1、船舶动力装置原理与设计讲义船舶动力装置原理与设计讲义船舶动力装置原理与设计讲义第第3章章主推进装置的配合特性主推进装置的配合特性2010年 03月主讲：周瑞平樊红胡义2010年 4月 27日星期二2能动热能工程系主要内容 船机桨的基本特性 机桨匹配 典型推进装置的特性与配合 船机桨的变工况特性2010年 4月 27日星期二3能动热能工程系主发动机减速装置螺旋桨伴流减额船体ssnQppnQ燃料pTiVVR船机桨三者的能量关系2010年 4月 27日星期二4能动热能工程系特性特性 是指反映船、机 (推进装置 )和桨的主要技术经济指标（功率、扭矩及柴油机的耗油率等），随其转速或航速变化的特点和关系。
2、这些关系又是由它们三者各自的特点所决定，即：1.船的特性2.主机的特性)(sVRR =)(seeVPP =)(nQQ =)(nPP =船机桨的基本特性2010年 4月 27日星期二5能动热能工程系3.螺旋桨的特性或用无因次系数表示特性曲线， 就是将船、机、桨三者随转速或航速变化的一些技术经济参数，分别或是集中地在图上用曲线表示出来，籍以了解它们的变化特点、配合关系和工作范围等。),( JDpQQ =),( JDpTT =),( JDpkkqq=),( JDpkktt=船机桨的基本特性2010年 4月 27日星期二6能动热能工程系4.工况所谓 工况 ，就是指船、机、桨三者的工作条件。1).设计负
3、荷平衡点工况船： 设计线型、设计尺度、设计装载量、设计任务书规定的海面状况机： 设计要求的功率和转速桨： 螺旋桨的直径均是设计值在以上三种条件下，船舶按设计航速航行。2).变工况1)船舶阻力变化2)操纵方式的变化3)船机桨自身性能的变化工况的含义2010年 4月 27日星期二7能动热能工程系1)当了解船机桨的特性与配合关系后，就能合理地确定其设计平衡点的负荷，使其达到能量供求的平衡。研究特性、工况与配合的目的2)根据船舶种类、用途及运行方式，合理对船机桨进行合理组合及选优，以提高其经济效益及满足使用要求。3)了解船机桨特性参数的变化规律，以便能够合理的设计和管理。2010年 4月 27日星期二
4、8能动热能工程系摩擦阻力： frictional resistance压差阻力，常称为剩余阻力： residual resistance 粘压阻力，常称为涡流阻力： eddy-making resistance 兴波阻力： wave-making resistance船的基本特性2010年 4月 27日星期二9能动热能工程系摩擦阻力 Frictional resistance RF The frictional resistance RFof the hull depends on the size of the hull s wetted area AS, and on the specif
5、ic frictional resistance coefficient CF. Frictional resistance represents a considerable part of the ship s resistance, often some 7090% of the ship s total resistance for low speed ships (bulk carriers and tankers), and sometimes less than 40% for high speed ships (cruise liners and passenger ships
6、) . RF= CF KReference force: K = 1/2 V2 AS2010年 4月 27日星期二10能动热能工程系剩余阻力 Residual resistance RR Residual resistance RRcomprises wave resistance and eddy resistance. Wave resistance refers to the energy loss caused by waves created by the vessel during its propulsion through the water, while eddy resis
7、tance refers to the loss caused by flow separation which creates eddies, particularly at the aft end of the ship. The residual resistance normally represents 825% of the total resistance for lows peed ships, and up to 4060% for high speed ships RR= CR K2010年 4月 27日星期二11能动热能工程系空气阻力 Air resistance RA
8、In calm weather, air resistance is, in principle, proportional to the square of the ship s speed, and proportional to the Cross sectional area of the ship above the waterline. Air resistance normally represents about 2% of the total resistance. RA= CA KRA= 0.90 1/2air V2 Aair2010年 4月 27日星期二12能动热能工程系
9、船体的特性Total ship towing resistance RT = RF + RW + RE + RA2010年 4月 27日星期二13能动热能工程系船体的特性Power and speed relationship for a 600 TEU container ship17.62010年 4月 27日星期二14能动热能工程系船体的特性2010年 4月 27日星期二15能动热能工程系某船的阻力、功率随航速的变化关系P(kW)70605040302010R(N)90080070060050040030014 16 18 20 22 V (kn)裸体船模实船船体的特性mRVAR =船舶
10、阻力特性式中：R -水对船体的阻力；-系数；V -航速；m -指数。(排水量船舶）RA2m2010年 4月 27日星期二16能动热能工程系船在不同工况下的阻力特性：阻力是与船体线型、船体状况、装载量、拖带量有关的。RV推拖 重载 轻载船体的特性2010年 4月 27日星期二17能动热能工程系1.柴油机的输出功率及转矩式中： - 平均有效压力，- 气缸有效工作容积，- 曲轴转速，- 气缸数；- 行程数。kWnpBminVpPeNseD=4108.936.1225.0mNpBmpiVQemesD=0318.0epsVnimaP3mmin/r船用柴油机的工作特性2010年 4月 27日星期二18能动
11、热能工程系DPDQepmin)/(rnnnDeDQpP喷油量一定时，柴油机输出功率、转矩、平均有效压力随转速变化关系图中红线表示简化的关系。船用柴油机的工作特性2010年 4月 27日星期二19能动热能工程系柴油机的特性是指，柴油机的性能指标及主要参数与运转情况之间变化关系。速度特性负荷特性调速特性万有特性减额输出功率输出特性推进特性船用柴油机的工作特性2010年 4月 27日星期二20能动热能工程系柴油机的工况 柴油机的工况发电机工况：调速器控制使 n恒定（如电力传动主机和发电副机）螺旋桨工况：直接驱动桨的主机稳定工况下，主机发出功率等于桨吸收功率其它工况：功率与转速没有一定的关系，功率由阻
12、力决定。（如驱动调距桨的主机，驱动应急救火泵或应急空压机的柴油机，变工况主机）2010年 4月 27日星期二21能动热能工程系柴油机运转中，只改变转速 n ，而 保持不变，这种运转特性称为速度特性或外特性。ep1-1h功率特性2 12h功率特性3 标定外特性4 部分外特性5 螺旋桨推进曲线6 耗油率线速度特性（外特性， pe不变）2010年 4月 27日星期二22能动热能工程系柴油机试验台上测定，将喷油量调节机构固定在某一位置，改变负荷，使转速变换。 全负荷速度特性：标定转速发出标定功率的供油位置，标准试验环境（大气压p0=100kpa，相对湿度0=30%/无限航区60%，环境温度T0=298
13、K/318K）及持续功率下测定。 超负荷速度特性：超负荷功率为标定功率的110%（对应103%neb），并且在12h运转期内允许超负荷运转1h。 部分负荷速度特性：喷油泵油量固定在小于标定功率油量速度特性（外特性）2010年 4月 27日星期二23能动热能工程系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。、 螺旋桨推进曲线h1、 h2、 h3柴油机在不同供油量时的外特性线III、 II、I调速特性2010年 4月 27日星期二24能动热能工程系在某一固定不变的转速下，柴油机的性能参数随负荷 变化的规律。ep负荷特性 （ n不变）2010年 4月 27日星期二25
14、能动热能工程系B燃油消耗量be 燃油消耗率tr排气温度负荷特性2010年 4月 27日星期二26能动热能工程系 试验台或实船条件下测取。 发电副机和装有全制式调速器的主机，在设定转速不变下，当负荷变化转速保持不变时，可认为按负荷特性工作。 负荷特性是标志柴油机动力性与经济性的基本指标特性。 作用：比较不同柴油机的性能，评价同一柴油机的结构设计改变或调速器后的效果；标定柴油机功率；绘制万有特性曲线。负荷特性2010年 4月 27日星期二27能动热能工程系4)万有特性在柴油机的运转范围中，在同一转速下用几个不同的喷油量作试验，并将结果记录下来，再分别按不同转速，供入不同喷油量作试验，将结果按 P、
15、 n、 b、绘制成图，即得 万有特性曲线。P丄)(eDpQ万有特性2010年 4月 27日星期二28能动热能工程系当柴油机作为船舶主机带螺旋桨，按螺旋桨特性 ( )工作时，为柴油机的推进特性。机带桨工作时转速与功率的对应值3ncP =1101009075502510310096.59179.563(%)n(%)P柴油机的推进特性2010年 4月 27日星期二29能动热能工程系螺旋桨的推进特性22)(5242JkknQVTDnQkDnTkDnVJqtppadppqptpa=当进速系数 J 一定时，桨的有效推力和转矩与其转速平方成正比螺旋桨的特性2010年 4月 27日星期二30能动热能工程系则螺旋桨所需的功率与转速的关系：3pppnCP =螺旋桨的特性
