知識點2船舶在各種航行條件下推進(jìn)裝置工況配合特性

1、為了適應(yīng)船舶實際營運的需求，船舶經(jīng)常要航行在各種工況下：如：不同的吃水、多種氣象條件、窄航道或淺水區(qū)、船舶污底及拖曳航行等；多種機動航行狀態(tài)下：如：起航加速狀態(tài)、倒航狀態(tài)和轉(zhuǎn)向狀態(tài)等。輪機人員應(yīng)很好地掌握船舶推進(jìn)裝置在各種航行條件下的運轉(zhuǎn)情況，以便正確地進(jìn)行操縱和實施管理。以直接傳動方式的推進(jìn)裝置為例進(jìn)行討論：.分析工況配合特性所采用的方法。在同一坐標(biāo)系里畫出螺旋槳（也代表船）和主機各自的功率一一轉(zhuǎn)速（或扭矩一一轉(zhuǎn)速）特性線，主機的特性線代表推進(jìn)裝置的驅(qū)動特性，而螺旋槳特性線代表推進(jìn)裝置的負(fù)荷特性。兩曲線的交點符合能量守恒定律，推進(jìn)裝置可在此點穩(wěn)定工作?？蓪⒋昂叫蟹殖蓛蓚€不同階段：即船舶正常

2、（定速）航行工況；船舶機動（過渡）航行工況。商船95%以上的時間航行于正常航行工況，船舶的航行條件（船舶阻力和主機工況）相對穩(wěn)定，船舶的機槳配合點不發(fā)生大的變化。機動工況下航行條件一直處于變化中，船舶的機槳配合點也一直變化。、船舶污底和裝載量改變時的工況配合特性1 .船舶吃水改變時的工況配合特點，船舶的營運特點船舶的裝載經(jīng)常變化，吃水也經(jīng)常發(fā)生相應(yīng)的變化，船舶航行時的阻力發(fā)生變化。當(dāng)船舶吃水增大時，船舶航行阻力增大、進(jìn)程減小、航速將減慢、槳進(jìn)程比減小、所需轉(zhuǎn)矩增加、特性線變陡。如為保持轉(zhuǎn)速而加大油門導(dǎo)致主機超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。一般情況下：船舶主機大都裝有全制式調(diào)速器，當(dāng)船舶阻力增大時，將自動加大油門，

3、以保持設(shè)定轉(zhuǎn)速。.因此，當(dāng)裝載量增大時，應(yīng)將負(fù)荷限制適當(dāng)調(diào)小。當(dāng)裝載量減少時，變化的情況恰恰相反，進(jìn)程比入增大，槳特性線變平坦。對裝有全制式調(diào)速器的主機，應(yīng)將轉(zhuǎn)速限制適當(dāng)調(diào)小。2 .船舶污底船舶水下部分表面附著海生物以及發(fā)生銹蝕船舶污底。船舶發(fā)生污底后將使船體阻力增加，其對機、槳配合的影響同裝載量增多的情況的相同。二、船舶在不同氣象條件下和不同航區(qū)中航行時的工況配合特性及管理要點大風(fēng)浪天氣航行條件下的工況配合特點：逆風(fēng)航行時，風(fēng)力會使船舶的空氣阻力增加,順風(fēng)航行時則相反。.空氣阻力的大小取決于風(fēng)力、風(fēng)向、船體水上部分以及上層建筑的受風(fēng)面積和航速風(fēng)浪中航行，船體在洶濤中產(chǎn)生搖擺和起伏而引起洶濤阻

4、力。船舶的搖擺起伏，使螺旋槳增加扭矩和推力，其大小隨斜水流的角度和搖擺周期而變。要隨時用舵效來在風(fēng)浪中航行的船舶，為了使其因側(cè)面受力影響而不致偏離原定航線,圖5-2-21創(chuàng)波縱搖對螺旋槳扭矩和推力的影響響圖5-2-20風(fēng)力對機槳配合特性的影圖5-2-23風(fēng)浪對航速和推力的影響補償，因此增加了舵的制動作用，使船舶附體阻力增加，航速降低。.風(fēng)浪天航行，還有螺旋槳的推進(jìn)效率因素。對推進(jìn)裝置的綜合影響如下：.需要特別指出的是：在大風(fēng)浪中航行的船舶，槳可能露出水面，這時阻力矩大大降低，槳的特性曲線變得極為平坦。這時如果噴油泵操縱桿位置不變，柴油機功率將大大超過螺旋槳所吸收的功率，.柴油機扭矩大大超過螺旋

5、槳的阻轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速上升，當(dāng)超過標(biāo)定轉(zhuǎn)速的15%時，產(chǎn)生所謂飛車現(xiàn)象，風(fēng)浪天航行應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，增加船舶后部壓載，避免造成飛車。三、船舶在各種運動狀態(tài)下的工況配合特性及管理要點1 .船舶拖曳（頂推）作業(yè)船舶在進(jìn)行拖曳作業(yè)時，螺旋槳推力除用于克服船舶阻力外，還要負(fù)擔(dān)全部拖曳負(fù)荷，即:Te=R+Z式中：Te螺旋槳有效推力;R船體阻力；oVa V 0心 造9）圖5-2-24拖曳作業(yè)的配合特性Z拖曳力（或頂推力）在沒有拖曳負(fù)荷時，槳的有效推力等于船舶阻力；在有拖曳負(fù)荷時，槳的有效推力等于船舶阻力和拖曳力之和。圖5-2-25航速對淺水阻力的影響2 .船舶進(jìn)入淺水或窄航道航.船舶在淺水中航行時，由于船體周圍的水流

6、從深水的三元流動變?yōu)橹饕嵌鲃?，水流與船體的相對速度增加，使摩擦阻力、渦流阻力和興波阻力均相對增大，因此船舶在深水和淺水中航行時所遇到的阻力隨航速變化的情況是不同的。1深水阻力曲線；2淺水阻力曲線而在淺水航行時阻力根據(jù)試驗結(jié)果，船在深水中航行時的阻力與航速的二次方成正比,的變化規(guī)律很不規(guī)則。當(dāng)航速v<0.3.加（g為重力加速度，h為水深）時，淺水阻力與深水阻力基本相同；0.3gh<v<、©h時，淺水阻力明顯大于深水阻力；當(dāng)航速v定7rgh時，淺水阻力又與深水阻力相同；而當(dāng)v>飛器時，淺水阻力甚至小于深水阻力。一般運輸船：淺水航速一般小于由深水進(jìn)入淺水航行時

7、，阻力一般都會增加，并會產(chǎn)生船體下沉和后傾現(xiàn)象。.淺水影響是相對的，淺水阻力的增加同水深h與船舶吃水d比值h/d有關(guān)。船模試驗表明，若h/d>4,淺水影響不太明顯，航道越淺（即h/d越?。Σ磷枇υ黾釉斤@著。在同樣水深條件下，淺水對摩擦阻力的影響隨航速的提高而增大。窄水道對船舶阻力的影響與淺水是類似的。窄水道的影響也是相對的，它與航速和航道相對寬度有關(guān)。如果b/B>20（b為航道寬度，B為船寬），就沒有窄水道的影響。3 .系泊工況.船舶制造或大修后，在試航前，為了檢驗主、副機及其它設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況和性能，需要在碼頭上進(jìn)行一系列試驗。船舶在不動的情況下（船舶系在系纜樁上），主機和螺旋

8、槳的運轉(zhuǎn)配合情況稱為系泊工況。船速為零，進(jìn)程比入=0,螺旋槳的推力系數(shù)和扭矩系數(shù)都達(dá)到最大值，.螺旋槳特性曲線較正常航行時為陡，船舶在起航操作初期的工況很類似與船舶的系泊工況，此時，主機由于轉(zhuǎn)速很快達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速，而船舶由于其巨大的慣性還保持其速度為零。實際上，船舶在起航操作初期的工況很類似與船舶的系泊工況，此時，主機由于轉(zhuǎn)速很快達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速，而船舶由于其巨大的慣性還保持其速度為零。4 .船舶起航和加速工況船舶在由航速為零逐漸加速到某一穩(wěn)定航速過程中機、槳的運行情況稱為起航工況。船舶在由較低穩(wěn)定航速變?yōu)檩^高穩(wěn)定航速過程中機、槳的運行情況稱加速工況。圖5-2-31不同航速下的M n的變化羅賓遜圖圖

9、5-2-26圖5-2-27系泊工況.而起航和加速工況都是一種過渡（動態(tài)）工況，入是時刻變化的，因此船、機、槳配合點不能只在一條推進(jìn)特性曲線上變化。起航和加速過程分為兩個階段：（1）即槳轉(zhuǎn)速迅速提高階段.由于起航加速的需要增加了噴油量使轉(zhuǎn)速增加，此時航速基本未變，或接近于零（起(a)(b)航時）或接近于恒速（加速時），槳的特性曲線變得很陡（入很?。?；（2）槳轉(zhuǎn)速緩慢提高階段由于航速的逐漸提高，入變大，其特性曲線逐漸變平坦所致。加速工況的機槳配合特性：與起航工況基本相似，其差別僅在于：加帶工況不是從航速為零開始，而是從船舶已有一定航行速度開始的。駕駛室要求定速航行時的操作就是常見的一種加速工況。.

10、在減速操作時，則要避免轉(zhuǎn)速低于車鐘要求和自動停車。5 .船舶轉(zhuǎn)向船舶轉(zhuǎn)向時，舵要偏轉(zhuǎn)一個角度，船舶阻力要比直線航行時有所增加，航速降低，進(jìn)程比入減小，螺旋槳特性曲線變陡。這時要注意觀察實際負(fù)荷的大小，必要時要減小油門格數(shù)，以防止超負(fù)荷。采用雙機雙槳推進(jìn)時，船在轉(zhuǎn)向時內(nèi)槳負(fù)荷比外槳負(fù)荷增加的值大，內(nèi)槳的轉(zhuǎn)速因此下降的也多，而外槳在轉(zhuǎn)向開始時負(fù)荷變輕，很快又逐漸增加，所以外槳轉(zhuǎn)速開始時升高，而后又下降。應(yīng)降低主機轉(zhuǎn)速，避免在高航速時用大舵角轉(zhuǎn)向。6 .船舶倒航工況.船舶在港內(nèi)航行、靠離碼頭或者遇到避碰等緊急情況時，常需改變主機的回轉(zhuǎn)方向，使前進(jìn)的船舶迅速停止下來，或改為倒航。圖5-2-30雙槳船轉(zhuǎn)

11、向時內(nèi)外機負(fù)荷變化船舶動力裝置的機動性能要求：船舶能迅速從高速航行狀態(tài)轉(zhuǎn)為停止?fàn)顟B(tài)，且應(yīng)有盡可能短的滑行時間和滑行距離；而柴油機的工作條件則要求負(fù)荷變化不要太劇烈，以防止熱負(fù)荷和機械負(fù)荷變化過于劇烈而導(dǎo)致?lián)p壞。（1）緩慢倒車過程.通常使用倒車時航速已經(jīng)很低，可以認(rèn)為這是緩慢倒車過程。在第一象限為緩慢減速，在第三象限為緩慢加速過程。（2）緊急倒車過程在船舶全速前進(jìn)時施行緊急倒車操縱，將引起主機熱負(fù)荷和機械負(fù)荷劇烈變化，還會產(chǎn)生增壓器喘振。除非船舶航行遇到十分危險情況，一般是不會輕易施行緊急倒車操縱的。分為三個階段：第一階段：首先停止向主機供油，主機扭矩迅速為零，主機轉(zhuǎn)速迅速下降，入逐漸增大；在第一象限內(nèi)出現(xiàn)零推，繼之出現(xiàn)零矩（轉(zhuǎn)速為6070%）,負(fù)推力開始阻止船舶前進(jìn)。第二階段：“水渦輪”工作階段，航速不變，槳速降至低于60%，螺旋槳的“水渦輪”作用，使軸系轉(zhuǎn)速下降變慢。槳轉(zhuǎn)速降到接近10%時，負(fù)