船、机、桨工况配合特性ppt课件.ppt

一、船、机、架三者的能量关系,61 船、机、桨的基本概念,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，螺旋桨为能量的转换器，后者将主机发出的旋转能（扭矩）转换为推进能（推力）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。,二、特性、配合与工况,1、特性,1）船体的特性 可用阻力航速或有效功率航速特性曲线来描述；2）主机的特性 可用转矩转速或有效功率转速特性曲线来描述；3）螺旋桨的特性 可用螺旋桨转矩螺距比和进速系数的关系；螺旋桨推力螺距比和进速系数的关系特性曲线来描述。,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示出来，以了解它们的变化特点、配合关系和工作范围等。,2、配合点,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系。这些关系由它们三者各自的特性所决定。,在某一工况下，船、机、桨三者的能量均相等的点称为“配合点”，也叫“平衡点”。 在设计状态下的配合点叫“设计配合点”， “设计配合点”通常是最佳配合点。 所谓最佳配合点就是船、机、桨三者的能力都合理、协调、充分发挥的工作配合点。,3、工况,1）设计工况 船、机、桨三者的能量在设计状态点达到平衡。,2）变工况 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工况点，称为变工况。影响工况的因素主要有以下几个：,（1）阻力的变化 如遇风浪、潮水、装载量变化等；（2）操纵的变化 如加速、减速、转弯、倒车等；（3）船、机、桨自身性能的变化 如主机变旧、船舶污 底、螺旋桨表面损坏等。 上述变化将影响船、机、桨的配合，因此在设计、 管理时必须充分考虑。,一、船舶航行阻力特性,62 船、机、桨的基本特性,船体阻力是航速的函数，即：,式中：R 船体的阻力； AR 系数； PE 船体有效马力； VS 航速； m 指数。,一般排水量船舶M2，这个近似关系可以通过模型或实船试验求得。,系数AR与船体线型，与航行情况（装载、拖带、污底）等有关。,各种工况下的阻力曲线,二 柴油机的基本特性,概述,柴油机由于用途和使用条件不同，它在实际运转中的工作状况的变化可分成以下三类：,（1）带动发电机的柴油机 转速恒定，沿兰线工作；,（2）带动螺旋桨的柴油机转速和扭矩之间有规律关系，沿绿线工作；,（3）车用柴油机，转速和扭矩之间没有一定的关系， 转速取决于车速，扭矩取决于装载量和路面阻力。 在阴影面内工作。,Ne,nmax,nmin,n,对一给定的柴油机来讲， Vs、i、 为已知常数。因此， Ne是随 pe、 n而变的函数： Ne= f（pe 、n ）,式中: n 曲轴每分钟转数 r/min； Pe 平均有效压力 Pa； 冲程系数，四中程 = 1/2，二冲程 =1； i 气缸数； V s 气缸工作容积 m3 。,1、柴油机的输出功率,（w）,2、 柴油机输出矩扭Me与PD之间的关系为：,式中： Me柴油机的输出矩扭。,（N-m）,3、柴油机运行规律与参数之间的关系： 1）n变， pe 不变。（即每一个工作循环的喷油量不变） 2）n变， pe也变。 3）n不变， pe 变。 4、柴油机特性概念： 柴油机工作参数（ Ni， Ne，i，e，gi， ge，Me等）和变量Pe、n 之间的函数关系为称柴油机的特性。 5、柴油机特性分类： 柴油机工作参数（ Ni， Ne，i，e，gi， ge，Me等）随转速 n和随平均有效压力Pe而变化的规律分别叫做柴油机的速度特性、负荷特性、调速特性、推进特性、万有特性、减额功率输出特性、限制特性等。,1） 速度特性（外特性） n 变， pe不变，由Ne = f（pe 、n ）知 : Ne n ; Me = f ( pe ) = 常数。 Ne = Me n/9 . 55 = f ( n ) 即 Ne 与 n成直线关系,如下图所示.,实际上有如下因素影响： （1）每循环进气量与n 有关； 2）热态状与n 有关； （3）指示效率的变化； （ 4）每循环喷油量也与n 有关。 因此 pe 是变化的。,外特性的定义 在速度特性线中，把柴油机在喷油量（即 pe）不变时，在各种转速 n下的最大做功能力称为柴油机的外特性。,1）最大功率特性 柴油机热负荷很高，一般作为船用主机的最大功率或超额功率，持续使用时间不应超过（也不小于）1小时。线pe1。,4）最底负荷特性 最小喷油量, 以维持柴油机怠速。线pe6。 5）最高转速限制线 nmax=1.03nH 6）最底转速限制线 柴油机最低稳定转速。nmin。 7）额定转速nH。 柴油机的工作范围： 在abcda所围面积中。,2）额定功率特性 柴油机热负荷和机械负荷好，一般作为船用主机的常用功率，可长期持续使用。线pe2。,3）部分功率特性 指供油量固定在小于额定功率（如90、75、50等）供油量的各个速度特性。 线,e3pe5，船舶在实际运行 中常用这类曲线。,2） 调速特性,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,柴油机带螺旋桨，必须有全制式调速器。 当调速器的弹簧处在不同位置时，有调速特性曲线1、2、3、4、等。 h1、h2、h3是柴油机在不同供油量时的外特性线。 、为不同工况的推进线。,3） 负荷特性,在某一固定不变的转速下，柴油机的性能参数随负荷pe变化的规律。,4）推进特性 A、定距螺旋桨推进特性,螺旋桨推进特性反映其推力T、转矩M、（推力系数KT和扭矩系数KQ） 以及敞水效率0随进速系数J（船速，转速）的变化关系。,定螺矩螺旋桨的水动力特性,不同 J 时的推进特性,B、柴油机推进特性,根据主机的额定功率和额定转速计算出各种转速下的功率值，其相对百分数变化值见下表,当 n103nH时，柴油机的功率就已达到额定功率的110。,柴油机作为船舶主机带螺旋桨并按 P= Kn3 的规律变化的关系称为柴油机的推进特性。,船用柴油机推进特性,船用柴油机特性曲线综合图（1）,螺旋桨设计点功率,船用柴油机特性曲线综合图（2）,螺旋桨设计点功率,5、航速与螺旋桨转速和功率的转换关系,在研究船、机、桨工况配合时，必须将它们三者的特性参数置于同一坐标里，才便于分析。,对于一般排水量船舶 m = 2,但在前述的分析中，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换的关系式。 船舶在稳定工况下正常航行时，螺旋桨所产生的有效推力和船舶航行阻力是相等的，故有：,6-3 船、机、桨的能量转换与配合性质,一 、 推进装置机械能的传递过程,BHP、主机输出有效功率； DHP、螺旋桨收到功率； EHP、螺旋桨发出功率,二、 推进装置功率转换计算,（1） 额定功率Pe（BHP）,（2） 螺旋桨收到功率PD（DHP）,在规定环境条件和额定转速下，主机输出端输出的持续有效功率。,B 轴系总效率,（3） 螺旋桨发出功率PT（THP）,D推进效率；0 螺旋桨敞水效率；R 相对旋转效率；H 船身效率。,（4） 船体有效功率PE（EHP）,VS 船体航速； RS 船体阻力。,（5）,三、 机、桨的配合性质,1柴油机的允许使用 范围（限制特性）,通常由下列限制特性线构成：,柴油机的工作范围由以上四条限制特性线所限定，实际运行中，其工作点一般不超出此范围。,注意：并不意味柴油机可在其范围内任意工作，还与螺旋桨推进特性有关。,2柴油机工作区域的划分,柴油机带桨工作特性,1、区为柴油机带桨工作安全区，可持续使用 。,2、区为柴油机带桨短时工作区，热负荷较重。,3、区为柴油机带桨超转速工作区，一般在新船试航时短时使用，以后很少使用。,3螺旋桨设计负荷点的确定（柴油机功率储备）,有三种储备方式；（1）柴油机功率储备；（2）柴油机转速储备； （3）船体阻力储备。,柴油机功率储备概念,F点、功率储备 设计负荷点。,C点、转速储备 设计负荷点。 也可使用D或B点。 若使用D点那么螺旋桨推进特性曲线可能会与功率储备螺旋桨推进特性曲线重合。,P额定功率；n额定转速。,3螺旋桨设计负荷点的确定（柴油机功率储备）,4螺旋桨剩余功率概念及范围,1）、剩余功率的概念 柴油机在以某一转速带螺旋桨工作时，除发出带螺旋桨所需要的功率之外，潜在的尚能发出的功率称为剩余功率。（简称余功）,2）、剩余功率的表达式 （1） 转速为n时的余功 N = Ne- Np= NeH(n/nH)- NeH(n/nH)3 （2） 最大余功的表达式及此时的转速 令： N = NeH(n/nH)- NeH(n/nH)3 = 0 （对转速n求导）,剩余功率图,一 、单机单桨配合（功率转速（航速）坐标系）,6-4 典型推进装置的稳态特性与配合,“机配桨”船体阻力不变。,此时机桨配合在B点。 当要加速时，只要加大柴油机的油门，增加柴油机的转速，即可实现。此时的工作点由B变为A。 当要减速时，只要减小柴油机的油门，减低柴油机的转速，即可实现。此时的工作点由B变为C。,一 、单机单桨配合（功率转速（航速）坐标系）,6-4 典型推进装置的稳态特性与配合,“桨配机”船体阻力变化,此时机桨配合在B点。 （1）当船舶阻力增加，船速减慢，螺旋桨特性线将变陡，线。机、桨配合点由 B 变为 C，主机的功率和转速同时下降。即，所谓重桨。,在调速器的作用下， 油门将加大，主机由部分负荷线 2 转为线 1工作，最后在 C 点配合。此时的工作点为功率提高了， 转速仍为额定转速。,（2）当船舶阻力减小，船速变快，螺旋桨特性线将变平缓，线。机、桨配合点由 B 变为 A，主机的功率和转速同时增加。即，所谓轻桨。,在调速器的作用下， 油门将减小，主机由部分负荷线 2 转为线 3工作，最后在 A 点配合。此时的工作点为功率降低了， 转速仍为额定转速。,二 、多机单桨配合（功率转速（航速）坐标系）,6-4 典型推进装置的稳态特性与配合,A 点是两台主机联合工作时与桨相配合的标定工作点。 B 点为一台机在额定负荷时与螺旋桨推进曲线的配合点，此时主机转速是nB，小于额定转速。 当船舶在推进曲线的 A B线段内工作时，必须两台机并联运行。 当转速（船速）降低至 B 点以下时，既可开其中一台机工作，以减少剩余功率，提高效率。,二 、多机单桨配合（功率转速（航速）坐标系）,6-4 典型推进装置的稳态特性与配合,A点为四台主机联合工作时与螺旋桨推进曲线在标定工况时的配合点，B、C、D点分别为开3 台、2 台和1台主机工作时的组合外特性与推进曲线的交点。 随着转速的降低，螺旋桨所吸收的功率将更为减少，当转速降至50n（D点）时， 螺旋桨只吸收了10P左右。 故在这种转速条件下，只开一台主机时其负荷利用率就较高，耗油率也相应较低。,三 、多机多桨配合（功率转速（航速）坐标系）,6-4 典型推进装置的稳态特性与配合,曲线为单桨工作推进特性； 曲线为两桨同时工作时的单桨推进特性； P1为一台主机的标定外部特性线； Ph为一台主机的部分持性线； MCR为标定工作点。 （1）在曲线上B点以下的转速范围，既可以单桨工作也可以用双桨同时工作。 单桨工作时推进曲线与主机外特性线P1将在B点相交，主机功率PB与转速nB均远小于标定值。 双桨工作时如果在转速nB条件下按推进曲线运行，则推进曲线与主机部分外特性线Ph将在B点相交，分摊在每个桨上的功率PB约为1/2PB。在这种情况，逐渐增加发动机的负荷，航速就相应增加，直到额定负荷A点。 nd为发动机的最低稳定转速，如果只开一台发动机，那就只能在转速nd至nB范围内工作，而同时开两台发动机就可在nd至neB的全部转速的范围里工作。,双机双桨配合,三 、多机多桨配合（功率转速（航速）坐标系）,6-4 典型推进装置的稳态特性与配合,三机三桨配合,1D、2D、3D曲线为一台、两台、三台机合成的等扭矩线。 A曲线为全船使用一只桨单独工作时的螺旋桨推进特性线； B曲线为全船使用双桨工作时的每一只桨的推进特性线； C曲线为三桨共同工作下，每一只桨的推进特性线。 A曲线是船体总阻力加上两只拖桨阻力的合成推进特性线； B曲线是1/2船体总阻力加上一只桨的1/2拖阻力的合成推进特性线；,四 、单机单桨特殊传动配合（功率转速（航速）坐标系）,6-4 典型推进装置的稳态特性与配合,双速齿轮箱的特性与配合,曲线为满载推进特性线； 曲线为空载推进特性线； 线1和线2为等转速持性线； A为设计工况点。 空载时曲线与主机的等转速线2交于B点。尽管在平衡点B处的航速已提高至VB，但因受主机极限转速的限制，转速不可能再增加，而这时所消耗的扭矩反而减小了，故有潜在功率A未能发挥出来，这时如将双速齿轮箱换至快速档，将桨的转速提高到np2 ， 就可将A发挥出来，并可使船速由 VA 提高到 VC，从而得到定经济效益。,五 、单机双桨特殊配合（功率转速（航速）坐标系）,6-4 典型推进装置的稳态特性与配合,线 1为主机额定功率外特性； 线 2 为主机部分外特性； 线为单桨推进特性曲线； 线为双桨组合的推进特性曲线； A 点为双桨工作时设计工况下的配合点； B 点为在额定工况下两桨同时工作时单桨的推进曲线与主机部分特性线的配合点。,单桨工作时只能与主机的部分特性线 2匹配。 由于在单桨航行时船的航速降低，进速系数 J 减小，加之还要捎耗一部分拖桨功率和因单桨工作时所产生的偏舵阻力，故其实际推进曲线将变陡为曲线 1 ，它与部分特性线 2 配合于 C 点。 C 点的转速nC将小于nH。 另外，一只桨工作时，主机的负荷也偏离额定负荷较远，耗油率较高，故非必要情况，一般航行时均不如此操纵。,六 、单机经液力偶合器带桨的特性与配合（功率转速（航速）坐标系）,6-4 典型推进装置的稳态特性与配合,曲线15表示耦合器特性线；曲线a、b、c、d是各种不同J下的推进特性曲线；R、S、T则分别表示持续功率、超额功率和部分特性所对应的等转矩线；A为在标定工况下的配合点。,当螺旋桨负荷增加时，转速会降低，推进曲线变陡（曲线c）。 主机油门会加大 并使 1、S、c在C点相交， 柴油机超负荷运行。如果事先已将油泵齿条限位，则主机的扭矩就被限制在 R线上，三者就会在D点相交。 当螺旋桨负荷减小时，转速会升高， 推进 曲线 变平缓（曲线b），曲线 1、b、T 交于 B点，这是因为主机输出负荷未变，使转速分数相应提高。,六 、单机经液力偶合器带桨的特性与配合（功率转速（航速）坐标系）,在平衡点A处减小主机油门，使主机转矩线为T时，主机转速n1也随之下降，a、T、2 交于H点，这时螺旋桨所吸收的功率和转速也都下降了。 曲线 d 表示在系泊状 态（ 即航速等于零 ）时桨的推进曲线，这时R、d 二线将在F点相交，主机转速变为 0.64nH。 当螺旋桨负荷进一步增加， 直到螺旋桨被 卡住不能转动时。由于液力偶合器所具有的性能，发动机仍能转动，但其转速降为0.36nH（如曲线 5 所示），并且能使螺旋桨保持在标定转矩工作。这个特性对破冰船和挖泥船是很有好处的。,6-5 船、机、桨在变工况时的配合,1、非设计工况配合特性分析与讨论 1）螺旋桨沿着重载工况推进特性线3B曲线工作时，受主机额定转矩的限制，只能沿着额定负荷特性线2BA曲线工作，机、桨配合工作点为B。 （1）螺旋桨离开设计条件，效率降低。 （2）主机转速被迫下降，虽然发出额定转矩，但功率未达到额定值，效率降低（ge上升）。 （3） 船速降低。,（4）结果是推进装置的功率不能全部利用，经济性降低，航速减慢。,2）螺旋桨沿着轻载工况推进特性线4C曲线工作时，受主机额定转速的限制， 机、桨配合工作点只能平衡于C点。 （1）螺旋桨离开设计条件，效率降低。 （2）主机受额定转速的限制，只能按部分负荷特性线5C曲线工作，虽然转速达到额定值，但发不出额定功率。,6-5 船、机、桨在变工况时的配合,（3）航速稍有升高，因为J2J0 ,并且ncnH。 （4）结果是机、桨性能下降，主机的功率未能全部被利用，推进装置的经济性降低，航速稍有升高。 3）在非设计工况下，主机额定功率未能全部被利用的原因是：当轻载工况时，受主机额定转速的限制，转矩未达到额定值；当重载工况时，受主机额定转矩的限制，主机转速未达到额定值。,4）结论 （1）单机、单桨传动推进装置只有一个最佳配合工作点，（设计工作点 A）。 （2）在非设计工作点工作时， 推进装置功率不能全部利用，综合效率下降， 经济性变坏。 （3）因此， 这种推进装置对工况和载荷多变的 船舶不太适应， 而对工况稳定的（如海洋和沿海运输）船舶，则能发挥其优越性。,一 、系泊工况（功率转速（航速）坐标系）,6-5 船、机、桨在变工况时的配合,机、桨在船舶系岸(不运动)的情况下运转的工况，称为系泊工况。此时V0、J0。在船舶起航的初期，即螺旋桨已开始转动，但船还没有移动时的工况，也与系泊工况相似。,曲线为螺旋桨设计状态的推进持性曲线； 曲线是系泊时桨的推进特性曲线； 线OA为主机标定外特性线； A为标定设计工况的机、桨配合点； B为系泊工况的配合点。 可见，在系泊工况时，配合点B处的功率PB比标定值Peb小很多，其转速也比标定值低，通常nB（0.800.85）neb，并且发生在OA左侧的短时工作区域，故在做系泊试验时，不能把主机转速开到标定值。,二、过渡工况（功率转速（航速）坐标系）,6-5 船、机、桨在变工况时的配合,1起航与加速工况,船在起航之初，犹如系泊工况，桨的推进曲线较陡，油门不宜开得过大。,曲线为螺旋桨在某一等速航行工况时的推进特性曲线，欲使船舶加速，就必须开大主机油门。假定以主机外持件曲线1的a点为起始点、当主机供油量增加后，主机的外特性线就从1变为2，主机与桨的转速n也相应增高，而在此瞬间，,船速却因其惯性作用尚未增加，推进曲线变陡成线，配合点由a沿线变为a。在a点时主机功率供大干求，导致工作点沿线2到达b点才稳定下来，这样桨的推力增加、船速提高。 可见，加速过程中柴油机工作点的变化不是沿线上的ab变化，而是沿aab6变化。 如果把a到b的加速过程分为许多小段进行，即把原先一次增加的喷油量分为多个分量进行，则每小段就成为一个小加速过程。阶段分得愈细，加速过程的工作点的变化路线就越接近于ab线。,二、过渡工况（功率转速（航速）坐标系）,6-5 船、机、桨在变工况时的配合,2减速工况,与加速比较，减速情况则反过来，当主机减油后，主机的外特性线就会从 2 变为 1 ，这时转速 n 就下降，而船速V却暂时末变，故 J 值增大，在 b 点减速时的推进曲线将低于线，配合点也将从 b 转向 b ，因求大于供，再沿曲线 1 回到 a 点。,曲线为螺旋桨在某一等速航行工况时的推进特性曲线；曲线为减速后的螺旋桨推进特性曲线；曲线1、2 为主机的外特性线；B点 为船机桨配合点。,三、 起航和加速时螺旋桨的转速、转矩和航速随时间变化的情况,实践证明：迅速起航和急剧加速，将导致发动机的机械负荷和热负荷过重过高。除紧急情况外，不宜采用这种做法，特别当柴油机的温度还很低，尚未达到正常运转温度时，更不宜采用。起航时，慢慢提高螺旋桨的转速，使航速较缓和地提高，对柴油机的磨损和负荷都有利，虚线所尔即为这种操作情况。,6-5 船、机、桨在变工况时的配合,述引： 在分析定矩桨推进装置的工况配合特性后可知： 1）当船舶在的稳定设计满载工况下航行时，主机能发出全部功率额定扭矩(MeH )和额定转速（nH），船舶则达到额定（设计）航速； 2）当船舶转入轻载工况下航行时，主机不能发出额定扭矩(MeH )是受额定转速（nH）的限制， 因此发不出额定功率。 3）当船舶转入重载工况下航行时，主机受额定扭矩(MeH )的限制，达不到额定转速（nH），也发不出额定功率。,66 可调桨推进装置工况配合特性,定矩桨推进装置在船舶偏离设计工况时，不能发挥主机的全部功率。其原因从螺旋桨原理来分析则是工况变化时，螺旋桨的水流有效冲角k发生了变化，使螺旋桨上的水动力扭矩M与柴油机的额定扭矩(MeH )不平衡。如果能通过调整螺矩大小，保证k大小不变，则可保证M=MeH ，于是就出现了可调螺矩螺旋桨，较好地解决了上述问题。,在相同的进速系数J下，调距桨的转矩和推力不仅随转速而变，同时也随着螺距比的改变而变化。 由此可见， 在阻力因素不变的情况下，螺距越大， 扭矩也越大。 因而可以通过调整螺距比来控制螺旋桨转速、转矩和推力之间的关系，以适应各种船舶工况变化的需要。,66 可调桨推进装置工况配合特性,1、调距桨敞水特性,因此，它的工作曲线为线簇。这样，在相同的进速系数 J 下，有无数个推力系数 KT 和扭矩系数 KQ 与之对应。,调距桨是通过转动桨叶来改变螺距，从而改变其推进特性。调距桨在原理上可视为一系列同一直径的具有不同螺矩比的定螺距螺旋桨的组合。,特性曲线,P = f (n , KT) ， 又 KT= f (H/D) ， M = f (n , KQ) ， 又 KQ= f (H/D) ， P = f (n , H/D) ， 同理： M = f (n , H/D)。,故可调桨的推力和扭矩不仅随转速而变，同时也随着螺矩比的改变而变化。其函数关系如下：,即当 J=常数时，根据螺旋桨水动力特性方程式和水动力特性曲线图，可知：,可调桨所有的工作特性都是基于其螺矩比(H/D)可变的原因。,66 可调桨推进装置工况配合特性,由于：,所以，当 n 及 D 给定，KQ=常数 时，即代表 Ne 一定。又因为 J=Vp/nD，所以 J 即能代表 Vp, 因此这一曲线（直线）表明了在任何航速（工况）下均可充分利用主机的全部功率。并可概括如下： n = 常数，Ne = 常数，可得一常数 KQ， 而 Vs (或 J )变化，H/D 变化。,66 可调桨推进装置工况配合特性,2、可调桨的工作特性 1） KQ = 常数时，表明在任何航速（工况）下均可充分利用主机的全部功率。 KQ = 常数即表示在KQJ曲线图上为一条直线，如下工作曲线图所示。,66 可调桨推进装置工况配合特性,2）船舶在任何工况下均可保持机桨转速（或航速）恒定。 根据螺旋桨水动力特性方程式可知：,对可调桨来讲有P=f(n,H/D),又根据“螺旋桨法则”： （1）螺旋桨转速与船航速成正比关系；（npVs） （2）螺旋桨推力和扭矩与船航速的平方成正比关系； （3）螺旋桨吸收功率和轴功率与船航速的立方成正比关系。,66 可调桨推进装置工况配合特性,66 可调桨推进装置工况配合特性,66 可调桨推进装置工况配合特性,由上曲线图可以得出可调桨下列特性。 （1）在给定转速（n=C）下，在此曲线上可得到任一航速。 使用意义： a. 恒速运转轴带负荷（如发电机）； b. 主机不反转，船可实现由正航最大航速到倒航最大航速的航行。 （见下推导）,66 可调桨推进装置工况配合特性,（2）在给定的航速（Vs=C）下，在此曲线上可找到螺旋桨效率最高的螺.距比和相应的转速。 使用意义： a. 在同样的航速（Vs=C）下，可减少轴功率。并可得到p=f(n)的曲线。 b. 在同样的航速（Vs=C）下，有各种不同的n和H/D的配合，来满足所需的功率，因此，可找到发动机与之对应的功率和转速。并可得到（主机有效效率）e=f（n）的曲线。 c. 推进装置的效率取决于e和p的乘积，因此，就可找出一个极值点，即为机、桨最佳配合点。（对应的功率、转速和螺矩比都可求出）,66 可调桨推进装置工况配合特性,（3）在给定的航速（Vs=C）下，可通过不同的转速来达到。 使用意义： a. 可避免发生共振（临界转速）； b. 船可实现微速航行或原地不动而主机仍可连续运转。 （如用于拖网鱼船、消防船等）,所以 调距桨具有如下三个基本工作特性：,（1）船舶在任何工况下均能吸收主机的全功率。,（2）用不同的转速n和螺距比H/D相配合， 可得到所需要的船舶航速。,（3）在保持螺旋桨转速 n不变的情况下，改变螺距比H/D， 船舶能具有不同的航速。船舶可从正车最大航速到倒车最大航速。,66 可调桨推进装置工况配合特性,某船调距桨船的航行曲线,1、负荷限制线；2、最大转速线；3、最低稳定转速线；4、最低负荷曲线。,柴油机可在这 4 根曲线围成的区域中任意点正常工作。,66 可调桨推进装置工况配合特性,3调距桨推进装置的配合与分析,柴油机和调距桨配合工作曲线,如船舶降速到某Vs航速，螺旋桨所需功率PD=1/3P时可用很多组相应的转速n和螺距比H/D配合来达到。因此，可从柴油机 和 螺旋桨共同运转的很多组的 nH/D 配合中，找到经济性最好的一组配合。,（1）船舶阻力条件不变降低航速航行的配合。,66 可调桨推进装置工况配合特性,（2）重载或拖曳工况的配合特性 重载时推进特性曲线从 1A 变为 2B，由于受主机扭矩限制，船、机、 桨在 B 点配合，扭矩系数由 KQH 变为 KQB，机、桨离开设计点工作，机、 桨效率均降低。 此时若减小桨的 H/D，使 KQ 曲线 A 变为 B，即维持 KQH 不变，桨的 效率由 a提高到 b，桨的推进特性曲线变为 1，船、机、桨又回复到 设计点 A 配合，主机转速和功率又回复到额定值，主机效率也提高。,66 可调桨推进装置工况配合特性,66 可调桨推进装置工况配合特性,重载时定距桨与调距桨的推功率曲线比较,（3）轻载或自由工况的配合特性 轻载时推进特性曲线从 1A 变为 2C，由于受主机转速限制，船、机、 桨在 C 点配合，扭矩系数由 KQH 变为 KQC，机、桨离开设计点工作，机、 桨效率均降低。 此时若加大桨的 H/D，使 KQ 曲线 A 变为 C，即维持 KQH 不变，桨的 效率由 c提高到 c，桨的推进特性曲线变为 2，船、机、桨又回复到 设计点 A 配合，主机转速和功率又回复到额定值，主机效率也提高。,66 可调桨推进装置工况配合特性,66 可调桨推进装置工况配合特性,轻载时定距桨与调距桨的推功率曲线比较,66 可调桨推进装置工况配合特性,调距桨与定距桨的推功率曲线比较及其工作范围。,67 案例分析,1、某设计单位为一用户设计一条1000t级货船，选用的主柴油机额定功率为185kw,额定转速为850r/min，选用的船用齿轮箱减速比i=7.06，传递能力为0.185kw/r/min,并进行了良好的机桨配合。,某船厂施工时，因设备技术参数、价格等原因，改用减速比i=5.05，传递能力为0.22kw/r/min的船用齿轮箱,其余设备技术参数未变更。实船试航结果分析表明：主机功率及转速均未达到设计工况要求，航速也受到影响。试用图、文分析全程责任点和责任方，理由是什么？,2、一用户需要建造一条以柴油机为主机的顶推拖轮（采用定螺矩螺旋桨），要求顶推量为3500t，航线为重庆上海；上水时有一浅滩，推拖轮以顶推1500t货驳过浅滩，但上滩船速不能小于18km/h（连续航行时间大约2h）。设计单位选取了上滩顶推一只货驳作为设计工况，并按航速18km/h来选取主机功率，好较地完成了设计任务。试问：你能否根据设计任务书的要求，提出一个新的设计方案，并用图、文分析比较两个方案的特点和区别。,67 案例分析,3、一用户要建造一条沿海散货船，向设计单位只提出了吨位和满载营运航速的要求。船舶满载营运时表明：主机功率及转速均达到了合同功率(CMCR）和相应的转速（nCMCR)，同时船舶达到营运航速。设计单位认为完成了设计任务，但用户提出了异义。试问：你对该船的设计结果如何评估？（用图、文分析说明）,