第五章船机桨工况配合特性.pptx
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1、Company Logo1、基本概念、基本概念一、一、船、机、桨三者的能量关系船、机、桨三者的能量关系 船舶主机、螺旋桨和船体三者是一个能量的平船舶主机、螺旋桨和船体三者是一个能量的平衡系统。主机是能量的发生器,螺旋桨为能量衡系统。主机是能量的发生器,螺旋桨为能量的转换器,后者将主机发出的旋转能转换为推的转换器,后者将主机发出的旋转能转换为推进能使船体运动。船体为能量的需求者,螺旋进能使船体运动。船体为能量的需求者,螺旋桨的推进能用于克服船体的运动阻力。桨的推进能用于克服船体的运动阻力。Company Logo二、特性、配合与工况二、特性、配合与工况 1、特性、特性 船、机、桨三者的合理配合,
2、可使能量得到最佳船、机、桨三者的合理配合,可使能量得到最佳的转换。转换的理论基础就是能量守恒与转换定的转换。转换的理论基础就是能量守恒与转换定律,即船、机、桨系统的相互平衡。这种平衡表律,即船、机、桨系统的相互平衡。这种平衡表现在两个方面:运动的平衡关系和动力的平衡关现在两个方面:运动的平衡关系和动力的平衡关系。这些关系由它们三者各自的特性所决定。系。这些关系由它们三者各自的特性所决定。Company Logo2、特性曲线、特性曲线 所谓特性曲线,就是把船、机、桨三者随转速变所谓特性曲线,就是把船、机、桨三者随转速变化的一些技术、经济参数,分别或集中地用图表化的一些技术、经济参数,分别或集中地
3、用图表示出来,以了解它们的变化特点、配合关系和工示出来,以了解它们的变化特点、配合关系和工作范围等。作范围等。3、配合点、配合点 在某一工作条件下,船、机、桨三者的转速与能在某一工作条件下,船、机、桨三者的转速与能量均相等的点称为量均相等的点称为“配合点配合点”,也称,也称“平衡点平衡点”。Company Logo4、推进装置的工况、推进装置的工况 推进装置的工况,是指船、机桨三者配合工作时推进装置的工况,是指船、机桨三者配合工作时的运转状况,包括:的运转状况,包括:以转速以转速n为变量的工况为变量的工况以负荷以负荷Pe(或轴的扭矩或轴的扭矩Mp)为变量的工况为变量的工况以以n(或(或Vs与与
4、Ve或或Mp)并同时均为变量的工况)并同时均为变量的工况Company Logo5、变工况、变工况 由于船、机、桨的工作条件总是在不断变化,因由于船、机、桨的工作条件总是在不断变化,因此,船舶在实际运行中常常偏离设计平衡点,我此,船舶在实际运行中常常偏离设计平衡点,我们将那些偏离设计负荷平衡点的工况统称为变工们将那些偏离设计负荷平衡点的工况统称为变工况。变工况是经常发生的,例如:况。变工况是经常发生的,例如:船舶航行条件的变化船舶航行条件的变化操纵方式的变化操纵方式的变化船、机、桨自身性能的变化船、机、桨自身性能的变化Company Logo2、船、机、浆的基本特性、船、机、浆的基本特性一、船
5、舶柴油机的基本特性一、船舶柴油机的基本特性 柴油机在运转过程中变化的主要参数为转速和有柴油机在运转过程中变化的主要参数为转速和有效功率效功率(或平均有效压力、或转矩或平均有效压力、或转矩)。1、柴油机的翰出功率及转矩、柴油机的翰出功率及转矩柴油机的功率:柴油机的功率:柴油机的转矩:柴油机的转矩:Company Logo2、柴油机的特性、柴油机的特性 当柴油机工况发生变化时,柴油机的性能及主当柴油机工况发生变化时,柴油机的性能及主要参数随工况改变相应变化。要参数随工况改变相应变化。所谓柴油机的特性,就是指柴油机的性能指所谓柴油机的特性,就是指柴油机的性能指标及主要参数与运转情况之间的变化关系,主
6、标及主要参数与运转情况之间的变化关系,主要有:速度特性、负荷特性、调速特性、万有要有:速度特性、负荷特性、调速特性、万有特性及减额功率输出特性、限制特性、推进特特性及减额功率输出特性、限制特性、推进特性等。性等。Company Logo(一)速度特性(一)速度特性(外特性外特性)柴油机运转中,只改变转变柴油机运转中,只改变转变n,而,而Pe保持不变,保持不变,这种运转特性称为速度特性或外特性。这种运转特性称为速度特性或外特性。它表达柴油机的技术经济指标随转速或航速的变它表达柴油机的技术经济指标随转速或航速的变化关系,通常用以表示主机的工作性质。化关系,通常用以表示主机的工作性质。Company
7、 Logo 根据油泵齿条固定的位置不同,外特性分为以下根据油泵齿条固定的位置不同,外特性分为以下几种:几种:1h功率特性功率特性12h功率特性功率特性标定外特性标定外特性部分外特性部分外特性(二)调速特性(二)调速特性 在调速器作用下柴油机的功率、转矩与其转速的在调速器作用下柴油机的功率、转矩与其转速的关系叫做柴油机的调速特性。关系叫做柴油机的调速特性。Company Logo(三)负荷特性(三)负荷特性 负荷特性是指在某一固定不变的转速下,柴油机负荷特性是指在某一固定不变的转速下,柴油机的性能参数随负荷户的性能参数随负荷户Pe变化的规律。负荷特性的变化的规律。负荷特性的实际意义:实际意义:确
8、定非增压柴油机的标定工况确定非增压柴油机的标定工况使负荷特性易测定,常在柴油机调试、改变设计使负荷特性易测定,常在柴油机调试、改变设计时用作检验调试效果,所以又称之为调整特性时用作检验调试效果,所以又称之为调整特性作为带发电机工作的特性作为带发电机工作的特性测出不同转速的负荷特性,用于制取万有特性等,测出不同转速的负荷特性,用于制取万有特性等,负荷特性可与速度特性综合出其它任何一种实用负荷特性可与速度特性综合出其它任何一种实用工况的特性工况的特性Company Logo(四)万有特性(四)万有特性 在柴油机的运转范围中,在柴油机的运转范围中,在同一转速下用几个不同在同一转速下用几个不同的喷油量
9、作试验,并将有的喷油量作试验,并将有关结果记录下来;再分别关结果记录下来;再分别固定各档转速,供人不同固定各档转速,供人不同喷油量;进行行试验将结喷油量;进行行试验将结果按果按P、n、ge、QD等参等参数整理绘制成图,即得万数整理绘制成图,即得万有特性曲线,如图所示有特性曲线,如图所示Company Logo(五)柴油机的推进特性(五)柴油机的推进特性当柴油机作为船舶主机带螺旋桨,按螺旋桨特性当柴油机作为船舶主机带螺旋桨,按螺旋桨特性(P=cn3)工作时,为柴油机的推进特性。)工作时,为柴油机的推进特性。推进特性的实际意义:推进特性的实际意义:根据柴油机的工作能力合理地设计、选用螺旋桨根据柴油
10、机的工作能力合理地设计、选用螺旋桨确定使用中功率与转速的配合点确定使用中功率与转速的配合点确定推确定推(拖拖)船舶在各种工况下的负荷船舶在各种工况下的负荷用以确定船舶的经济航速用以确定船舶的经济航速Company Logo(六)柴油机减额功率输出特性(六)柴油机减额功率输出特性 降低柴油机的耗油率的方法之一就是提高气缸内降低柴油机的耗油率的方法之一就是提高气缸内的最大爆发压力的最大爆发压力Pmax与平均有效压力与平均有效压力pe的比值。的比值。Pmax是柴油机结构强度的设计依据,在设计时是柴油机结构强度的设计依据,在设计时已确定,而柴油机的功率是否已确定,而柴油机的功率是否Pe和转速和转速n的
11、乘积的乘积成正比,一般把最大待续功率点成正比,一般把最大待续功率点(MCR)时的时的pe值值降低,作为新的标定点,而此时的降低,作为新的标定点,而此时的Pmax仍维持仍维持与与MCR相对应的值不变,这样就提高了相对应的值不变,这样就提高了Pmax与与Pe的比值,实现了比的比值,实现了比MCR低的燃油耗率。低的燃油耗率。Company Logo二、船舶航行阻力特性二、船舶航行阻力特性 船舶在航行时,受到空气和水这两种介质的阻力。船舶在航行时,受到空气和水这两种介质的阻力。一般民用船舶的阻力,以摩擦阻力为主。水对船一般民用船舶的阻力,以摩擦阻力为主。水对船体的总阻力与航行速度的体的总阻力与航行速度
12、的m次方成正比即:次方成正比即:若航速为若航速为Vs时,其船体总阻力为时,其船体总阻力为R,则直接用于,则直接用于克服船体阻力所需的功率克服船体阻力所需的功率PE为为Company Logo三、船舶螺旋桨推进特性三、船舶螺旋桨推进特性 船舶螺旋桨推进特性主要反映螺旋桨的推力船舶螺旋桨推进特性主要反映螺旋桨的推力T和和扭矩扭矩Q、推力系数、推力系数KT、转矩系数转矩系数KQ,以及桨的以及桨的敞水效率等随船速和进速系数敞水效率等随船速和进速系数J的变化关系。的变化关系。式中:式中:Company Logo 如右图所示如右图所示KT、KQ及及其随其随J变化规律和关系。变化规律和关系。在给定船舶中,其
13、桨在给定船舶中,其桨径为定值,径为定值,J仅随仅随Va/n而变化,当而变化,当Va/n为常为常数时,数时,KT、KQ为定值,为定值,故桨的有效推力故桨的有效推力Te和和转矩转矩Q与转速的平方成与转速的平方成正比,即正比,即Company Logo 螺旋桨所需的功率可写成:螺旋桨所需的功率可写成:式中的式中的Q用上页公式代入可用上页公式代入可知知Pp与转速的立方成正比与转速的立方成正比 左图示出了在不同进速左图示出了在不同进速J时,时,T(Q)和)和Pn与与n之间的函之间的函数关系,可知:当数关系,可知:当n一定时,一定时,随随J的减小,的减小,T(Q)和)和Pp均要相应增大:均要相应增大:J保
14、持不变保持不变时,时,T与与Q两参数均随两参数均随n的的平方成比例关系。平方成比例关系。Company Logo四、航速与转速的转换关系四、航速与转速的转换关系 在船的阻力特性是用其随航速的变化关系来表示在船的阻力特性是用其随航速的变化关系来表示的,螺旋桨及主机的特性则是用其主要技术参数的,螺旋桨及主机的特性则是用其主要技术参数随转速的变化关系来表示的。因此,必须了解航随转速的变化关系来表示的。因此,必须了解航速与转速之间的相互关系,建立两者能够相互转速与转速之间的相互关系,建立两者能够相互转换的关系式。换的关系式。船舶在稳定工况航行时,螺旋桨产生的有效推力船舶在稳定工况航行时,螺旋桨产生的有
15、效推力和船舶阻力和船舶阻力R是相等的,即:是相等的,即:Company Logo 故由故由 和和 可得可得 对于已设计建造的船舶,其线性与尺度是已对于已设计建造的船舶,其线性与尺度是已定的,当船舶的航行状态也保持一定时,上定的,当船舶的航行状态也保持一定时,上式的系数式的系数AR、CT可看成常数。可看成常数。令令 ,则,则n=KVs,即为航速与,即为航速与转速的关系。转速的关系。Company Logo3、船、机、浆的能量转换与配合性质、船、机、浆的能量转换与配合性质一、推进装置机械能的传递过程一、推进装置机械能的传递过程 船舶主机的功率在传递至螺旋桨的过程中,有一船舶主机的功率在传递至螺旋桨
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