動(dòng)力裝置特性曲線

動(dòng)力裝置特性曲線第1頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月船、機(jī)、槳的能量關(guān)系船舶航行時(shí)需要螺旋槳提供推力以克服船舶阻力，使船舶以穩(wěn)定的航速航行，也就需要主機(jī)提供旋轉(zhuǎn)力矩以克服螺旋槳的旋轉(zhuǎn)阻力矩，使得螺旋槳在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣，就構(gòu)成船、機(jī)、槳的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。第2頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月特性和特性曲線（一）特性廣義地說，它反映船、主機(jī)（推進(jìn)機(jī)組）和螺旋槳的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（功率、扭矩、主機(jī)的燃油消耗率和排氣溫度等）隨其轉(zhuǎn)速或航速的變化關(guān)系。船的特性可用隨航速變化的阻力特性來表示。螺旋槳的特性受到螺旋槳的結(jié)構(gòu)和水動(dòng)力因素的影響，常用推力和扭矩來表示。主機(jī)的特性主要用其柴油機(jī)的供油量、平均有效壓力、軸的輸出扭矩及功率等隨轉(zhuǎn)速（航速）的變化關(guān)系表示，并受到推進(jìn)裝置的組成和型式的影響。包括：（1）主機(jī)是否采用增壓，是采用高速機(jī)還是低速機(jī)等；（2）傳動(dòng)方式與設(shè)備的影響：是直接傳動(dòng)還是間接傳動(dòng)（電傳動(dòng)，液力傳動(dòng)，減速傳動(dòng)；并、分車；離合器型式等）；（3）軸系的數(shù)目：單軸系、多軸系等。（二）特性曲線把船、機(jī)、槳三者隨轉(zhuǎn)速或航速變化的一些技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)分別或集中地在圖上用曲線表示出來，此曲線就是特性曲線。第3頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月配合

在某一工作條件下，船、機(jī)、槳三者的轉(zhuǎn)速與能量均相等的點(diǎn)稱為“配合點(diǎn)”，也稱為“平衡點(diǎn)”。在船舶設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷條件下的配合點(diǎn)，稱為設(shè)計(jì)配合點(diǎn)，船舶在此點(diǎn)運(yùn)行，就可得到設(shè)計(jì)航速，其螺旋槳效率較高，但是此航速下不一定是經(jīng)濟(jì)航速。當(dāng)三者中某一方的能量和轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)使平衡點(diǎn)發(fā)生變化，在新的條件下的形成新的平衡點(diǎn)，并偏離設(shè)計(jì)平衡點(diǎn)，這時(shí)，轉(zhuǎn)速、功率和效率等參數(shù)都將發(fā)生相應(yīng)變化。第4頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月工況和變工況工況指船、機(jī)、槳三者配合工作時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況。這種運(yùn)轉(zhuǎn)狀況有以下幾種：以轉(zhuǎn)速（或航速）為變量的工況、以負(fù)荷為變量的工況、以轉(zhuǎn)速（或航速）和負(fù)荷同時(shí)均為變量的工況。變工況是指船、機(jī)、槳在非設(shè)計(jì)工況下工作的一切運(yùn)行工況的統(tǒng)稱。變工況經(jīng)常發(fā)生，例如：（1）船舶航行條件的變化，即當(dāng)船舶遇到風(fēng)浪、潮水、上灘或載量變化，其工況就會(huì)發(fā)生變化。（2）機(jī)動(dòng)操縱引起的變化，即船舶在起航、加速、減速、轉(zhuǎn)彎、倒退等工況的變化。（3）船、機(jī)、槳本身的性能變化，即主機(jī)與軸系長期使用后效率的下降、船舶的污底、螺旋槳直徑或螺距發(fā)生了變化等。第5頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月柴油機(jī)的主要參數(shù)⒈指示功率的表達(dá)式：Ni=pi·vs·n·i/(0.03τ)KW⒉有效功率的表達(dá)式

Ne=Ni·ηm=pi·vs·n·i·ηm/(0.03τ)KW(pe=pi·ηm)Ne=pe·vs·n·i/(0.03τ)KW⒊參數(shù)關(guān)系⑴對一給定的柴油機(jī)來講，vs、i、

τ為已知常數(shù)。因此，Ne是隨pe、n而變的函數(shù)：

Ne=f（pe、n）

⑵

輸出矩扭Me與Ne之間的關(guān)系為：Ne=Me·n/9.55或Ne=f（Me、n）或Me=9.55Ne/n第6頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

3)

輸出矩扭Me與平均有效壓力pe(柴油機(jī)的強(qiáng)化程度)之間的關(guān)系為：Me=9

.55Ne/n=9

.55Vs·pe/(0.03τ)=K·pe式中：Vs————柴油機(jī)的氣缸工作容積總和。Vs=vs

·iK———對一給定的柴油機(jī)來講，

K=

9

.55Vs/(0.03τ)=常數(shù)。因此，

Me與pe成正比，即與噴油量成正比。記為：Me=f(pe)

4)

總結(jié)：Ne=f（pe、n）Me=f(pe)

第7頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月3、柴油機(jī)運(yùn)行規(guī)律與參數(shù)之間的關(guān)系：1）n變，pe不變。（即每一個(gè)工作循環(huán)的噴油量不變）2）n變，pe也變。3）n不變，pe變。4、柴油機(jī)特性概念：柴油機(jī)工作參數(shù)（Ni，Ne，ηi，ηe，gi，

ge，Me等）和變量pe、n之間的函數(shù)關(guān)系為稱柴油機(jī)的特性。5、柴油機(jī)特性分類：柴油機(jī)工作參數(shù)（Ni，Ne，ηi，ηe，gi，

ge，Me等）隨轉(zhuǎn)速n和隨平均有效壓力Pe而變化的規(guī)律分別叫做柴油機(jī)的速度特性和負(fù)荷特性。

柴油機(jī)特性分類如下：第8頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月柴油機(jī)特性

二、速度特性(n變)

1、外特性

n變，pe一定時(shí)，由Ne=f（pe、n）知:Ne∝n;Me=f(pe)=常數(shù)。Ne=Me·n/9

.55=f(n)即Ne與n成直線關(guān)系,如下圖所示.第9頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

實(shí)際上每循環(huán)進(jìn)氣量、熱態(tài)狀、指示效率、每循環(huán)噴油量、定時(shí)等都與轉(zhuǎn)速有關(guān)，因此，pe是變化的。n變，pe一定時(shí)，由Ne=f（pe、n）知:Ne∝n;Me=f(pe)=常數(shù)。Ne=Me·n/9.55=f(n)即Ne與n成直線關(guān)系,如下圖所示.第10頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

1）外特性的定義

在速度特性線中，把柴油機(jī)在噴油量（即pe）不變時(shí)，在各種轉(zhuǎn)速n下的最大做功能力稱為柴油機(jī)的外特性。2）外特性的種類

根據(jù)柴油機(jī)工作時(shí)的強(qiáng)化程度不同，其又可分為：（1）極限功率外部特性曲線（簡稱極限外特性線）（平均有效壓力pe1）含義：柴油機(jī)熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷達(dá)到極限程度。（2）冒煙外特性線（又稱為15分鐘功率特性曲線）含義：柴油機(jī)熱負(fù)荷非常高，表示開始冒煙與不冒煙的分界線。（平均有效壓力pe2）pe2=(0.85~0.92)pe1

外特性第11頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）超額外特性線（又稱為1小時(shí)功率特性曲線）

含義：柴油機(jī)熱負(fù)荷很高，一般作為船用主機(jī)的最大功率或超額功率，持續(xù)使用時(shí)間不應(yīng)超過1小時(shí)。

（4）額定外特性線（又稱為12小時(shí)功率特性曲線）含義：柴油機(jī)熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷適中，能較長時(shí)間持續(xù)工作（不小于12小時(shí)）。由工廠臺架試驗(yàn)定確。做船用主機(jī)時(shí)，持續(xù)工作時(shí)間不應(yīng)超過12小時(shí)。船舶規(guī)范規(guī)定：船用主機(jī)的超額功率為額定功率的110%，最大轉(zhuǎn)速nmax為額定轉(zhuǎn)速nH的103%，此時(shí)柴油機(jī)持續(xù)運(yùn)行1小時(shí)不應(yīng)冒黑煙。

（5）持續(xù)功率外特性線（又稱為持久功率外特性線）含義：柴油機(jī)熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷好，一般作為船用主機(jī)的常用功率，可長期持續(xù)使用。持續(xù)功率為額定功率的90%，轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速nH的100%。第12頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）部分功率外特性線含義：柴油機(jī)熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷較底，噴油量更小。（7）等轉(zhuǎn)矩限制外特性線設(shè)Me=MeH=常數(shù)則Ne=

MeH·n/9.55=A

·n式中：MeH————柴油機(jī)額定功率和額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)矩,A————常數(shù).含義：柴油機(jī)在全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，在此線下，柴油機(jī)和軸系都可安全工作。

（8）最底負(fù)荷限制外特性線（9）最高轉(zhuǎn)速限制線（10）最底轉(zhuǎn)速限制線船用柴油機(jī)的工作范圍：第13頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月2、推進(jìn)特性(n變，Pe也變）

柴油機(jī)作為船用主機(jī)帶動(dòng)螺旋槳時(shí)，兩者關(guān)系是：1）兩者保持能量守恒；2）運(yùn)動(dòng)一致。由船舶原理知低速排水量型船舶，其螺旋槳吸收的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，即：

Ne=

我們把柴油機(jī)的工作按照Ne=的規(guī)律的變化關(guān)系稱為柴油機(jī)的推進(jìn)特性三、負(fù)荷特性(n不變，Pe變）

柴油機(jī)帶直流發(fā)電機(jī)時(shí)要求電壓不變，帶交流發(fā)電機(jī)時(shí)要求周波數(shù)不變，因此柴油機(jī)應(yīng)恒速運(yùn)行。當(dāng)外界負(fù)荷變化時(shí)通過改變Pe來進(jìn)行調(diào)節(jié)。第14頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月船用柴油機(jī)推進(jìn)特性曲線第15頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

四、柴油機(jī)的萬有特性第16頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖1-18

船用柴油機(jī)特性曲線綜合圖(1)第17頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖1-18

船用柴油機(jī)特性曲線綜合圖(2)第18頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

第5章船、機(jī)、槳工況配合特性

一、研究船、機(jī)、槳工況配合的目的二、船、機(jī)、槳三者的關(guān)系三、研究船、機(jī)、槳配合的原則和方法四、研究的范圍1、工況配合的分類和研究范圍1）穩(wěn)定（靜態(tài)）工況時(shí)的配合特性（1）設(shè)計(jì)工況時(shí)的配合特性（2）非設(shè)計(jì)工況時(shí)的配合特性2）過渡（動(dòng)態(tài)）工況時(shí)的配合特性（1）起航、加速工況時(shí)的配合特性（2）轉(zhuǎn)向工況時(shí)的配合特性（3）倒車工況時(shí)的配合特性

2、穩(wěn)定（靜態(tài)）工況的含義

5-1船、機(jī)、槳工況配合概述第19頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月船、機(jī)、槳穩(wěn)定（靜態(tài)）工況配合曲線第20頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、海上功率儲備1、主機(jī)能力儲備（EM)2、海況儲備(SM)二、主機(jī)選型1、合同功率和轉(zhuǎn)速的概念(CMCR,nCMCR)2、主機(jī)選型問題在合同功率和轉(zhuǎn)速與標(biāo)稱功率和轉(zhuǎn)速不相同時(shí)如何選機(jī)，例題說明：

5-4海上功率儲備和主機(jī)選型第21頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)有一頂推輪，拖曳速度為13km/h,經(jīng)螺旋槳初步設(shè)計(jì)并考慮10%的海況儲備后得；CMCR=1500kw,nCMCR=500r/min，i0=1.83(齒輪箱的速比已選定)，螺旋槳要素（D,H/D,AE/A0,Z）=(1.7m,1.2,0.57,4),可供選擇的主機(jī)參數(shù)如下表，問A,B和C哪臺機(jī)符合要求？第22頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)型參數(shù)ABCMCR(kw)150016002100nmin(r/min)600700700第23頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)MA,MB,MC分別是三臺機(jī)扣除10%儲備后螺旋槳設(shè)計(jì)扭矩（即可供給螺旋槳的扭矩），所以有：MA=(0.9NA/nA)?i0=(0.9×1500/600)×(60/2)×1.83=39.34kN.mMB=(0.9NB/nB)?i0=(0.9×1600/700)×(60/2)×1.83=35.97kN.mMC=(0.9NC/nC)?i0=(0.9×2100/700)×(60/2)×1.83=47.21kN.m要求的螺旋槳設(shè)計(jì)扭矩為：M0=(0.9N0/n0)?i0=(0.9×1500/500)×(60/2)×1.83=47.21kN.m因此只有C機(jī)滿足要求。（但主機(jī)功率富余量較大，在設(shè)計(jì)工況主機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速均未達(dá)到額定值，初投資增加了。）如果要選用A機(jī)或B機(jī)，則必須修改減速比（螺旋槳設(shè)計(jì)參數(shù)不變）。第24頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月因?yàn)槁菪龢O(shè)計(jì)為：np0=nCMCR/i0=500/1.83=273.22r/min如果選用A機(jī)，則：

iA=nAMCR/np0=600/273.22=2.196（此時(shí)，MA=47.208kN.m，最合適。）如果選用B機(jī)，則：iB=nBMCR/np0=700/273.22=2.562（此時(shí)，MB=50.358kN.m，偏大。）3、齒輪箱減速比選擇問題以上例的A機(jī)為對象，在不重新設(shè)計(jì)螺旋槳的情況下：1）如果選擇的齒輪箱減速比i1<iA（2.196）,對A機(jī)來說，螺旋槳顯得“重”了。2）如果選擇的齒輪箱減速比i2﹥iA（2.196）,對A機(jī)來說，螺旋槳又顯得“輕”了。分析如下：第25頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月分析如下：

及Mp=iMe在不修改螺旋槳要素時(shí)，其KQ，D都為常數(shù)，也為常數(shù)。于是對同一主機(jī)的轉(zhuǎn)速neA時(shí)，所需的主機(jī)輸出扭矩Me與速比呈反比關(guān)系，如下圖所示：第26頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月