輪機(jī)概論教案.第三章

1、第三章 船舶軸系和推進(jìn)器,樓海軍,第一節(jié) 船舶推進(jìn)裝置的傳動(dòng)方式,根據(jù)動(dòng)力傳遞方式的不同，船舶推進(jìn)動(dòng)力裝置可分為以下幾種。 一、直接傳動(dòng)：1）是主機(jī)的動(dòng)力直接經(jīng)軸系傳給螺旋槳的傳動(dòng)方式，在主機(jī)、軸系和螺旋槳之間沒(méi)有其它的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。運(yùn)轉(zhuǎn)中螺旋槳與主機(jī)始終保持相同的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。2）直接傳動(dòng)推進(jìn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、傳動(dòng)效率高、工作壽命長(zhǎng)、維護(hù)管理方便，為商船所普通采用。只是因?yàn)樵诟咚贂r(shí)螺旋槳效率較低，故只適于和低速主機(jī)連用。如果使用定距槳，必須使用可換向主機(jī)。,二、間接傳動(dòng)：1）是在主機(jī)和軸系之間設(shè)有減速器和離合器等中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的推進(jìn)裝置。齒輪減速器是應(yīng)用最廣泛的一種減速器。減速器和離合器可以單

2、獨(dú)使用，也可共同使用。2）間接傳動(dòng)具有一系列優(yōu)點(diǎn)，如主機(jī)轉(zhuǎn)速可以不受螺旋槳要求低轉(zhuǎn)速的限制；在采用正倒車離合器的裝置中，可使用不換向主機(jī)；有利于多機(jī)并車運(yùn)行及設(shè)置軸帶發(fā)電機(jī)；軸系布置靈活性大等。間接傳動(dòng)主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)效率低。,三、Z型傳動(dòng)：以上傳動(dòng)方式，螺旋槳軸線與傳動(dòng)軸線在一條直線上，稱為直線傳動(dòng)。Z型傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)原理是使用了由兩個(gè)螺旋齒輪副和組成的兩個(gè)直角(亦稱L型)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，把經(jīng)萬(wàn)向傳動(dòng)軸而來(lái)的主機(jī)動(dòng)力傳遞給螺旋槳。1）優(yōu)點(diǎn)：(1)可以省掉舵、尾柱和尾軸管等結(jié)構(gòu)，使船尾形狀簡(jiǎn)單，減少船體阻力；(2)操縱性好。螺旋槳推力方向任意變化，可直接用作轉(zhuǎn)向動(dòng)力，能使船舶實(shí)現(xiàn)原地回轉(zhuǎn)，特別適

3、合于對(duì)定點(diǎn)作業(yè)船舶的控制；(3)可以使用重量輕體積小的中、高速柴油機(jī)，而不需要單獨(dú)的減速齒輪裝置；(4)不需要主機(jī)換向，可以延長(zhǎng)主機(jī)使用壽命。2）應(yīng)用：這種傳動(dòng)裝置傳遞的功率較小，僅適用于小型船舶的推進(jìn)裝置和大型船舶的側(cè)推裝置。,第二節(jié) 軸系的組成,軸系的組成：包括推力軸、左端的尾軸和它們之間的中間軸及相應(yīng)的軸承 一、推力軸和推力軸承：在直接傳動(dòng)裝置中，推力軸與主機(jī)曲軸的飛輪端直接連接；而在間接傳動(dòng)裝置中，它則與齒輪減速器的主齒輪相連。推力軸的功用是將主機(jī)的扭矩傳遞給相鄰的中間軸，同時(shí)把經(jīng)中間軸傳遞來(lái)的螺旋槳推力傳遞給船體，并對(duì)軸系進(jìn)行軸向定位。,圖2 軸系組成簡(jiǎn)圖,1-柴油機(jī) 2-推力軸承

4、3-短軸 4、7、9、12-中間軸承 5、8、10-中間軸 6-隔艙填料箱 11-尾軸 13-螺旋槳 14-尾軸管 15-窗口 16-軸隧 17-水密門 18-機(jī)艙,二、中間軸及中間軸承：中間軸的作用在于連接推力軸和尾軸，并進(jìn)行扭矩及推力的傳遞。中間軸的長(zhǎng)度及軸段數(shù)量取決于主機(jī)布置位置與螺旋槳軸的距離。每段中間軸的軸頸處，均由中間軸承支承，以承受中間軸重量并保持正確的軸線。中間軸承系滑動(dòng)軸承，采用飛濺潤(rùn)滑。 三、螺旋槳軸和尾軸管：螺旋槳軸是軸系的最末一段，因其穿過(guò)尾軸管，也稱做尾軸。它與中間軸尾端相連，并穿過(guò)尾軸管而伸出船外。在尾軸管內(nèi)設(shè)有尾軸承，以支承尾軸和螺旋槳的重量，并吸收螺旋槳引起的徑

5、向振動(dòng)。,尾軸承根據(jù)使用材料的不同，有鐵梨木式、層壓板式、白合金式等不同型式，在小型船舶上橡膠尾軸承也有使用。除白合金尾軸承采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑外，其它型式的尾軸承均直接用海水潤(rùn)滑。鐵梨木經(jīng)海水浸泡后有很好的潤(rùn)滑性能，是良好的尾軸承材料，只是因材料來(lái)源少而價(jià)格較貴。在尾軸管內(nèi)還設(shè)有尾軸密封裝置，以防止海水沿尾軸流入船內(nèi)或在潤(rùn)滑油潤(rùn)滑軸承的情況下防止?jié)櫥吐┬埂?四、螺旋槳及螺旋槳特性：螺旋槳一般有35片槳葉，它可以被看作是具有多頭螺紋的一段短而粗的螺桿，槳葉即是螺紋。當(dāng)螺桿在軸向運(yùn)動(dòng)受限的螺帽中轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，螺桿會(huì)軸向移動(dòng)一個(gè)螺距的位移。假如螺旋槳所推的海水靜止不動(dòng)，螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)一周也將前進(jìn)一個(gè)螺距的距

6、離，并推動(dòng)船舶作同樣的位移。,1，螺距與螺距角：圖3-5中的曲線表示槳葉上距螺旋槳中心半徑為R的某一葉素，在螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)一周過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡。它是一個(gè)空間螺旋線，可被分解為該葉素在槳葉回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)展開直線位移L和軸向移動(dòng)位移H。H即是槳的螺距：L2R(m) 。葉素半徑R，螺距H和螺距角之間的關(guān)系是：H2Rtg(m) 。 定距槳的螺距H為常量。對(duì)于變距槳而言，設(shè)法使槳葉在槳轂上相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，改變螺距角，即可改變螺距H。,2螺旋槳的進(jìn)程比：螺旋槳工作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，它的軸向?qū)嶋H前進(jìn)距離稱為進(jìn)程，用hp表示。實(shí)際上，由于水會(huì)被螺旋槳推動(dòng)后移，進(jìn)程hp并不等于螺距H，其差值稱為滑失。它們之間的關(guān)系是：

7、hpHh (m) ，式中：h滑失，m； H螺距，m。 進(jìn)程與螺旋槳直徑的比值稱為進(jìn)程比，phpDVpnD 式中：p 進(jìn)程比，無(wú)因次量； D螺旋槳直徑，m； Vp實(shí)際航速，ms；(螺旋槳進(jìn)速) n轉(zhuǎn)速，rs。 對(duì)于某一幾何結(jié)構(gòu)一定的螺旋槳，轉(zhuǎn)速不變時(shí)，p與船速Vp 成正比。,3螺旋槳工作特性： 1）推力：TK1n2D4 (N) 。2）阻力矩：MK2n2D5 (N.m) ， 式中：K1，K2推力系數(shù)，扭矩系數(shù)；水的密度，kgm；n螺旋槳轉(zhuǎn)速，rs；D螺旋槳直徑，m。TC1n2 (N) MC2n2 (N-m) 式中：C1K1D4，kgm； C2K2D5， kgm2。3）功率：P2n.M ，P2nC2

8、n2，或 PCn3 (W) 式中：C2nC2， kgm2。 螺旋槳的推力和扭矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，而它所吸收的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。這種關(guān)系繪出的曲線，稱為螺旋槳特性曲線。 船舶阻力的變化，會(huì)引起螺旋槳進(jìn)程入p的改變。船舶阻力增加，則hp減小，p減小，K1、K2及C1、C2、C增加，螺旋槳特性曲線變陡。反之亦然。,第三節(jié) 各種航行條件下主機(jī)的工況,一、船、機(jī)、槳的配合：船舶航行時(shí)受到各種阻力的作用。在螺旋槳推進(jìn)的船舶上，這些阻力即成為螺旋槳的負(fù)荷。螺旋槳必須產(chǎn)生與之相應(yīng)的推力，才能使船舶保持希望的航行狀態(tài)。而螺旋槳產(chǎn)生一定推力所需的扭矩和功率則由主機(jī)提供。它們之間保持著力、扭矩和功率的平

9、衡。 1船舶阻力：船舶航行時(shí)所受到的阻力有：水下部分的水力阻力、水上部分的空氣阻力和船舶加減速時(shí)的慣性阻力。船舶水力阻力有摩擦阻力、形狀阻力和興波阻力三種，它們與船舶航速、排水量、船體線型和污底程度有關(guān)。,試驗(yàn)表明，水對(duì)船體的總阻力R約與船速VS(VP)的平方成正比： RAR.VS2 式中：AS阻力系數(shù)。1）當(dāng)船舶裝載量增加、發(fā)生污底、進(jìn)入狹窄或淺水道航行時(shí)，Ar均會(huì)增加，使水力阻力增大。2）空氣阻力與船舶水上構(gòu)造的迎風(fēng)面積、形狀、風(fēng)向和風(fēng)力大小有關(guān)。3）慣性阻力與包括船舶自重和裝載量在內(nèi)的船舶總排水量有關(guān)。加速時(shí)慣性阻力為正值，減速時(shí)為負(fù)值。 2.與螺旋槳配合工作時(shí)的主機(jī)工作點(diǎn)：忽略傳動(dòng)損失

10、，主機(jī)發(fā)出的功率與螺旋槳吸收的功率相等。如果將柴油機(jī)速度特性曲線和它所帶動(dòng)的螺旋槳的特性曲線畫在一個(gè)座標(biāo)圖上，柴油機(jī)速度特性曲線與螺旋槳特性曲線上的交點(diǎn)，即是它們配合工作的工作點(diǎn)。,二、航行條件變化時(shí)主機(jī)的工況 1，航行阻力變化時(shí)主機(jī)的工況：船舶航行阻力的變化，會(huì)引起螺旋槳進(jìn)程比Ao的改變，從而導(dǎo)致螺旋槳特性曲線的變化，使主機(jī)工作點(diǎn)發(fā)生變化。 如圖3-9所示，如柴油機(jī)以標(biāo)定負(fù)荷速度特性，與具有特性曲線工的螺旋槳配合工作，工作點(diǎn)為a，此時(shí)柴油機(jī)發(fā)出標(biāo)定功率Pe，帶動(dòng)螺旋槳以標(biāo)定轉(zhuǎn)速ne轉(zhuǎn)動(dòng)。如果因裝載量、風(fēng)力、航道變化、船舶污底、起航加速等原因使船舶阻力增加，螺旋槳特性曲線將會(huì)變陡，例如變?yōu)樘匦?/p>

11、曲線。這樣工作點(diǎn)將會(huì)從a點(diǎn)變到b點(diǎn)。此時(shí)，盡管柴油機(jī)功率和轉(zhuǎn)速均低于標(biāo)定值，但已在超扭矩范圍內(nèi)(a點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)連線標(biāo)定扭矩線以上區(qū)域)工作。這對(duì)柴油機(jī)的工作是十分不利的。這時(shí)應(yīng)減小柴油機(jī)油門，以較低負(fù)荷速度特性(如特性線2)工作，使工作點(diǎn)回到標(biāo)定扭矩線以下區(qū)域。切不可為了增加柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和船速而盲目加大油門，使柴油機(jī)嚴(yán)重超負(fù)荷而造成損壞。,反之，當(dāng)船舶阻力減小時(shí)，螺旋槳特性曲線會(huì)變得較為平坦，如特性曲線。工作點(diǎn)將會(huì)由a點(diǎn)變至d點(diǎn)。這時(shí)，盡管柴油機(jī)未超扭矩工作，但柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率均超過(guò)標(biāo)定值ne和Pe，柴油機(jī)也處于超負(fù)荷狀態(tài)。此時(shí)也應(yīng)減小油門，以部分負(fù)荷特性曲線(如曲線2)工作，使柴油機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速均不超過(guò)標(biāo)定值。,2