高速船用柴油机的功率标定与船舶动力的选型

!""柴油机特性与船舶运行特性的配合
柴油机的工作特性是在运行工况发生变化时柴 油机的功率 ! 扭矩 ! 燃油耗等的变化规律 # 如图 " 所示 " 从工作特性图上可以看出允许使用的柴油机 的功率范围和在船舶航行中的各种工况下柴油机的 功率储备量! 燃油耗! 排气温度等参数的变化规 律 " 特别是柴油机的限制特性与允许的工作范围是 船舶设计人员在船舶动力系统设计和选型时不可缺 少的资料 "
$%!##用于持续使用的全负荷场合
属于此类用途的船舶主要是重负荷的商用排水 型船舶 # 如拖网渔船 $ 货船 $ 集装箱船 $ 拖船 $ 挖 泥船 $ 江河里的深水拖船等 % 此类船舶的动力负荷 率约为 63!"5337 # 典型的年总运行时间在 4 333"
53 333 8# 其基本的推进特性是功率与转速成大约 9 次方关系 # 见图 5:5; 中曲线 5%
!0,!" 次方的关系 # 水翼型船舶在起飞后约为 " 次
方的关系 " 但滑行型船舶和水翼型船舶在达到滑行 阶段或水翼托起阶段均有一个 & 过渡 ’ 阶段 $ 或起 飞阶段 %# 柴油机必须有足够的扭矩克服 & 过渡 ’ 阶段船体的最大阻力并有相当的余量 # 船舶才能达 到最大航速 " 不然 # 船舶的航速一直上不去 # &过 渡 ’ 阶段的航速 $ 或柴油机转速 % 与最高航速 $ 或 柴油机最高转速 % 之比以及 & 过渡 ’ 阶段的扭矩与 标定功率时的扭矩之比值 # 因船舶的大小和型式不 同而异 " 一般这类船舶要求柴油机在中低速要有较 大扭矩 " 图 # 是一台 12wk.baidu.com 公司的 3"#* 柴油机与水翼
图 ’###各种船舶的推进特性
!"!##用于持续使用的变负荷场合
属于此类用途的船舶主要是周期性工作的商用 排水型或半滑行型船舶 ! 如中等排量拖网船 " 围网 船 " 江河里的拖船 # 船速一般较慢 ! 柴油机转速和 负荷保持周期性变化的拖船 $% 散装货船 " 渡轮和 客船 & 此类用途的船舶大都在近海或江河湖泊中使 用 ! 动 力 负 荷 率 为 !"# !$"# ! 典 型 的 年 总 运 行 时 间一般不超过 % """ &! 其基本的推进特性也是功 率与转速成大约 ’ 次方关系 & 在这类船舶中 ! 同样要求柴油机功率大 ! 低速 时扭矩大 ’ 同时也要求柴油机体积小 % 升功率高 % 经济性好 % 运行可靠 ! 每 () & 运行期间可在标定 功率下工作 * !(" && 由 于 此 类 船 舶 的 总 体 尺 寸 较 前一类小 ! 为增大货舱 % 渔舱或客舱的容量 ! 采用 高速柴油机的较多 & 用于江河里的拖船 % 货船或客船 ! 由于受江河 情况多变的影响 ( 有的水深流急 ! 有的水浅多滩 ! 有的航道狭而弯曲 ! 有的水位幅度变化大 $! 船舶 的吨位不能过大 ! 一般要求柴油机重量要轻 ) 为控 制机舱的长度 ! 柴油机尺寸也受到一定的限制 ! 同 时有些船舶的航行速度也受限制 ! 因此要求柴油机 在低负荷运行时经济性也要好 ! 即要求柴油机的燃 油消耗曲线变化平坦 & 对于渔船等用途的船舶 ! 要求柴油机前端输出 功 率 达 到 标 定 功 率 的 ’""!%"# ! 因 此 ! 作 为 推 进 的功率就要降低使用 & 此类用途的柴油机的标定功率一般也采用 +,-
(./!).) 次方关系 ! 在滑行阶段功率与转速 成大约 (.!!(.$ 次方关系 ! 见图 ( 中曲线 ) 和曲线 ’ & 此类用途的船舶大都在近海岸 %
( 排水型船舶 ) 半滑行型船舶 ’ 滑行型船舶 ! 水翼型船舶
港口以及 江 河 湖 泊 中 使 用 & 船 舶 动 力 的 负 荷率为 )"# !$"# ! 典型的年总运行时 间 不 超过 ’ """ && 此类用途的柴油机一般在使用时标定功率限制
’"!* 标准的标准功率 & !"$##用于中等负荷率的变负荷场合
属于此类用途的船舶主要是对速度和加速度有
3 () 4 (()$
的船舶基本是在近海岸! 港口以及江河湖泊中使 用" 要求该类船用柴油机功率大 ! 升功率高 ! 功率 储备量大 ! 结构紧凑 ! 体积小 ! 重量轻 ! 噪声 ! 排 放要低 " 一般均为较高转速的柴油机 # 标定功率使 用 限 制 在 每 $ % 里 的 ! % 以 内 # 是 &’( #)*+ 燃 油 截止功率 " 典型的年总运行时间不超过 ,)) %"
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柴油机设计与制造
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2334 年第 ! 期 第 !" 卷 !总第 553 期 "
高速船用柴油机的功率标定与船舶动力的选型
罗述健 ! 上海柴油机股份有限公司 # 上海 $&&"’(" 摘要 & 高速船用柴油机用途广泛 # 不同类型 $ 不同用途 $ 不同使用环境的船舶所选用的柴 油机应有所不同 % 探讨了各种船舶对高速船用柴油机的要求 ’ 各种船舶在不同的使用场合下 # 船舶的运行特性与柴油机特性的配合关系 ’ 柴油机功率的标定与船舶动力选型的关系 % 介绍了 国外高速船用柴油机功率标定的情况 # 列举了国外几家大公司的船用柴油机按不同使用场合 $ 不同用途的功率类型及应用 ’ 提出了 )*(’ 高速船用柴油机标定功率的分类和应用范围 %
在这类船舶中 # 要求柴油机功率大 $ 低速时扭 矩大 $ 经济性要好 $ 运行可靠 $ 使用寿命长 $ 维修 方便 # 柴油机可固定负荷和转速运行 # 并且可以持 续使用标定功率 # 使用时间可以到 5337 # 要求有 超负荷 537 的能力 % 此类船舶用中速柴油机较多 # 有些采用高速柴油机是为了缩小机舱# 以增大货 舱 $ 渔舱的容量 # 提高航行的效率 % 此 类 用 途 的 柴 油 机 的 标 定 功 率 一 般 采 用 <=>
油机的限制特性曲线和工作范围 " 图中黑线示出了 最大功率限制线 $ 它包括了最大燃烧压力限制 ! 涡 轮增压器的一些限制等 %! 最大烟度限制线 ! 最低 工作转速限制线 ! 最高工作转速限制线以及最低负 荷限制线等 " 限制线内 $黑线内 % 就是允许的工作 范围 # 图中的 !/ "/ #/ * 曲线是不同船舶的理论推 进特性曲线 " 船舶特性与船舶的型式 ! 种类 ! 结构参数以及 减速齿轮箱的速比 # 螺旋桨的结构参数等有关 " 一 般船舶螺旋桨特性线的功率与转速成约 # 次方的关 系# 而滑行型船舶在滑行状态功率与转速成约为
关键词 & 高速柴油机 船舶 选型 配合特性
+,-#./0123#45647 28,,1#15,2,9#,:65:,;#2458;#</1,9#2,9,=>5/:;#<?>=45:6#=4?0?=>,052>5=# !##前言
在现代船舶中# 高速柴油机得到了广泛的应 用 # 如大型远洋排水型船舶 $ 休闲用的小艇等 % 从 船舶动力的要求来看 # 希望柴油机的排量小而功率 大 % 这样 # 柴油机的体积小 # 所占的空间小 # 可以 有更多的空间装运货物或载更多的乘客 % 功率的提 高 # 意味着船速的提高 # 这就可以多装快跑 # 提高 运输效率 % 实际上 # 由于船舶的用途不同 # 船舶的 运行特性有很大的差别 # 对柴油机的要求也不同 # 因此不能仅按船舶推进所需功率的大小选择相应功 率的柴油机 # 而要根据船舶的作业方式 $ 运行的环 境条件 $ 柴油机使用的负荷率高低 $ 柴油机功率标 定的条件和柴油机的具体情况 # 选择船舶的动力 % 本文探讨了各种船舶对高速船用柴油机的要求和在 不同的使用场合下高速柴油机功率标定与船舶动力 选型的关系 % 场合 $ 用于持续使用的变负荷场合 $ 用于中等负荷 的变负荷场合 $ 用于变负荷间断使用的场合 $ 用于 低负荷的变负荷场合 %
! 排水型船舶 " 半滑行型船舶 # 滑行型船舶 * 水翼型船舶
图"
高速船用柴油机的限制特性和工作范围
现代高速船用柴油机为了安全可靠地工作并达 到规定的使用寿命# 对柴油机的最大功率加以限 制 " 影响柴油机最大功率的限制因素有许多 # 主要 有柴油机气缸允许的最大燃烧压力 ! 涡轮增压器所 允许的极限转速 ! 柴油机极限排气温度 ! 涡轮增压 器的喘振 ! 柴油机的最高工作转速限制 ! 最低工作 转速限制 ! 最低工作负荷限制等 -"." 对不同的柴油 机 # 其限制因素不同 " 图 " 列出了 ! 台高速船用柴
+,- ’"!* 燃油截止功率 & !"&##用于低负荷率的变负荷场合
属于此类用途的船舶主要是负荷率低于 ’"# 以 内的变负荷场合 ! 如游艇 % 高速巡航艇 % 领航船 % 休闲船艇及运动船艇等 & 此类用途的船舶大都为滑 行型船艇或水翼艇 ! 船舶的加速性要求高 ! 有些用 途 的 船 舶 航 速 高 达 %" !("" 012& 以 上 & 此 类 用 途
在每 () & 里的 * & 以内 ! 然后应降低功率使用 & 在国外 ! 此类用途的柴油机标定功率一般采用
+,- ’"!* 燃油截止功率 & !"%##用于间断使用的变负荷场合
属于此类用途的船舶主要是间歇使用的变负荷 场合 ! 对速度和加速度有较高要求的周期性工作的 滑行或半滑行型商船和快艇 ! 如军用快艇 % 海岸巡 逻艇% 海关船% 警用船% 高速客船% 游艇以及休 闲 % 非营业性船艇 & 此类用途的船舶大都是在近海 岸 % 港口以及江河湖泊中使用 & 船舶动力的负荷率 在 %"# 内 ! 典型的年总运行时间 %""!( """ && 为了提高船艇的加速性和高速性 ! 此类用途的 船舶要求柴油机功率大 % 重量轻 % 体积小 % 结构紧 凑 ! 其推进特性如图 ( 所示的滑行型 % 半滑行型船 舶及水翼船舶的推进特性 & 因此 ! 要求柴油机的功 率特性能适应滑行型船舶和水翼船舶的 ,滑行过 渡 - 以及 ,起飞 - 阶段所要求的大扭矩 & 同时 ! 从 图 ( 中也可以看出 ! 此类用途的船舶在低速时的螺 旋桨所需的功率比一般排水型的要大 ! 因此也要求 柴油机在低转速时有足够大的扭矩 & 标定功率使用 一般限制在每 () & 里的 ) & 以内 & 在国外 ! 此类用途的柴油机标定功率一般采用
$##高速船用柴油机的使用场合及其推进特性
高速船用柴油机的使用场合可以根据船舶的使 用特点分为 4 类 # 主要有 & 用于持续使用的全负荷
93?@ 标准的标准功率 %
!55" B 55 B
较高要求 的 周 期 性 工 作 的 滑 行 或 半 滑 行 型 商船和快 艇 ! 如 港 口 拖 船 % 高 速 渔 船 % 滑 水型渡船 % 近 岸 服 务 船 % 排 水 型 游 船 % 柴 油机转速 和 负 荷 保 持 周 期 性 变 化 的 沿 海 货 船等 & 滑 行 型 及 半 滑 行 型 的 船 舶 运 行 特 性 可分为 ’ 个 阶 段 * 航 行 阶 段 + 过 渡 阶 段 和 滑行阶段 & 在航行阶段功率与转速成大约 ’ 次方关系 ! 在 过 渡 阶 段 功 率 与 转 速 成 大 约