輪機概論：第四章 船舶推進(jìn)裝置

第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.2傳動軸系4.3螺旋漿及螺旋槳特性

4.4可調(diào)螺距螺旋槳

4.1推進(jìn)裝置類型及特點第四章船舶推進(jìn)裝置4.5船舶推進(jìn)裝置管理

第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.1推進(jìn)裝置類型及特點4.1.1直接傳動(DirectTransmission)主機的動力直接經(jīng)軸系傳給螺旋槳，螺旋槳與主機始終保持相同的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。(★★★)

4.1.2間接傳動(Indirecttransmission)主機和軸系之間設(shè)減速器和離合器的傳動方式。主機可以不變速、不換向、可設(shè)軸帶發(fā)電機。(★★★)

軸系主機螺旋槳減速器/離合器第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering直接傳動間接傳動優(yōu)點缺點整個動力裝置的重量尺寸大，要求主機有可反轉(zhuǎn)性能，非設(shè)計工況下運轉(zhuǎn)時經(jīng)濟(jì)性差，船舶微速航行速度受到主機最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的限制。（1）結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)管理方便。（2）經(jīng)濟(jì)性好，傳動損失少，效率高。（3）工作可靠，使用壽命長。軸系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動效率低。（1）主機轉(zhuǎn)速不受螺旋槳要求低轉(zhuǎn)速的限制。（2）軸系布置比較靈活。（3）主機不用換向，結(jié)構(gòu)簡單，機動性高（4）利于多機并車運行及設(shè)置軸帶發(fā)電機第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.1.4、電力傳動（Electricaltransmission）原動機帶動發(fā)電機發(fā)電，將發(fā)出的電送到配電板，再由配電板直接或經(jīng)過變流器或變頻器供給推進(jìn)電動機，從而驅(qū)動螺旋槳運轉(zhuǎn)的一種傳動方式。(★★★)

優(yōu)點：機艙布置靈活；可選用中、高速不可逆轉(zhuǎn)原動機；可均勻、大范圍地調(diào)節(jié)推進(jìn)電動機轉(zhuǎn)速；船舶操縱性好，倒車功率大，反轉(zhuǎn)迅速；推進(jìn)電動機對外界負(fù)荷的變化適應(yīng)性好，可以短時間堵轉(zhuǎn)；可消除螺旋槳對原動機的振動沖擊，船舶振動大大減輕；在柴油機—電力推進(jìn)裝置中，可采用分機組修理的方法，以縮短因船舶修理而造成的停航時間。

(★★)缺點：兩次能量轉(zhuǎn)換，傳動效率低；控制系統(tǒng)復(fù)雜，管理維護(hù)難度大。第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering吊艙式（pod）電力推進(jìn)器（也稱“動力舵”）的諸多優(yōu)點更加速了電力推進(jìn)的發(fā)展，增大了電力推進(jìn)在船舶，尤其在滾裝船、拖船、破冰船等上的市場占有率

第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.1.4Z型傳動(Z-Typedrive)主機經(jīng)萬向軸和軸系帶動螺旋槳、螺旋槳軸可360

回轉(zhuǎn)，船舶不設(shè)舵。(★★★)

1-主機2-聯(lián)軸器3-離合器4-萬向軸5-滑動軸承6-彈性聯(lián)軸節(jié)7-滾動軸承8-上水平軸9-上部螺旋錐齒輪10-渦輪蝸桿裝置11-齒式聯(lián)軸器12-垂直軸13-螺旋槳14-下部螺旋錐齒輪15-下水平軸16-旋轉(zhuǎn)套筒17-支架優(yōu)點：(1)省舵、尾軸管，船尾形狀簡單，阻力??；(2)操縱性能好，可原地回轉(zhuǎn)；(4)主機不用換向，壽命延長;(3)與中高速機連用，且不設(shè)單獨的減速裝置；(5)檢修不需進(jìn)塢缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功率受限，適用于小型船舶，特別適用港口作業(yè)和狹窄航道航行的船舶第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering除以上四種傳動方式外，尚有調(diào)距槳裝置、噴水推進(jìn)器傳動裝置等。由于發(fā)動機、傳動設(shè)備、傳動方式及推進(jìn)器的類型很多，因此它們可以組成多種推進(jìn)裝置。第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.2傳動軸系4.3螺旋漿及螺旋槳特性

4.4可調(diào)螺距螺旋槳

4.1推進(jìn)裝置類型及特點第四章船舶推進(jìn)裝置4.5船舶推進(jìn)裝置管理

第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.2傳動軸系1-螺旋槳；2-尾尖艙壁；3-尾軸管；4-尾軸管前密封；5-尾軸管首軸承；6-尾軸管尾軸承；7-連軸法蘭；8-螺旋槳軸；9-中間軸軸頸；10-隔艙壁填料函；11-隔艙壁；12-連接法蘭；13-推力軸；14-推力環(huán)；15-飛輪或減速齒輪

軸系位于主機（或傳動裝置）的輸出法蘭和螺旋槳之間，它由傳動軸（包括推力軸、中間軸和尾軸）、支撐傳動軸用的軸承（包括推力軸承、中間軸承和尾軸承）、傳遞設(shè)備（聯(lián)軸器、減速器、離合器等）和軸系附件（包括密封、潤滑及冷卻等設(shè)備）組成。

4.2.1、軸系的組成、作用和工作條件1）組成

(★★★)

第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering2）作用

(★★)

把柴油機曲軸的動力矩傳給螺旋槳，以克服螺旋槳在水中轉(zhuǎn)動的阻力矩，同時又把螺旋槳產(chǎn)生的推力傳給推力軸承，以克服船舶航行中的阻力。N·m扭矩推力kN軸系承受著很大的扭矩、推力和由此而產(chǎn)生的扭應(yīng)力和壓應(yīng)力。另外，軸系和螺旋槳的重量以及其它附件的作用，使軸系產(chǎn)生彎曲應(yīng)力；安裝誤差、船體變形、軸系的扭轉(zhuǎn)振動、橫向振動、縱向振動以及螺旋槳的不均勻水動力作用等還會在軸系中產(chǎn)生附加應(yīng)力。

3）工作條件第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.2.2、推力軸和推力軸承(Thrustshaft,thrustbock)(★★★)

1-連接法蘭；2-軸干；3-甩油環(huán)；4-軸頸;5-推力環(huán)系軸向定位。1-推力環(huán)；2、5-調(diào)節(jié)圈；3、4-推力塊；6、7-壓板推力傳遞過程

(★★★)螺旋槳→推力環(huán)→油膜→推力塊→推力軸承座→船體第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.2.3、中間軸和中間軸承(Intermediateshaft&bearing)★L(fēng)/3L連接法蘭中間軸承中間軸作用：連接推力軸和尾軸，傳遞扭矩及推力，承受中間軸重量，軸線定位。靠近尾軸的中間軸承設(shè)有上、下軸瓦外，其它中間軸承只有下瓦。另外，為了減少相應(yīng)軸段產(chǎn)生過大的撓度，造成法蘭對中安裝困難，中間軸承應(yīng)安置在使軸承中心到連接法蘭端面的距離等于0.2L處（一段中間軸的長度）第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.2.4、尾軸及尾軸管裝置(Propellershaft,sterntube)尾軸承根據(jù)使用材料的不同，有鐵梨木式、層壓板式、橡膠式及白合金式等不同形式。除白合金尾軸承采用潤滑油潤滑外，其它形式的尾軸承均直接用海水潤滑。

第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering尾尖艙水作為尾軸冷卻，其管理注意事項第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.2傳動軸系4.3螺旋漿及螺旋槳特性

4.4可調(diào)螺距螺旋槳

4.1推進(jìn)裝置類型及特點第四章船舶推進(jìn)裝置4.5船舶推進(jìn)裝置管理

第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.3螺旋漿及螺旋槳特性

4.3.1、結(jié)構(gòu)第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering主機驅(qū)動螺旋槳轉(zhuǎn)動，克服螺旋槳轉(zhuǎn)動的阻力矩，產(chǎn)生對水向后或向前的推力，并受到水的反作用力而產(chǎn)生對船向前或向后的推力，使船舶前進(jìn)或后退。4.3.2、工作原理(★★★)

H-螺距(Pitch)定距槳

為常數(shù)，變距槳

變化。漿葉扭曲的原因：為得到不同半徑處的葉素具有大致相同的螺距，隨R的增加，螺距角θ應(yīng)逐漸減少通常以0.7倍或2/3倍螺旋槳半徑處的螺距代表螺旋槳的螺距，此值約等于螺旋槳的平均螺距。一般將槳葉上各點處螺距完全相等的螺旋槳稱為均螺距螺旋槳。第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering(2)螺旋槳進(jìn)程比(★★★)

進(jìn)程hp：螺旋槳轉(zhuǎn)一周，軸向?qū)嶋H前進(jìn)距離。因水被推動后移，hp<H?；：螺距與進(jìn)程的差值。hp=H-h進(jìn)程比J:進(jìn)程與螺旋槳直徑的比值。J=hp/D=Vp/nD(Vp=hp·n)Vp:實際航速。轉(zhuǎn)速不變時，

p與船速成正比?；П萐：滑失h與螺距H的比值。S=(H-hp)/H第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering螺旋漿特性曲線結(jié)論：槳的推力、扭矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，吸收的功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比。4.3.3、螺旋槳工作特性★漿的推力：T=K1ρn2D4=C1n2漿的扭力矩：M=K2ρn2D5=C2n2漿的效率：槳的功率：P=2nM=Cn3第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering阻力增加，進(jìn)程hp減小，J減少，K1、K2、C1、C2、C增加，特性曲線變陡，反之變平坦。變矩漿的螺距角越大，即螺距H越大(進(jìn)程hp越小)，特性曲線越陡。螺旋漿的無因次特性第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.3.4、影響螺旋槳特性的因素

結(jié)構(gòu)參數(shù)推力T和扭矩M與直徑D分別為四次方和五次方關(guān)系，所需要的功率也是五次方關(guān)系，直徑D對螺旋槳特性影響很大。對于同一直徑的螺旋槳，其螺距比越大即H/D越大，它所需要的功率也越多。

航行工況

螺旋槳特性曲線結(jié)論：船舶阻力增加，航行工況變化時，則進(jìn)程hp和進(jìn)程比J減小，K1、K2及C1、C2、C增加，螺旋槳特性曲線變陡。反之，當(dāng)船舶因輕載、順風(fēng)、減速等原因使船舶阻力減小，螺旋槳特性曲線則變平旦。

螺旋槳的無因次特性

第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering(1)船、機、槳的配合力、力矩和功率的平衡：螺旋槳的推力克服船舶阻力，主機提供螺旋槳推力所需扭矩和功率。

船舶阻力：水力阻力(摩擦阻力、形狀阻力、興波阻力)、風(fēng)力阻力、慣性阻力。

與螺旋槳配合工作時的主機工況點主機發(fā)出功率等于螺旋槳吸收功率，柴油機速度特性曲線與螺旋槳特性曲線的交點。第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering(2)航行條件變化時主機的工況

航行阻力變化主機工況點在各種航行條件下的變化標(biāo)定轉(zhuǎn)矩線I1：工況點a(Pe,ne)阻力增加：III，工況點ab。雖然Pb<Pe,nb<ne，但超轉(zhuǎn)矩。措施：減小油門(特性線2)阻力減?。篒III，工況點ad。雖然未超轉(zhuǎn)矩，但Pd>Pe,nd>ne。措施：減小油門(特性線2)第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering

主機換向和船舶倒航螺旋槳換向及倒轉(zhuǎn)工況全速前進(jìn):(a)

倒車第一階段：停油，轉(zhuǎn)速下降(a-b)(b:正轉(zhuǎn)，扭矩=0)第二階段：水流帶動槳轉(zhuǎn)(b-c-d)(c:正轉(zhuǎn)，負(fù)扭矩=max)(d:停轉(zhuǎn)，負(fù)扭矩)第三階段：倒車起動運轉(zhuǎn)(d-e)(e:倒轉(zhuǎn)，40-60%ne，100%扭矩M)A-全速，B-半速，C-系泊，D-實際第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.2傳動軸系4.3螺旋漿及螺旋槳特性

4.4可調(diào)螺距螺旋槳

4.1推進(jìn)裝置類型及特點第四章船舶推進(jìn)裝置4.5船舶推進(jìn)裝置管理

第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.4可調(diào)螺距螺旋槳

調(diào)距槳：槳葉螺旋面與槳轂可作相對轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)動槳葉來改變螺距。1-伺服油缸；2-動力活塞；3-配油軸套；4-控制滑閥；5-反饋機構(gòu)；6-操縱桿；桿ABC-追隨機構(gòu)

調(diào)距槳裝置動作原理4.4.1、工作原理和組成(★★★)

螺旋槳螺距

主機轉(zhuǎn)速

手柄1

手柄2

雙手柄控制

雙手柄控制

單手柄控制

螺旋槳螺距

主機轉(zhuǎn)速

手柄第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.4.2、工作特性調(diào)距槳工作特性曲線

可視為一系列同直徑具有不同螺距比的定距漿的組合船舶阻力對螺旋槳特性的影響第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering1）優(yōu)點

適應(yīng)性強：調(diào)節(jié)H/D，即可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，從而可是轉(zhuǎn)速保持不變。調(diào)距槳始終給予主機發(fā)出全部功率的能力，以獲得較大推力。動力裝置經(jīng)濟(jì)性好：在非設(shè)計工況下，調(diào)距槳效率比定距槳效率高。這是調(diào)距槳動力裝置經(jīng)濟(jì)性好的原因之一。船舶機動性提高：可通過調(diào)節(jié)主機和槳的螺距來操縱主機。有利于主機向輔機設(shè)備提供動力：主機可定速運轉(zhuǎn)發(fā)電。延長了發(fā)動機的壽命：減少主機起停次數(shù)。便于實現(xiàn)遙控

4.4.3、調(diào)距漿的優(yōu)缺點(★★)

2）缺點：構(gòu)造復(fù)雜，制造工藝高，造價高；機構(gòu)零件多，可靠性不強，需進(jìn)烏維修，帶來營運損失；效率低；槳葉根部易產(chǎn)生空泡第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering調(diào)距槳效率可沿著圖中實線2所示的最高效率包絡(luò)線變化。

部分負(fù)荷下最低油耗率曲線選用n-H/D組合應(yīng)既要使螺旋槳的效率最高，又要使主機的燃油消耗率最低。兼顧兩者進(jìn)行優(yōu)化，使所選的一組配合經(jīng)濟(jì)性最好。

第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4.2傳動軸系4.3螺旋漿及螺旋槳特性

4.4可調(diào)螺距螺旋槳

4.1推進(jìn)裝置類型及特點第四章船舶推進(jìn)裝置4.5船舶推進(jìn)裝置管理

第四章船舶推進(jìn)裝置輪機概論IntroductiontoMarineEngineering