第5章 动力装置经济性与发动机选型

3.主机功率的储备问题
3.主机功率的储备问题
当然，以往也有以发动机100%的功率和转速（即船桨机配 合时的平衡交点A）作为螺旋桨设计工况而没有发生问题的，究 其原因，主要是： （1）在设计螺旋桨计算推进功率时，往往已对船体阻力加了一 定的余度，即实际上已留有一定的储备（阻力储备），新船试 航时实际功率转速线在螺旋桨AA’线的下面（例如CC’线）。 （2）以往的柴油机的单机功率及增压度都较低，热负荷也不太 高，因此在主机外特性曲线以下都可安全运转。
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3.主机功率的储备问题
一般，主机功率储备可包括海况功率储备和主机能力储备两部分。 1）海况功率储备
1）海况功率储备
1）海况功率储备
2）主机能力储备
2）主机能力储备
5.3.3 主机的选型分析
1） 初步匹配设计
2 等航速下“机配桨”的机桨匹配方法 如前所述，对于同一缸径及冲程的柴油机若有宽广的最佳功 率及转速输出范围，就必能选择其中一点，匹配到某一选定船 舶所需的功率和最佳的螺旋桨转速，实现理想的“机配船”和 “机配桨”的船机桨匹配，而改变过去的“桨配机”方法。 从船舶节能观点出发，一般在这个区域中尽量选择较低的转 速，使在等航速条件下，所需主机功率为最低。但究竟选择哪 一点，应在技术经济分析后才能确定。
5.3 主机选型分析
所以，船、机、桨设计工况点的确定（必要时还有传动机 组），实际上是寻求机-桨之间的良好配合，基本处理方法是， 满足航速vs的前提下，在功率-转速特性图（或者是扭矩-转速 特性图）上调节各特性线，使两根特性线在稳定状态运转时的 平衡交点A落在最佳位置上。改变主机特性线，即改变喷油量或 输出扭矩、调整螺旋桨特性线，或是改变其螺距值、或改变齿 轮箱的传动比，但如此每个参数的变化，一般均要引起螺旋桨 效率、燃烧消耗率、减速齿轮箱造价或二次大修的间隔时间等 的变化。因此，设计者应该综合考虑这些因素，权衡利弊，以 确定平衡交点A的最佳位置。
因此对动力装置设计提出了新的要求： （1）在等航速条件下，由于主机可以满足在一定范围内选定的 各类桨参数的需要，从而能够实现较理想的船机桨匹配。 （2）在同一转速、功率的工况下，可以有好几台不同缸径、不 同缸数的主机作为候选。正确的选择对船舶的技术经济指标有 较大的影响，因而就有必要和可能进行主机的最佳选择。 （3）改变过去螺旋桨和主机各自进行选型的传统方法，使推进 装置作为一个整体来优化。这个优化方法可以通过大量数据计 算、进行多方案的比较，确定一个满足设计要求而经济性最好 的方案。也可以通过最优设计的数学方法寻求最优方案。
第5章 动力装置经济性与发动机的选型
5.1 动力装置经济性与发动机的选型 5.2 动力装置的废热利用 5.3 主机选型分析
5.1 动力装置经济性与发动机的选型
5.1 动力装置经济性与发动机的选型
5.1 动力装置经济性与发动机的选型
5.1 动力装置经济性与发动机的选型
由此可见，要在主机功率确定的情况下，使 船舶具有较大的推力、较高的航速，改善推进性 能、提高推进效率是十分重要的，其中以提高螺 旋桨敞水效率 最为有效。
5.1 动力装置经济性与发动机的选型
5.1 动力装置经济性与发动机的选型
5.1 动力装置经济性与发动机的选型
5.1 动力装置经济性与发动机的选型
5.2 动力装置的废热利用
5.2 动力装置的废热利用
5.2 动力装置的废热利用
5.3 主机选型分析
5.3 主机选型分析
从提高推进效率，改善经济性角度出发，应采用高效率的 低速大直径螺旋桨（桨效率可提高1%～２.５％，而发动机效率 和传动机组效率要提高１.５％都是不容易的事）。所以首选方 案应该选用１.８ｍ的螺旋桨，如图所示，其效率约为０.５5左 右，转速为250r/min。接着选配发动机，按厂商提供的资料现 有两种发动机可供选用，如表5-1所示：
3.主机功率的储备问题
在初步设计估算螺旋桨时都是以满载、船底清静、无风浪 及潮流的理想海面作为设计依据，没有或很少考虑风浪，特别 是船底污损的影响，而事实上这种影响是相当大的。此外在长 期运转后，由于发动机磨损漏气、燃烧不良、传热表面的污垢 堆积等原因，发动机的性能要变坏，热效率和机械效率下降， 会影响到有效功率的输出，这就造成实际航速达不到设计航速。 从已设计建造并经航行使用的实际船舶性能和发动机运转情况 看，试航和实航间转速和航速的差别是普遍存在的。
2.主机降功率使用和经济输出
3.主机功率的储备问题
船舶的实际航行状况是十分复杂的，如何根据船舶航行的 外界工况变化来考虑船、桨、机三者的设计工况点上的上的性 能配合问题，这是每一艘新船设计时所遇到的最基本的问题。 上述讨论船、机、桨三者的配合，或者说，讨论三者平衡点A的 位置，可描述为：当发动机在额定转速下以额定的平均有效压 力Pe工作，发出其额定功率；同时，螺旋桨的螺距比必须选择 得当。
5.3.2 设计工况点确定的几个问题 1.主机功率的适应范围 2.主机降功率使用和经济输出 3.主机功率的储备问题
1.主机功率的适应范围
1.主机功率的适应范围
2.主机降功率使用和经济输出
发动机降功率使用虽然会使主机初投资价和机舱容积增 加，但是从节油、降低航运成本出发，却能在3~5年内收回这份 初投资增值，且能收到优良的机-桨匹配设计。 “经济输出”是个很有用的概念，动力装置设计师必须充 分合理地利用，以进一步提高动力装置经济性。
5.3 主机选型分析
5.3 主机选型分析
5.3 主机选型分析
5.3 主机选型分析
5.3.1 机、桨设计工况点的选择
5.3 主机选型分析
5.3 主机选型分析
从图中还可以看出，小传动比（i小）要比大传动比（i大）好一些，因 为主机功率接近额定值（DH）。如果选用小在传动比的减速齿轮箱传动，则 在寻求最佳配合时，往往还应从两方面进一步选择： （1）把发动机运转于稍稍高出它的额定喷油量，可以使发动机的推进功率 接近于额定功率，即如图所示的交点D而不是交点B。当然这将缩短发动机两 次大修的间隔时间。 （2）采用较小螺距的螺旋桨，让发动机运转于额定功率点A，使船舶达到足 够航速，当然这将使螺旋桨效率稍稍有所降低。
船舶动力装置
船舶与海洋工程专业 广东海洋大学海洋工程系
教学内容
第1章 附1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 总论 动力机械基础 船舶推进系统 船舶辅助装置与管路系统 推进系统的动力配合性能 动力装置经济性与发动机的选型 动力装置的振动、噪声控制（自学） 动力装置设计的综合评判（自学）
3.主机功率的储备问题
因此在船机桨配合时就逐步建立了这种概念：在选择机桨 配合时要留有一定储备。这种储备可以用减小主机的使用功率 来实现（称为功率储备）也可以用增高螺旋桨的设计转速来实 现（称为转速储备）。无论是功率储备还是转速储备，目的均 是为了事先将螺旋桨设计得轻一点，以备航行中风浪和船底污 底等情况下，螺旋桨推进曲线向左移动时，主机既能可靠工作 又能发出功率，以确保所需的航速。 但储备功率如取得过大，主机功率长期不能充分发挥；取 得过小，当外加负荷增加时，功率上不去，也会影响航速及主 机的使用年限。如果储备量选得适当，在经常的航行状态下， 主机的负荷能始终接近额定值。