船舶動力裝置技術(shù)管理第三第1頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四推進(jìn)裝置的工況配合特性第一節(jié)船、機(jī)、槳的相互作用和螺旋槳的選配第二節(jié)各種航行條件下推進(jìn)裝置工況配合特性第2頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四推進(jìn)裝置的工況配合特性第一節(jié)船、機(jī)、槳的相互作用和螺旋槳的選配第二節(jié)各種航行條件下推進(jìn)裝置工況配合特性第3頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四Theinteractionsamongtheship’shull,mainengine,propellerandtheselectionofthepropeller第4頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船機(jī)槳的相互作用和螺旋槳的選配船、機(jī)、槳的特性船、機(jī)、槳的相互作用航速與轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換關(guān)系螺旋槳的選配第5頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船機(jī)槳的相互作用和螺旋槳的選配船、機(jī)、槳的特性船、機(jī)、槳的相互作用航速與轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換關(guān)系螺旋槳的選配第6頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶阻力特性基本阻力R（靜水、滿載、直航、穩(wěn)定航行）a.摩擦阻力R1(粘滯阻力）R1

∝V1.83(商船占80%R，高速船占40%R)

b.形狀阻力R2（壓力阻力，渦流阻力）R2∝V2(商船占10%R)

c.興波阻力R3R3∝V4~6（商船占10%R,高速船占50%R以上）

通常，對于商船：R∝V2第7頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四螺旋槳的推進(jìn)特性

螺旋槳的推力：

螺旋槳的阻力矩：螺旋槳的效率：進(jìn)程比：

第8頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四螺旋槳的推進(jìn)特性

穩(wěn)定航行時(shí)，

n一定，v一定，J一定，ρ一定，K1、K2一定則T=CT·n2--kn（CT為常數(shù)）

M=CM·n2--kn·m（CM為常數(shù)）

PP=M·2π·n/60=CP·n3--kW(CP為常數(shù)）

推進(jìn)特性曲線見圖1第9頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖1螺旋槳特性曲線實(shí)線——PP=f(n)的特性曲線虛線——Te(Q)=f(n)的特性曲線第10頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四柴油機(jī)速度特性推進(jìn)特性工作范圍第11頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四速度特性（也稱外特性）

Pe=C·pe·

n·i

式中:C—與柴油機(jī)結(jié)構(gòu)形式有關(guān)的系數(shù)pe—平均有效壓力

n—轉(zhuǎn)速i—?dú)飧讛?shù)

當(dāng)噴油量一定時(shí)，pe一定，i、C一定，則Pe與n為直線關(guān)系，且過原點(diǎn)和（Pb,nb）

即，軸上扭矩為常數(shù)

工作指標(biāo)和性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速而變化的規(guī)律第12頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四速度特性（也稱外特性）

全負(fù)荷速度特性（也稱額定外特性）油泵油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在標(biāo)定功率的供油量下，工作指標(biāo)和性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速而變化的規(guī)律。

超負(fù)荷速度特性使n=nb，發(fā)出110%Pb的功率，固定油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，測取的工作指標(biāo)和性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速而變化的規(guī)律。規(guī)范要求：每12小時(shí)允許運(yùn)行1小時(shí)，且不冒黑煙

部分負(fù)荷速度特性（也稱部分外特性）第13頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四柴油機(jī)推進(jìn)特性柴油機(jī)按螺旋槳特性工作的特性規(guī)律。即，Pe=C·n3第14頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四柴油機(jī)的工作范圍增壓柴油機(jī)正常工作范為例見圖2

持續(xù)工作范圍：最大發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速最大發(fā)動機(jī)扭矩增壓器喘振線最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速最小發(fā)動機(jī)扭矩

短期運(yùn)行工作范圍：超負(fù)荷工作范圍超轉(zhuǎn)速工作范圍加速時(shí)短期使用工作范圍機(jī)動操縱低速運(yùn)轉(zhuǎn)使用工作范圍第15頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖2增壓柴油機(jī)正常典型工作范圍圖第16頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四柴油機(jī)安全經(jīng)濟(jì)可靠的工作范圍第17頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四機(jī)槳的相互作用和螺旋槳的選配船、機(jī)、槳的特性船、機(jī)、槳的相互作用航速與轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換關(guān)系螺旋槳的選配第18頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船機(jī)槳系統(tǒng)的特點(diǎn)

a.存在機(jī)械連接b.存在液力相互作用c.能量轉(zhuǎn)換關(guān)系：

d.相互制約主機(jī)螺旋槳船體第19頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四平衡方程式

船體的力平衡方程式螺旋槳力矩平衡方程式

第20頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四平衡方程式

m—船舶質(zhì)量vs—船舶的航行速度∑Te—螺旋槳的總有效推力R—船舶運(yùn)動阻力np—螺旋槳的轉(zhuǎn)速∑J—主機(jī)、減速器和軸系的回轉(zhuǎn)質(zhì)量折合到尾軸中心線的轉(zhuǎn)動慣量以及螺旋槳的轉(zhuǎn)動慣量Me—主機(jī)的扭矩Mp—作用于螺旋槳的水動力矩Mm—軸系、減速器和聯(lián)軸器的摩擦力矩第21頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四平衡方程式穩(wěn)定工況下第22頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船機(jī)槳的相互作用和螺旋槳的選配船、機(jī)、槳的特性船、機(jī)、槳的相互作用航速與轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換關(guān)系螺旋槳的選配第23頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四穩(wěn)定工況下航行時(shí)，R=Te

J變化不大

由J=vp/(Dn)可得出結(jié)論：

vp∝n航速與轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換關(guān)系第24頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船機(jī)槳的相互作用和螺旋槳的選配船、機(jī)、槳的特性船、機(jī)、槳的相互作用航速與轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換關(guān)系螺旋槳的選配第25頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四滿足船舶所要求的航速和較高的螺旋槳效率使柴油機(jī)的功率得到充分利用使柴油機(jī)在全部運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)不超過允許的功率范圍配槳原則第26頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四標(biāo)定功率與配槳功率的差

發(fā)動機(jī)功率儲備

船體狀態(tài)儲備

航行條件儲備功率儲備第27頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四約定最大持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)功率（約定MCR、CMCR）

船東和船廠商定的在船上實(shí)際應(yīng)用的最大持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)功率第28頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四實(shí)例

SulzerRTA型柴油機(jī)的配槳圖見圖3

Pielstick中速機(jī)與螺旋槳的選配見圖4第29頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖3RTA柴油機(jī)的配槳特性第30頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖4PC2-5中速機(jī)的配槳特性第31頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四典型推進(jìn)裝置的機(jī)槳配合特性雙機(jī)單槳配合特性見圖5四機(jī)單槳配合特性見圖6雙機(jī)雙槳配合特性見圖7主機(jī)+軸帶發(fā)電機(jī)聯(lián)合工作機(jī)槳配合特性見圖8第32頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖5雙機(jī)并車的機(jī)槳配合特性PP-推進(jìn)特性曲線1-1臺主機(jī)的外特性曲線2-2臺主機(jī)的外特性曲線第33頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖6多機(jī)單槳配合特性I-螺旋槳推進(jìn)特性曲線1、2、3、4-與主機(jī)所運(yùn)行的臺數(shù)相應(yīng)的組合外特性曲線第34頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖7雙機(jī)雙槳推進(jìn)裝置機(jī)槳配合特性第35頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

圖8增壓柴油機(jī)驅(qū)動螺旋槳和軸帶發(fā)電機(jī)（不變負(fù)荷）1-螺旋槳負(fù)荷2-螺旋槳+軸帶發(fā)電機(jī)3-柴油機(jī)工作范圍限制線第36頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四推進(jìn)裝置的工況配合特性第一節(jié)船、機(jī)、槳的相互作用和螺旋槳的選配第二節(jié)各種航行條件下推進(jìn)裝置工況配合特性第37頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四Thematchingcharacteristicofthepropulsioninstallationatthedifferentunderwayconditions第38頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶阻力改變時(shí)的工況配合特性增加：如船舶污底（船舶水下部分表面附著了海生物以及發(fā)生銹蝕）、超載、逆風(fēng)等。

注意事項(xiàng)：防止超負(fù)荷，任何情況油門不得超過標(biāo)定油門

減小：如，輕載、順風(fēng)、順流等。

注意事項(xiàng)：防止超速，任何情況下不得超過標(biāo)定轉(zhuǎn)速配合特性見圖9第39頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

圖9船舶阻力改變時(shí)工況配合特性

I-阻力正常情況下螺旋槳特性曲線II-阻力增加情況下螺旋槳特性曲線III-阻力減小情況下螺旋槳特性曲線1-主機(jī)全負(fù)荷速度特性曲線2-主機(jī)部分負(fù)荷速度特性曲線第40頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四第41頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四第42頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四洶濤的影響大風(fēng)浪中航行時(shí)，螺旋槳的扭矩和推力周期性變化見圖10

注意事項(xiàng)：適當(dāng)減小油門，防止飛車和超扭矩、超負(fù)荷

偏舵航行對航速和推力的影響見圖11第43頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

圖10船體產(chǎn)生搖擺和起伏而引起洶濤阻力△Mb-扭矩增額△Te-推力增額第44頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

圖11舵角對航速和推力的影響

第45頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶由深水進(jìn)入淺水和在窄航道中航行施工況配合特性1、由深水進(jìn)入淺水

淺水：h/d<4(h:水深d:吃水)船體周圍水流動由三元變?yōu)槎鄬λ俣取耗Σ磷枇Αu流阻力↑、興波阻力↑

阻力與船速的關(guān)系見圖12第46頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

圖12在淺水和深水航行時(shí)船速對阻力的影響

1-深水阻力曲線2-淺水阻力曲線第47頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

由圖可知：a.時(shí)，淺水阻力=深水阻力

b.時(shí),淺水阻力>深水阻力

c.時(shí),淺水阻力<深水阻力

所以，當(dāng)船舶進(jìn)入淺水時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減速，防止阻力增加。

例如，當(dāng)

時(shí),R=R2—淺水

若v=v1時(shí),R=R1，與深水阻力相同第48頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶由深水進(jìn)入淺水和在窄航道中航行施工況配合特性

2.窄水道

窄水道：b/B<20(b:航道寬B:船寬)

且b/B>20時(shí)，無窄水道影響第49頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶在各種運(yùn)動狀態(tài)下的工況配合特性系泊工況起航和加速工況轉(zhuǎn)向工況拖曳工況緊急倒航工況第50頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶在各種運(yùn)動狀態(tài)下的工況配合特性系泊工況起航加速工況轉(zhuǎn)向工況拖曳工況緊急倒航工況第51頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四系泊工況

V=0,J=0,槳特性線最陡，見圖13

常規(guī)要求：n正=(0.8~0.85)nb

運(yùn)行2h，排煙溫度正常

n倒=(0.7~0.80)nb運(yùn)行0.5h，排煙溫度正常

第52頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

圖13系泊實(shí)驗(yàn)時(shí)的螺旋槳特性第53頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶在各種運(yùn)動狀態(tài)下的工況配合特性系泊工況起航加速工況轉(zhuǎn)向工況拖曳工況緊急倒航工況第54頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四主機(jī)操作方式a.設(shè)極限調(diào)速器：n由人工控制油門，極限調(diào)速器控制飛車轉(zhuǎn)速

b.設(shè)全制式調(diào)速器：作極限調(diào)速器使用，與a所述相同作全制式調(diào)速器使用，n由調(diào)速器控制油門+油門限制

c.設(shè)加速程序（遙控）：n由程序控制第55頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四2變工況特點(diǎn)T不等于R，V,n,R,T,J,K1,K2螺旋槳特性時(shí)刻在變船舶慣性相對大，機(jī)、槳、增壓器等慣性相對小油門改變后，n變化快，v變化慢13第56頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四人工控制油門－啟航工況

駕駛臺要求n=n1,

第一階段：n迅速增加階段，v不變，J=0

啟動：油門在4，工作在a點(diǎn)，n=n1

第二階段：n緩慢增加階段，v逐漸增加，J逐漸增加，K1,K2逐漸減小

若油門不變，工作點(diǎn)的變化a-a1-a2-a3n=n1’>n1

正確操作：

油門的變化：4-4’-4’’-4’’’

工作點(diǎn)的變化：a-a1-a’-a2’-a’’-a3’’-a3’’’

駕駛臺要求n=n3

不正確操作：0-b

正確操作：0-a-a1-b1-b2’-b2-b3見圖14第57頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖14起航工況配合特性第58頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四人工控制油門－加速工況（定速）

參見圖15由na→nb

不正確的操作：a1-B-a

正確操作：a1-1-2-3-4-5-6-7-8-9-a第59頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖15加速工況第60頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四起航加速工況配合特性第61頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四人工控制油門－減速工況由nb→nc

第一階段：n迅速降低階段減油至nc，v不變，J增加，

K1、K2下降，特性線變平坦第二階段：n緩慢降低階段

J緩慢減小，K1、K2緩慢增加，特性線逐漸變陡不正確操作：油門不變，轉(zhuǎn)速逐漸下降，直至停車正確操作：逐漸增加油門，維持n=nc，由B→C過渡時(shí)間短。若按b-1-2-3-4-5-C，則過渡時(shí)間較長。見圖16第62頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖16減速工況第63頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)速器控制油門（遙控）

a.啟航

油門自動變化過程：4-4’-4’’-4’’’

工作點(diǎn)變化過程：a-a’-a’’-a3’’’b.加速

按程序控制加速c.減速

第一階段，減油至nc，

第二階段，自動加油，穩(wěn)定在nc左右第64頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶在各種運(yùn)動狀態(tài)下的工況配合特性系泊工況起航加速工況轉(zhuǎn)向工況拖曳工況緊急倒航工況第65頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)向工況

單槳：由于偏舵和斜水流的作用，R增加，船速下降，J下降，特性線變陡，若設(shè)全制式調(diào)速器，則自動加油，應(yīng)注意防止超負(fù)荷

一般由油門限制桿限制

若油門不變，則轉(zhuǎn)速下降，此時(shí)不能盲目加油門，防止超負(fù)荷

雙機(jī)雙槳：兩槳均在斜水流中，hp內(nèi)<hp外，J內(nèi)<J外，內(nèi)槳特性比外槳陡若油門不變時(shí)，則n內(nèi)<n外

測試結(jié)果見圖17

外槳負(fù)荷的變化：開始下降，接著增加內(nèi)槳負(fù)荷的變化：始終增加第66頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖17雙機(jī)雙槳船轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外機(jī)的負(fù)載變化第67頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶在各種運(yùn)動狀態(tài)下的工況配合特性系泊工況起航加速工況轉(zhuǎn)向工況拖曳工況緊急倒航工況第68頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四拖曳工況配合特性見圖18

自航（無拖曳）

按I，A線工作

拖曳：T=R+Z(Z：拖曳力)

按II，B線工作v越低，槳的特性線越陡，拖曳力越大，主機(jī)功率越發(fā)不足第69頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四圖18拖曳作業(yè)時(shí)配合特性第70頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四拖曳工況

調(diào)距槳可克服功率發(fā)不足的缺陷定距槳的設(shè)計(jì)：按自航選槳時(shí)，自航功率可發(fā)足，但拖曳時(shí)槳重，易超負(fù)荷；相當(dāng)于R增加。按拖曳作業(yè)選槳時(shí)，拖曳時(shí)功率可以發(fā)足，但自航時(shí)，槳輕，易超速，相當(dāng)于R減小。

常規(guī)設(shè)計(jì)，介于上述兩者之間，兩種工況均發(fā)不足，但偏差小。最佳方案：調(diào)距槳，功率在任何工況下都可發(fā)足。第71頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四船舶在各種運(yùn)動狀態(tài)下的工況配合特性系泊工況起航加速工況轉(zhuǎn)向工況拖曳工況緊急倒航工況第72頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四由正車到倒車的運(yùn)行特點(diǎn)在100%vb下

第一階段（在第一象限）油門：標(biāo)定油門→0P:Pb→0M:Mb→0n:nb→（60%~70%）nbT:Tb→0→負(fù)值第73頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四由正車到倒車的運(yùn)行特點(diǎn)第二階段（在第二象限）

n:(60%~70%)nb

到0

M:0→負(fù)極值（10%nb左右）→一定的負(fù)值(n=0)

T:-T逐漸增加+R阻止船舶前進(jìn)第74頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四由正車到倒車的運(yùn)行特點(diǎn)第三階段（在第三象限）

反向起動，克服負(fù)扭矩的極小值，負(fù)扭矩逐漸增加

負(fù)推力+R阻止船舶前進(jìn)75