第三章(輪管)

1、第三章第三章 動(dòng)力裝置的工況配動(dòng)力裝置的工況配 合特性合特性 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 連連連 海海海 事事事 大大大 學(xué)學(xué)學(xué) 本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容 結(jié)束結(jié)束 SEC. 1-船機(jī)槳特性和螺旋槳的選配船機(jī)槳特性和螺旋槳的選配 SEC.2-各種航行工況下推進(jìn)裝置配合特性各種航行工況下推進(jìn)裝置配合特性 結(jié)束結(jié)束 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIV

2、ERSITY 大大大 連連連 海海海 事事事 大大大 學(xué)學(xué)學(xué)第三章 推進(jìn)裝置的工況配合特性 SEC. 1-船機(jī)槳特性和螺旋槳的選配船機(jī)槳特性和螺旋槳的選配 一一 船機(jī)槳的特性船機(jī)槳的特性 二二 船機(jī)槳的相互作用船機(jī)槳的相互作用 三三 航速和轉(zhuǎn)速的關(guān)系航速和轉(zhuǎn)速的關(guān)系 四四 螺旋槳的選配螺旋槳的選配 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 連連連 海海海 事事事 大大大 學(xué)學(xué)學(xué) 一一 船機(jī)槳的特性船機(jī)槳的特性 1 1 船舶阻力特性船舶阻力特性 2 2 螺旋槳推進(jìn)特性螺旋槳

3、推進(jìn)特性 3 3 柴油機(jī)速度特性和工作范圍柴油機(jī)速度特性和工作范圍 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 連連連 海海海 事事事 大大大 學(xué)學(xué)學(xué) 船體的阻力船體的阻力: :水阻力水阻力+ +風(fēng)阻力風(fēng)阻力 阻力特性曲線(xiàn)阻力特性曲線(xiàn) 1 1 船舶阻力特性船舶阻力特性 船體的水阻力船體的水阻力: :摩擦阻力摩擦阻力+ +形狀阻力形狀阻力+ +興波阻力興波阻力 摩擦阻力摩擦阻力: :水與船體表面行程的阻力水與船體表面行程的阻力( (低速民用船較大）低速民用船較大） 形狀阻力形

4、狀阻力: :船首與船尾壓力差船首與船尾壓力差- -壓差阻力壓差阻力( (與船型有關(guān)與船型有關(guān)) ) 興波阻力興波阻力: :船舶航行引起波浪船舶航行引起波浪- -水的反作用力水的反作用力( (高速船較大高速船較大) ) 船舶所受的阻力船舶所受的阻力R:R: (深水時(shí)m=2) m R RAvN 船舶克服阻力所需要的功率船舶克服阻力所需要的功率P PE E 3 10 1.94 E R v PkW 結(jié)論結(jié)論: :深水時(shí)深水時(shí), ,阻力與船速平方成正比阻力與船速平方成正比, ,淺水時(shí)淺水時(shí), ,變化規(guī)律不變化規(guī)律不 規(guī)則規(guī)則; ; 船推進(jìn)功率與船速三次方成正比船推進(jìn)功率與船速三次方成正比 船舶阻力 阻力

5、 a b 興波阻力 圖3-2 船舶阻力特性曲線(xiàn) 船速 摩擦阻力 形狀阻力 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 連連連 海海海 事事事 大大大 學(xué)學(xué)學(xué) 螺旋槳特性：槳推力、轉(zhuǎn)矩、推力系數(shù)、轉(zhuǎn)矩系數(shù)、螺旋槳螺旋槳特性：槳推力、轉(zhuǎn)矩、推力系數(shù)、轉(zhuǎn)矩系數(shù)、螺旋槳 效率隨船速（效率隨船速（轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速）和推進(jìn)系數(shù)（進(jìn)程比）和推進(jìn)系數(shù)（進(jìn)程比）J J的變化關(guān)系。的變化關(guān)系。 p s v J nD 結(jié)論結(jié)論: :特定船舶，在穩(wěn)態(tài)下，推力與轉(zhuǎn)速的平方成正比；轉(zhuǎn)特定船舶，在穩(wěn)態(tài)下，推力與

6、轉(zhuǎn)速的平方成正比；轉(zhuǎn) 矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比；功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比；功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比 2 2 螺旋槳推進(jìn)特性螺旋槳推進(jìn)特性 24 T s T K n D 25 Q s Q K n D 22 p T p sQ T v KJ QnK 2 2 3 eT Q pp TCn QCn PCn 船舶阻力特性曲線(xiàn)船舶阻力特性曲線(xiàn) DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 連連連 海海海 事事事 大大大 學(xué)學(xué)學(xué) 船舶阻力特性曲線(xiàn)船舶阻力特性曲線(xiàn) a3輕載輕載

7、a2重載重載 a1拖曳拖曳 RVS關(guān)系 船舶阻力特性曲線(xiàn)船舶阻力特性曲線(xiàn) 0 VS a1 a2 a3 PRVS關(guān)系 船舶阻力特性曲線(xiàn)船舶阻力特性曲線(xiàn) 0 VS a1 a2 a3 RPR DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 連連連 海海海 事事事 大大大 學(xué)學(xué)學(xué) 船舶阻力特性曲線(xiàn)船舶阻力特性曲線(xiàn) J1J20 e0 減油減油 e0e20則不會(huì)出現(xiàn)影響）則不會(huì)出現(xiàn)影響） （3）淺水、窄水道航行，船舶阻力增加，會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷現(xiàn)象，因此必須適）淺水、窄水道航行，船舶阻力增加，會(huì)

8、出現(xiàn)超負(fù)荷現(xiàn)象，因此必須適 當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，以降低船速，防止柴油機(jī)超負(fù)荷。當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，以降低船速，防止柴油機(jī)超負(fù)荷。 二二 不同氣象和不同航區(qū)中的工況配合特性不同氣象和不同航區(qū)中的工況配合特性 0.3vgh ghvgh3 . 0淺水阻力增加淺水阻力增加 深、淺阻力相同深、淺阻力相同 vgh 淺水阻力小于深淺水阻力小于深 水阻力水阻力 vgh 航速對(duì)淺水阻力的影響航速對(duì)淺水阻力的影響 1 1深水阻力曲線(xiàn)；深水阻力曲線(xiàn)；2 2淺水阻力淺水阻力 曲線(xiàn)曲線(xiàn) R1 R2 R b a 1 2 0.30.60.9v1 ghv/ 0.5vgh DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MA

9、RITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 連連連 海海海 事事事 大大大 學(xué)學(xué)學(xué) 1 1 系泊工況系泊工況 2 2 啟航和加速工況啟航和加速工況 三三 各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的工況配合特性各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的工況配合特性 3 3 轉(zhuǎn)向工況轉(zhuǎn)向工況 4 4 拖曳作業(yè)工況拖曳作業(yè)工況 5 5 緊急倒航工況緊急倒航工況 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 連連連 海海海 事事事 大大大 學(xué)學(xué)學(xué) 1 1 系泊工況系泊工況 系泊工況配

10、合特性系泊工況配合特性 J=0 a b 1 nbnHn P PH Pb 0 新造船舶或大修后，需要進(jìn)行系新造船舶或大修后，需要進(jìn)行系 泊試驗(yàn)，滿(mǎn)意后，要進(jìn)行試航試泊試驗(yàn)，滿(mǎn)意后，要進(jìn)行試航試 驗(yàn)。系泊試驗(yàn)在碼頭進(jìn)行。驗(yàn)。系泊試驗(yàn)在碼頭進(jìn)行。 目的：檢驗(yàn)主副機(jī)和其它設(shè)備的目的：檢驗(yàn)主副機(jī)和其它設(shè)備的 運(yùn)轉(zhuǎn)情況和性能。運(yùn)轉(zhuǎn)情況和性能。 結(jié)論結(jié)論: :系泊試驗(yàn)時(shí)，進(jìn)程比系泊試驗(yàn)時(shí)，進(jìn)程比J=0,J=0,因此推力系數(shù)和扭矩系因此推力系數(shù)和扭矩系 數(shù)最大，螺旋槳特性曲線(xiàn)最陡。一般系泊試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為額數(shù)最大，螺旋槳特性曲線(xiàn)最陡。一般系泊試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為額 定轉(zhuǎn)速的定轉(zhuǎn)速的80808585，以防止柴油機(jī)超負(fù)荷，以防止

11、柴油機(jī)超負(fù)荷( (螺旋槳受到主螺旋槳受到主 機(jī)全負(fù)荷速度特性曲線(xiàn)和主機(jī)最高排氣溫度限制機(jī)全負(fù)荷速度特性曲線(xiàn)和主機(jī)最高排氣溫度限制) )。 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 連連連 海海海 事事事 大大大 學(xué)學(xué)學(xué) 2 2 啟航和加速工況啟航和加速工況 啟航工況：航速為零加速到穩(wěn)定航速過(guò)程中機(jī)、槳的運(yùn)行情況啟航工況：航速為零加速到穩(wěn)定航速過(guò)程中機(jī)、槳的運(yùn)行情況 n / % 100 P / % 0 100n3 n1 nmin b 1 2 3 4 4 4 4 a3 a a

12、 a a3 a2 a1 b1 b2 b3 a2 a3 b2 起航工況起航工況 主機(jī)配置：全制式調(diào)速器和并主機(jī)配置：全制式調(diào)速器和并 具有轉(zhuǎn)速供油量限制環(huán)節(jié)具有轉(zhuǎn)速供油量限制環(huán)節(jié) 啟航和加速過(guò)程啟航和加速過(guò)程： （1）螺旋槳轉(zhuǎn)速迅速增加）螺旋槳轉(zhuǎn)速迅速增加 （2）螺旋槳轉(zhuǎn)速緩慢增加）螺旋槳轉(zhuǎn)速緩慢增加 極限調(diào)速器主機(jī)起航時(shí)，為嚴(yán)格執(zhí)行駕駛極限調(diào)速器主機(jī)起航時(shí)，為嚴(yán)格執(zhí)行駕駛 臺(tái)命令，輪機(jī)員應(yīng)及時(shí)減少油門(mén)，以保證臺(tái)命令，輪機(jī)員應(yīng)及時(shí)減少油門(mén)，以保證 轉(zhuǎn)速不變。但不應(yīng)調(diào)節(jié)過(guò)大而停車(chē)。轉(zhuǎn)速不變。但不應(yīng)調(diào)節(jié)過(guò)大而停車(chē)。 極限調(diào)速器主機(jī)加速時(shí)，輪機(jī)員應(yīng)逐漸增極限調(diào)速器主機(jī)加速時(shí)，輪機(jī)員應(yīng)逐漸增 加油門(mén)，避

13、免柴油機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。加油門(mén)，避免柴油機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。 現(xiàn)在柴油機(jī)的調(diào)速器并非極限調(diào)速都增加了加速限現(xiàn)在柴油機(jī)的調(diào)速器并非極限調(diào)速都增加了加速限 制、轉(zhuǎn)矩限制和增壓空氣壓力限制環(huán)節(jié)，避免了柴制、轉(zhuǎn)矩限制和增壓空氣壓力限制環(huán)節(jié)，避免了柴 油機(jī)啟航和加速過(guò)程超負(fù)荷現(xiàn)象的發(fā)生油機(jī)啟航和加速過(guò)程超負(fù)荷現(xiàn)象的發(fā)生 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 連連連 海海海 事事事 大大大 學(xué)學(xué)學(xué) 2 2 啟航和加速工況啟航和加速工況 不正確的加速過(guò)程：不正確的加速過(guò)程： a1-B 加速第

14、一階段加速第一階段 B-a 加速的第二階段加速的第二階段 (a) B a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a1 A P PH n nH n (b) B a 5 4 b A C P nbnH n 1 2 3 A1 A2 ncnmin 加速加速/減速減速 工況配合特性工況配合特性 PH 加速工況：從某一船速加速到更高的船速加速工況：從某一船速加速到更高的船速 正確的加速過(guò)程：正確的加速過(guò)程： 逐漸加大油門(mén)的方法逐漸加大油門(mén)的方法 a1-1-2-3-4-5-6-7-8-a 實(shí)船加速：負(fù)荷程序?qū)嵈铀伲贺?fù)荷程序 加速過(guò)程需要加速過(guò)程需要3040min 減速過(guò)程減速過(guò)程: : b-B 可能造成柴油機(jī)

15、自動(dòng)停車(chē)可能造成柴油機(jī)自動(dòng)停車(chē) B-1-2-3-4-5-C可避免自動(dòng)停車(chē)可避免自動(dòng)停車(chē) DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 連連連 海海海 事事事 大大大 學(xué)學(xué)學(xué) 3 3 轉(zhuǎn)向工況轉(zhuǎn)向工況 船舶轉(zhuǎn)向船舶轉(zhuǎn)向- -阻力增加阻力增加, ,船速降低船速降低,J,J減小減小, ,柴油機(jī)轉(zhuǎn)速降低柴油機(jī)轉(zhuǎn)速降低 極限式調(diào)速器主機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)不要因轉(zhuǎn)速下降而加油門(mén)極限式調(diào)速器主機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)不要因轉(zhuǎn)速下降而加油門(mén) 全制式調(diào)速器會(huì)自動(dòng)加大油門(mén)保持轉(zhuǎn)速不變?nèi)剖秸{(diào)速器會(huì)自動(dòng)加大油門(mén)保持轉(zhuǎn)速不變,

16、如果超負(fù)如果超負(fù) 荷荷,可適當(dāng)減小轉(zhuǎn)速設(shè)定值可適當(dāng)減小轉(zhuǎn)速設(shè)定值(油門(mén)會(huì)減少油門(mén)會(huì)減少) 雙機(jī)雙槳船轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外機(jī)的負(fù)載變化雙機(jī)雙槳船轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外機(jī)的負(fù)載變化 轉(zhuǎn)向側(cè)的螺旋槳轉(zhuǎn)向側(cè)的螺旋槳-內(nèi)槳內(nèi)槳(負(fù)荷最大負(fù)荷最大,易超負(fù)荷易超負(fù)荷) 轉(zhuǎn)向外測(cè)的螺旋槳轉(zhuǎn)向外測(cè)的螺旋槳-外槳外槳(負(fù)荷小負(fù)荷小) DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 連連連 海海海 事事事 大大大 學(xué)學(xué)學(xué) 3 3 轉(zhuǎn)向工況轉(zhuǎn)向工況 內(nèi)槳 1 2 345 601001401808012016040200 2

17、400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 4200 2700 外槳 100% n 120 110 100 轉(zhuǎn)角/ 內(nèi)槳轉(zhuǎn)向時(shí)負(fù)荷大內(nèi)槳轉(zhuǎn)向時(shí)負(fù)荷大, ,轉(zhuǎn)速下降轉(zhuǎn)速下降, , 容易超負(fù)荷容易超負(fù)荷. . P/0.74kW r/min 外槳轉(zhuǎn)向時(shí)負(fù)荷小外槳轉(zhuǎn)向時(shí)負(fù)荷小, ,然后增大然后增大, , 轉(zhuǎn)速升高轉(zhuǎn)速升高, ,然后下降然后下降. . 結(jié)論結(jié)論: :盡量避免在高船速下盡量避免在高船速下, ,大大 舵角轉(zhuǎn)向舵角轉(zhuǎn)向, ,否則內(nèi)槳可能超負(fù)荷否則內(nèi)槳可能超負(fù)荷 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNI

18、VERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 連連連 海海海 事事事 大大大 學(xué)學(xué)學(xué) 4 4 拖曳工況拖曳工況 拖曳特點(diǎn)拖曳特點(diǎn): : 拖曳作業(yè)的配合特性拖曳作業(yè)的配合特性 ZRTe 結(jié)論結(jié)論: :拖曳作業(yè)時(shí)，減油門(mén)，防止負(fù)荷過(guò)高；防止排溫過(guò)高拖曳作業(yè)時(shí)，減油門(mén)，防止負(fù)荷過(guò)高；防止排溫過(guò)高 自航時(shí)適當(dāng)減油門(mén)，防止輕載超速自航時(shí)適當(dāng)減油門(mén)，防止輕載超速 1 a b c PZ PR Pe Pa Pb vavb v (a) B A a b TZ TR Te Ta Tb vavb v (b) 2 0 0 無(wú)拖曳時(shí)無(wú)拖曳時(shí): :槳的槳的 有效推力有效推力= =船舶阻船舶阻 力力 有拖曳時(shí)有拖曳時(shí): :拖曳力拖曳力 隨船速提高而增隨船速提高而增 加加 DALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITYDALIAN MARITIME UNIVERSITY 大大大 連連連 海海海 事事事 大大大 學(xué)學(xué)學(xué) 5 5 船舶倒航工況船舶倒航工況 緩慢減速過(guò)程緩慢減速過(guò)程: : （第一象限）（第一象限） 緩慢加速過(guò)程緩慢加速過(guò)程 （第三象限）（第三象限） 不同航速下的不同航速下的M M n n的變化羅賓遜圖的變化羅賓遜圖 緊急倒車(chē)工況緊急倒車(chē)工況緊