节机构固定在比 标定供油量小的各个不同位置上，测出各特 性参数随转速而变化的关系，也称部分外特 性。
(2) 负荷特性——在转速保持不变的情况下，柴油
机的各项主要性能指标和工作参数随负荷 变化的规律。
考有关资料。
• 若航速为V时其船体总阻力为R，则克服阻力所需的
功率PE，为：
PE=( R·V/1.94)×10-3 kW
(3－2)
• 式中：R——船体阻力，N；
• V——船速，kn。
• 由以上两个公式可知，阻力约与航速m次方成正比 变化，功率则约与航速的三次方成正比。
• 各种船型其阻力和所需功率随船速变化的规律有很 大差异，图3－1所示为不同船型的有效功率变化曲 线。