海船培訓(xùn)課件3.3

船舶動(dòng)力裝置中華人民共和國(guó)海船船員適任考試培訓(xùn)教材左春寬孫永明張春來李世臣主編目錄一二第一章柴油機(jī)及其附屬設(shè)備的性能評(píng)估第二章主柴油機(jī)及其附屬設(shè)備的使用與管理三四第三章船舶主推進(jìn)動(dòng)力裝置的工況配合及管理第四章電控噴射柴油機(jī)五第五章典型液壓系統(tǒng)六七第六章制冷與空調(diào)系統(tǒng)的操作和維護(hù)第七章

船用蒸汽鍋爐第三章船舶主推進(jìn)動(dòng)力裝置的工況配合及管理4節(jié)船舶推進(jìn)裝置主要設(shè)備的管理3節(jié)柴油機(jī)的推進(jìn)特性2節(jié)主推進(jìn)動(dòng)力裝置相關(guān)參數(shù)的運(yùn)行限制1節(jié)柴油機(jī)的熱力循環(huán)、熱效率和熱平衡第三節(jié)柴油機(jī)的推進(jìn)特性一、船、機(jī)、槳的特性二、船、機(jī)、槳的相互作用三、柴油機(jī)和螺旋槳的選配四、柴油機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速的使用范圍五、典型推進(jìn)裝置機(jī)槳配合特性六、柴油機(jī)各種工況下的推進(jìn)特性一、船、機(jī)、槳的特性機(jī)艙環(huán)境影響柴油主機(jī)船、槳對(duì)柴油機(jī)的影響供油量軸系及傳動(dòng)設(shè)備螺旋槳槳對(duì)船影響船對(duì)槳影響螺旋槳海況、載況對(duì)船舶航行的影響船速船舶主機(jī)—傳動(dòng)設(shè)備—螺旋槳—船體相互聯(lián)系，相互作用，推動(dòng)船舶運(yùn)動(dòng)1船體的阻力特性摩擦阻力:當(dāng)船體運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于水的粘性，在船體周圍形成“邊界層”，從而使船體運(yùn)動(dòng)過程中受到粘性切應(yīng)力作用，亦即船體表面產(chǎn)生了摩擦力船舶阻力水的阻力空氣阻力—船速越高，增加越快—與船速關(guān)系不大興波阻力形狀阻力（漩渦阻力）摩擦阻力—與船速成正比—風(fēng)力小，可不計(jì)：風(fēng)力大，不能忽略1船體的特性興波阻力船體在運(yùn)動(dòng)過程中興起波浪，改變了船體表面的壓力分布情況，如上圖，船首的波峰使首部壓力增加，而船尾的波谷使尾部壓力降低，于是產(chǎn)生首尾流體動(dòng)壓力差。從能量觀點(diǎn)，船體掀起的波浪所耗費(fèi)的能量由船體供給，消耗能量。1船體的特性形狀（漩渦）阻力船體曲度驟變處，特別是較豐滿船的尾部常會(huì)產(chǎn)生旋渦。產(chǎn)生旋渦的根本原因是水具有粘性。旋渦處的水壓力下降，從而改變了沿船體表面的壓力分布情況。1船體的特性船體的水總阻力∝Vs2船體的阻力、功率特性:對(duì)于一般民用商船AR與船體線型與航行情況(裝載、拖帶、污底)有關(guān)R－VS0VS拖帶重載輕載PR－VS0VS拖帶重載輕載RPR2.柴油機(jī)的基本特性柴油機(jī)的工況發(fā)電機(jī)工況：調(diào)速器控制使n恒定（如電力傳動(dòng)主機(jī)和發(fā)電副機(jī)）螺旋槳工況：直接驅(qū)動(dòng)槳的主機(jī)穩(wěn)定工況下，主機(jī)發(fā)出功率等于槳吸收功率其它工況：功率與轉(zhuǎn)速?zèng)]有一定的關(guān)系，功率由阻力決定。（如驅(qū)動(dòng)調(diào)距槳的主機(jī)，驅(qū)動(dòng)應(yīng)急救火泵或應(yīng)急空壓機(jī)的柴油機(jī)，變工況主機(jī)）2.柴油機(jī)的特性柴油機(jī)的特性

可認(rèn)為，保持噴油量不變,柴油機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時(shí)，平均有效壓力為常數(shù)。故有P隨供油量增加而增大；供油量一定，P∝n也稱作外特性。 柴油機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)定，將噴油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在某一位置，改變負(fù)荷，使轉(zhuǎn)速變換。全負(fù)荷速度特性：標(biāo)定轉(zhuǎn)速發(fā)出標(biāo)定功率的供油位置，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)環(huán)境（大氣壓p0=100kpa，相對(duì)濕度φ0=30%/無限航區(qū)60%，環(huán)境溫度T0=298K/318K）及持續(xù)功率下測(cè)定。超負(fù)荷速度特性：超負(fù)荷功率為標(biāo)定功率的110%（對(duì)應(yīng)103%neb），并且在12h運(yùn)轉(zhuǎn)期內(nèi)允許超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)1h。部分負(fù)荷速度特性：噴油泵油量固定在小于標(biāo)定功率油量作用：反映柴油機(jī)潛在最大工作能力試驗(yàn)臺(tái)或?qū)嵈瑮l件下測(cè)取。發(fā)電副機(jī)和裝有全制式調(diào)速器的主機(jī)，在設(shè)定轉(zhuǎn)速不變下，當(dāng)負(fù)荷變化轉(zhuǎn)速保持不變時(shí)，可認(rèn)為按負(fù)荷特性工作。負(fù)荷特性是標(biāo)志柴油機(jī)動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的基本指標(biāo)特性。作用：比較不同柴油機(jī)的性能，評(píng)價(jià)同一柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改變或調(diào)速后的效果；標(biāo)定柴油機(jī)功率；繪制萬有特性曲線。B—燃油消耗量be—燃油消耗率tr—排氣溫度推進(jìn)特性穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，若不計(jì)傳動(dòng)損失

3螺旋槳的特性Propellertypes3槳的特性槳的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)

槳葉靠近槳縠的部分叫葉根，最外端叫葉梢從船尾向船首看，看到的葉面叫壓力面， 另一面叫吸力面。按正車旋轉(zhuǎn)，先入水的一邊叫導(dǎo)邊，后入水的一邊叫隨邊。槳旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉梢頂尖劃出的圓叫葉梢圓，葉梢圓的直徑叫槳徑3.槳的特性各參數(shù)的考慮槳徑越大,槳效率越大,但取決于船的類型和設(shè)計(jì)及強(qiáng)度

槳葉數(shù)可取2,3,4,5,或6.如直徑及展開面積相同，槳葉數(shù)越少,槳效率越高,但強(qiáng)度差大功率船一般取4或5葉槳葉片數(shù)越多,振動(dòng)越小。盤面比越大,空泡產(chǎn)生的可能性越小，但加工面積增，價(jià)格增.3.槳的特性槳的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)螺距：螺距比（P/D）：盤面比（A/Ad）： A---所有槳葉展開面積的總和

Ad----以D為直徑圓的面積3槳的特性

進(jìn)程比λPλp↑，KF、Km

↓λp＞1.0后，Kp、Ｋm先后為零，先零推，再零矩，零矩時(shí)推力為負(fù)值3槳的特性CP—取決于航行狀態(tài)3槳的特性定距槳：KT、KM、ηp＝f（λp）；調(diào)距槳：KT、KM、ηp＝f（λp、H/D）

H1/D>H2/D>H3/DD1<D2<D3二、船機(jī)槳相互作用知識(shí)回顧：船舶阻力特性：槳的特性：工況一定即J一定時(shí)，柴油機(jī)的特性：

船機(jī)槳三者的關(guān)系轉(zhuǎn)化為機(jī)槳二者的關(guān)系船機(jī)槳相互作用機(jī)械連接液力相互作用能量角度：發(fā)生器，轉(zhuǎn)換器，消耗者性能相互制約三、柴油機(jī)和螺旋槳的選配1.選配原則：既使柴油機(jī)的功率得到充分利用，又使柴油機(jī)的功率在全部運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)都不會(huì)超出允許值cabPe(%)n(%)nmaxn2Pbnb123三、柴油機(jī)和螺旋槳的選配（1）螺旋槳結(jié)構(gòu)2.機(jī)槳配合的影響因素H/D較大，螺旋槳特性線較陡，重槳H/D較小，螺旋槳特性線較緩，輕槳三、柴油機(jī)和螺旋槳的選配2.機(jī)槳配合的影響因素（2）船舶阻力λpⅠ＜λpⅡ＜λpⅢ阻力↑λp↓，槳特性線變陡，柴油機(jī)大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速工況下，熱負(fù)荷較高阻力↓λp↑，槳特性線變平坦，柴油機(jī)部分負(fù)荷四、柴油機(jī)功率和轉(zhuǎn)速的使用范圍超負(fù)荷速度特性（曲線4）全負(fù)荷速度特性（曲線3）等扭矩限制線（曲線2）等排溫限制線（曲線1）最低負(fù)荷速度特性曲線7調(diào)速特性線5、6全負(fù)荷速度特性工作時(shí)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速8按推進(jìn)特性工作時(shí)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速9

五、典型推進(jìn)裝置的機(jī)槳配合特性1、單機(jī)單槳直接傳動(dòng)配合特性1、單機(jī)單槳直接傳動(dòng)配合特性Pe=PpMe=MPne=npPP=Pe

MP=i?Menp=ne/i轉(zhuǎn)速降低了i倍，扭矩相應(yīng)地增加了i倍忽略傳遞損失有

PP=2PenP=ne/iMP=2iMD

3、雙機(jī)單槳AB段內(nèi)工作，兩臺(tái)主機(jī)必須并聯(lián)B點(diǎn)以下，可兩臺(tái)，也可一臺(tái)，一臺(tái)更好些操縱性較好(如轉(zhuǎn)彎)生命力較強(qiáng)適應(yīng)性較強(qiáng)nP=nd/I

曲線1為單槳工作時(shí)單槳的特性,曲線2為雙槳工作時(shí)單槳的特性

P1為一臺(tái)主機(jī)的額定外特性只開一臺(tái)主機(jī)，只能工作在最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速nd與nB之間，兩臺(tái)全開時(shí)，可在nd與neb之間.

4、雙機(jī)雙槳5.調(diào)距槳的機(jī)槳配合特性船舶阻力增加，螺旋槳轉(zhuǎn)速不變螺旋槳所需功率將增加。螺旋槳隨船舶阻力增加而負(fù)荷變重；反之則變輕。5.調(diào)距槳的機(jī)槳配合特性Kt10Kq5.調(diào)距槳的機(jī)槳配合特性任何工況下均能吸收主機(jī)的全功率。不同的轉(zhuǎn)速和螺距比相配合，可得到需要的船舶航速。槳轉(zhuǎn)速n不變下，改變螺距比可改變航速。可使推進(jìn)裝置在不同工況下保持良好的經(jīng)濟(jì)性為了適應(yīng)船舶實(shí)際營(yíng)運(yùn)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(jī)動(dòng)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(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)情況，以便正確地進(jìn)行操縱和實(shí)施管理。以直接傳動(dòng)方式的推進(jìn)裝置為例進(jìn)行討論：六、柴油機(jī)各種工況下的推進(jìn)特性分析工況配合特性所采用的方法：是在同一坐標(biāo)系里畫出螺旋槳（也代表船）和主機(jī)各自的功率—轉(zhuǎn)速（或扭矩—轉(zhuǎn)速）特性線，主機(jī)的特性線代表推進(jìn)裝置的驅(qū)動(dòng)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(diǎn)符合能量守恒定律，推進(jìn)裝置可在此點(diǎn)穩(wěn)定工作可將船舶航行分成兩個(gè)不同階段：即船舶正常（定速）航行工況船舶機(jī)動(dòng)（過渡）航行工況。商船95％以上的時(shí)間航行于正常航行工況船舶的航行條件（船舶阻力和主機(jī)工況）相對(duì)穩(wěn)定，船舶的機(jī)槳配合點(diǎn)不發(fā)生大的變化。機(jī)動(dòng)工況下航行條件一直處于變化中，船舶的機(jī)槳配合點(diǎn)也一直變化。1.船舶在各種航行條件下推進(jìn)裝置工況配合特性船舶的正常航行一般又稱為船舶的定速航行工況，影響因素主要包括：◆船舶吃水（裝載）◆船舶污底◆大風(fēng)浪條件◆船舶拖曳◆窄航道或淺水航行等船舶的營(yíng)運(yùn)特點(diǎn)：◆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(shí)的阻力發(fā)生變化（1）船舶污底和裝載量改變時(shí)當(dāng)船舶吃水增大時(shí)◆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(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)一般情況下：◆船舶主機(jī)大都裝有全制式調(diào)速器，◆當(dāng)船舶阻力增大時(shí)，將自動(dòng)加大油門，以保持設(shè)定轉(zhuǎn)速。因此，當(dāng)裝載量增大時(shí)，應(yīng)將負(fù)荷限制適當(dāng)調(diào)小。當(dāng)裝載量減少時(shí)◆變化的情況恰恰相反，進(jìn)程比λ增大，槳特性線變平坦。對(duì)裝有全制式調(diào)速器的主機(jī)，應(yīng)將轉(zhuǎn)速限制適當(dāng)調(diào)小。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(duì)機(jī)、槳配合的影響同裝載量增多的情況的相同。逆風(fēng)航行時(shí)，風(fēng)力會(huì)使船舶的空氣阻力增加，順風(fēng)航行時(shí)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(2)大風(fēng)浪天氣航行條件下風(fēng)力對(duì)機(jī)槳配合特性的影響風(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。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，要隨時(shí)用舵效來補(bǔ)償，因此增加了舵的制動(dòng)作用，使船舶附體阻力增加，航速降低。舵角對(duì)航速和推力的影響風(fēng)浪天航行：◆還有螺旋槳的推進(jìn)效率因素。對(duì)推進(jìn)裝置的綜合影響如下：風(fēng)浪對(duì)航速和推力的綜合影響需要特別指出的是：◆在大風(fēng)浪中航行的船舶，槳可能露出水面，◆這時(shí)阻力矩大大降低，槳的特性曲線變得極為平坦?！暨@時(shí)如果噴油泵操縱桿位置不變，柴油機(jī)功率將大大超過螺旋槳所吸收的功率，柴油機(jī)扭矩大大超過螺旋槳的阻轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速上升，當(dāng)超過標(biāo)定轉(zhuǎn)速的15%時(shí)，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**.2、船舶進(jìn)入淺水或窄航道航行船舶在淺水中航行時(shí)◆由于船體周圍的水流從深水的三元流動(dòng)變?yōu)橹饕嵌鲃?dòng)，◆水流與船體的相對(duì)速度增加，使摩擦阻力、渦流阻力和興波阻力均相對(duì)增大，因此船舶在深水和淺水中航行時(shí)所遇到的阻力隨航速變化的情況是不同的。航速對(duì)淺水阻力的影響1－深水阻力曲線；2－淺水阻力曲線根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果◆船在深水中航行時(shí)的阻力與航速的二次方成正比◆而在淺水航行時(shí)阻力的變化規(guī)律很不規(guī)則。

一般運(yùn)輸船：◆淺水航速一般小于：.由深水進(jìn)入淺水航行時(shí)，阻力一般都會(huì)增加，并會(huì)產(chǎn)生船體下沉和后傾現(xiàn)象。一般運(yùn)輸船：◆淺水航速一般小于：由深水進(jìn)入淺水航行時(shí)，阻力一般都會(huì)增加，并會(huì)產(chǎn)生船體下沉和后傾現(xiàn)象。淺水影響是相對(duì)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(yàn)表明◆若h/d>4，淺水影響不太明顯，航道越淺（即h/d越?。?，摩擦阻力增加越顯著?！粼谕瑯铀顥l件下，淺水對(duì)摩擦阻力的影響隨航速的提高而增大。窄水道對(duì)船舶阻力的影響與淺水是類似的◆窄水道的影響也是相對(duì)的，它與航速和航道相對(duì)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。船舶的航行狀態(tài)處于變化過程的機(jī)槳配合工況稱為機(jī)動(dòng)航行工況，又稱過渡工況。船舶機(jī)槳配合點(diǎn)處于變化中◆主機(jī)的轉(zhuǎn)速和船速一直處在變化中。這樣的工況主要包括：◆系泊工況(機(jī)動(dòng)航行特例)◆起航加速工況◆轉(zhuǎn)向工況◆倒航工況等。2.船舶在各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下推進(jìn)裝置工況配合特性2.船舶在各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下1、船舶拖曳（頂推）作業(yè)船舶在進(jìn)行拖曳作業(yè)時(shí)，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：在沒有拖曳負(fù)荷時(shí)，◆槳的有效推力等于船舶阻力；在有拖曳負(fù)荷時(shí)，◆槳的有效推力等于船舶阻力和拖曳力之和；2、系泊工況船舶制造或大修后，◆在試航前，為了檢驗(yàn)主、副機(jī)及其它設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況和性能，需要在碼頭上進(jìn)行一系列試驗(yàn)。船舶在不動(dòng)的情況下（船舶系在系纜樁上），主機(jī)和螺旋槳的運(yùn)轉(zhuǎn)配合情況稱為系泊工況。◆船速為零，◆進(jìn)程比λ＝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(shí)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(shí)，主機(jī)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。系泊工況實(shí)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(shí)◆主機(jī)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。（3）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(jī)、槳的運(yùn)行情況稱為起航工況?！舸霸谟奢^低穩(wěn)定航速變?yōu)檩^高穩(wěn)定航速過程中機(jī)、槳的運(yùn)行情況稱加速工況。而起航和加速工況◆都是一種過渡（動(dòng)態(tài)）工況，◆λ是時(shí)刻變化的..因此船、機(jī)、槳配合點(diǎn)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(gè)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(shí)航速基本未變，或接近于零（起航時(shí)）或接近于恒速（加速時(shí)），槳的特性曲線變得很陡（λ很小），◆2槳轉(zhuǎn)速緩慢提高階段.由于航速的逐漸提高，λ變大，其特性曲線逐漸變平坦所致。船舶起航工況時(shí)機(jī)、槳配合特性◆與起航工況基本相似，其差別僅在于：加速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?！赳{駛室要求定速航行時(shí)的操作就是常見的一種加速工況加速工況的機(jī)槳配合特性在減速操作時(shí)◆則要避免轉(zhuǎn)速低于車鐘要求和自動(dòng)停車5、船舶轉(zhuǎn)向船舶轉(zhuǎn)向時(shí)◆舵要偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，◆船舶阻力要比直線航行時(shí)有所增加，◆航速降低，◆進(jìn)程比λ減小，◆螺旋槳特性曲線變陡。這時(shí)要注意觀察實(shí)際負(fù)荷的大小，必要時(shí)要減小油門格數(shù)，以防止超負(fù)荷。采用雙機(jī)雙槳推進(jìn)時(shí)，船在轉(zhuǎn)向時(shí)◆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(shí)負(fù)荷變輕，很快又逐漸增加，所以外槳轉(zhuǎn)速開始時(shí)升高，而后又下降。應(yīng)降低主機(jī)轉(zhuǎn)速，避免在高航速時(shí)用大舵角轉(zhuǎn)向。船