船舶推進裝置課件

第四章船舶推進裝置的

特性與配合熱動教研室主要內(nèi)容掌握船、機、槳的根本特性；掌握船、機、槳的配合原理；了解船、機、槳在穩(wěn)定、非穩(wěn)定及其它工況下的配合特性；重點、難點是船、機、槳的根本特性及其配合特性的理解、掌握與運用；課時分配:6學時船舶推進裝置

推進裝置工作時，主機發(fā)出的機械能，由傳動軸系傳送給螺旋槳，螺旋槳把機械能轉(zhuǎn)換為水動力能，克服船體的運動阻力，保證船舶航行正常。由主柴油機、傳動設(shè)備、軸系和推進器等組成主柴油機--能量的發(fā)生器傳動軸系--能量的傳送器推進器--能量的轉(zhuǎn)換器船體--能量的接受器第一節(jié)船、機、槳的根本特性式中，為氣缸容積；為氣缸數(shù)；為沖程數(shù)；為平均有效壓力；為柴油機轉(zhuǎn)速。柴油機的工作特性輸出功率輸出扭矩柴油機的工作特性速度特性、負荷特性、調(diào)速特性、萬有特性及減額功率輸出特性、限制特性、推進特性等指柴油機的性能指標及主要參數(shù)與運轉(zhuǎn)情況之間的變化關(guān)系主要參數(shù)功率、平均有效壓力、燃油耗率、排氣溫度、有效效率柴油機的特性速度特性〔外特性〕表示噴油量一定時，柴油機的特性參數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系n變，Pe一定時:Ne∝n;Ne=Me·n/9.55=f(n);Me=f(pe)=常數(shù)柴油機功率和扭矩特性速度特性〔外特性〕速度特性分類根據(jù)油泵齒條固定的位置〔油泵供油量〕不同：1h功率特性〔超額外特性〕柴油機供油量固定在1h功率所相應(yīng)的供油量位置時的速度特性12h功率特性〔額定外特性〕柴油機的油泵尺條固定在12h功率所對應(yīng)的供油量位置上的速度特性船舶標準規(guī)定：船用主機的超額功率為額定功率的110%，最大轉(zhuǎn)速nmax為額定轉(zhuǎn)速nH的103%，此時柴油機持續(xù)運行1小時不應(yīng)冒黑煙。速度特性分類標定外特性將油泵齒條固定在標定功率相應(yīng)的供油量位置的速度特性局部外特性供油量固定在小于標定功率供油量的各個速度特性；柴油機熱負荷和機械負荷較底，噴油量更小。外特性的實用意義首先是確定柴油機允許工作的最高負荷限制線；其次是用于分析帶槳工作時的匹配情況。調(diào)速特性

在調(diào)速器作用下，柴油機的功率、轉(zhuǎn)矩與其轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線1、2、3、4、5為柴油機的油門操縱桿固定在某個供油位置時，相應(yīng)的調(diào)速特性；h1、h2、h3為柴油機在不同供油量時的速度特性曲線；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示柴油機在不同工況下的推進特性曲線。h1h2h3ⅠⅡⅢ123456nMAB調(diào)速特性

在調(diào)速器作用下，柴油機的功率、轉(zhuǎn)矩與其轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線1、2、3、4、5為柴油機的油門操縱桿固定在某個供油位置時，相應(yīng)的調(diào)速特性；h1、h2、h3為柴油機在不同供油量時的速度特性曲線；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示柴油機在不同工況下的推進特性曲線。h1h2h3ⅠⅡⅢ12345nNAB功能調(diào)速特性靈敏度(轉(zhuǎn)速不均勻度)當負荷減小時,迅速將油泵供油量減少到h3,機槳配合點由A點過渡到B點,機槳轉(zhuǎn)速根本不變負荷特性在某一固定不變的轉(zhuǎn)速下，柴油機的性能參數(shù)隨負荷變化的規(guī)律RGnnMeHMe1Me2neHneH負荷特性曲線負荷特性負荷特性曲線結(jié)論柴油機按負荷特性運轉(zhuǎn)時，其燃油耗油率曲線的最低處發(fā)生在略低于標定負荷的附近；在柴油機按不同負荷工作時，無論其轉(zhuǎn)矩如何變化，將按調(diào)速特性線工作，并使其轉(zhuǎn)速根本保持不變。負荷特性實際意義

主要技術(shù)性能指標功率、耗油率、機械效率等

－確定非增壓柴油機的標定工況－常在柴油機調(diào)試、改變設(shè)計時用作檢驗調(diào)試效果，稱為調(diào)整特性－作為帶發(fā)電機工作的特性－測出不同轉(zhuǎn)速的負荷特性，用于制取萬有特性等萬有特性萬有特性萬有特性曲線萬有特性的實際意義－選配柴油機－確定柴油機的允許工作界限－用于檢查柴油機的工作狀態(tài)

--同一轉(zhuǎn)速下用幾個不同的噴油量作試驗--再分別固定各檔轉(zhuǎn)速，供入不同噴油量進行試驗--轉(zhuǎn)速、功率、耗油率和輸出轉(zhuǎn)矩四個參數(shù)之間的關(guān)系。推進特性推進特性當柴油機作為船舶主機帶螺旋槳，按螺旋槳特性〔〕工作時，為柴油機的推進特性推進特性的實際意義

－首先是根據(jù)柴油機的工作能力合理地設(shè)計、選用螺旋槳；－其次是確定使用中功率與轉(zhuǎn)速的配合點；－第三是確定推〔拖〕船在各種工況下的負荷；－第四是用以確定船舶的經(jīng)濟航速。減額功率輸出特性通過提高氣缸內(nèi)的最大爆壓力與平均有效壓力的比值,起到降低燃油消耗率的作用減額功率特性和減速航行

－后者以降低航速來減少燃油消耗量，往往會導致耗油率的增加。船舶阻力特性船舶阻力－摩擦阻力：船體外表與水摩擦產(chǎn)生(主要阻力)－渦流阻力〔形狀阻力〕：尾部的水流形成渦流－興波阻力：航行中激起的波浪船體總阻力總阻功率

－船速－阻力系數(shù)（功率系數(shù)）螺旋槳的推進特性根據(jù)船舶螺旋槳理論，螺旋槳的敞水動力特性即推力T、轉(zhuǎn)矩Q、功率N與槳轉(zhuǎn)速n的關(guān)系為螺旋槳的推進特性螺旋槳推進特性主要反映螺旋槳的推力T、轉(zhuǎn)矩Q、推力系數(shù)、轉(zhuǎn)矩系數(shù)以及槳的敞水系數(shù)等隨船速和進速系數(shù)的關(guān)系螺旋槳的推進特性螺旋槳敞水特性JnN/TJ1<J2<J3J1J2J3螺旋槳推進特性進速系數(shù)是一個表示船舶航行工況特性的系數(shù)，它的量值等于螺旋槳每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)前進的距離；進速系數(shù)愈小，航行工況愈重，船舶阻力愈大，推進特性曲線愈陡；進速系數(shù)愈大時，航行工況愈輕，船舶阻力愈小，推進特性曲線愈平坦。螺旋槳的推進特性第二節(jié)船、機、槳的配合原理船、槳的配合關(guān)系

只要合理選擇比例關(guān)系，就可以將船舶阻力特性曲線、螺旋槳推進特性曲線表示在一個坐標圖上并重合在一起。當船舶處于過渡工況運行時，船、槳平衡破壞，船舶阻力曲線和螺旋槳推進特性曲線不再重合。當船舶處于穩(wěn)定工況運行時，螺旋槳產(chǎn)生的有效推力應(yīng)當平衡于船體阻力，使船獲得穩(wěn)定航行Ⅱ

ⅠⅢ

機、槳的配合關(guān)系曲線1、2、3、4為柴油機110％、100％、90％、80％熱負荷時的速度特性；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為螺旋槳在重工況、拖網(wǎng)工況、設(shè)計工況和輕工況時的推進特性。100908070606065707580859095100105110GD’F’1234FⅠⅡⅢⅣABEB’E’A’C’H’CDHnH%NH%MCR推進裝置機、槳匹配的劃分區(qū)域機、槳匹配劃分區(qū)域船舶在穩(wěn)定工況下航行時，船、機、槳的匹配問題，實際上就是機、槳的配合問題工作區(qū)域〔Ⅰ〕常用工作區(qū)域，位于線AA’與AG之間。熱負荷和轉(zhuǎn)速都未超過100％；主機功率得到比較充分發(fā)揮和利用，機槳匹配處于最正確或較佳狀態(tài)，柴油機和推進裝置的效率也比較高；推進裝置機、槳匹配的劃分區(qū)域船、機、槳匹配問題，就是研究船舶在設(shè)計工況和變工況下如何實現(xiàn)良好匹配，提高和改善船舶技術(shù)性能、節(jié)能性能和經(jīng)濟性能的問題工作區(qū)域〔Ⅱ〕短期工作區(qū)域，位于線BB’與AA’之間。柴油機和螺旋槳處于重負荷、低轉(zhuǎn)速匹配狀態(tài)；這個區(qū)域長期工作不僅經(jīng)濟性低，而且平安可靠性也差；工作區(qū)域〔Ⅲ〕超轉(zhuǎn)速區(qū)域，位于線AG與FF’之間。在這個區(qū)域工作，對柴油機運動部件的磨耗及壽命都會帶來嚴重影響，一般防止使用。船舶設(shè)計工況匹配點確實定與設(shè)計時所選定的柴油機工作特性和螺旋槳的推進特性有關(guān)，即所選定的機、槳特性曲線的交點，就是設(shè)計工況機槳匹配點；理論上常把柴油機的額定負荷點，即通過100％PH和100％nH和MCR點作為設(shè)計點；在設(shè)計階段留有一定的能力儲藏。常用的能力儲藏方法功率儲藏用柴油機主機85％－90％NH和100％nH作為設(shè)計點，并用新船滿載試航時的阻力工況作為設(shè)計工況。圖中C點。轉(zhuǎn)速儲藏用柴油機主機100％NH和103％nH作為設(shè)計點，并用新船滿載試航時的阻力工況作為設(shè)計工況。圖中D點，實際運轉(zhuǎn)點仍在C點。阻力儲藏用柴油機主機100％NH和100％nH作為設(shè)計點，并用新船滿載試航時的阻力的1.2倍作為設(shè)計工況。圖中A點，實際運轉(zhuǎn)點仍在H點。第三節(jié)船舶推進裝置在穩(wěn)態(tài)工況下的配合特性船機槳在穩(wěn)態(tài)航行工況下的配合特性，必須遵守能量守恒原理；為了探討能量平衡關(guān)系，采用推進裝置配合特性圖，這種配合特性圖可用功率－轉(zhuǎn)速作坐標系，也可用扭矩－轉(zhuǎn)速作坐標系，不考慮能量傳遞過程中的各種損失；是一種研究推進裝置配合特性的簡便而直觀的方法。單機單槳直接傳動推進裝置的配合特性裝置的性能特點主機的輸出功率、輸出轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)速恒等于螺旋槳的吸收功率、吸收轉(zhuǎn)矩和吸收轉(zhuǎn)速由一臺主機通過傳動軸直接帶動一個螺旋槳的推進裝置單機單槳直接傳動推進特性曲線1、2、3、4為柴油機速度特性；其中1為額定負荷速度特性；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為螺旋槳推進特性，其中Ⅰ為設(shè)計負荷航行工況推進特性。設(shè)計航行工況下的配合特性按設(shè)計航速航行將油門調(diào)節(jié)到額定噴油量，使柴油機按額定外特性1工作，機、槳配合工作在A點，即設(shè)計配合點，也稱MCR點－柴油機發(fā)出額定功率NH和額定轉(zhuǎn)速nH，而船體獲得設(shè)計航速VH，整個推進裝置具有最正確效率超速航行把油門調(diào)節(jié)到110％額定負荷，柴油機按超負荷外特性2工作，機、槳配合工作在B點－柴油機發(fā)出超功率和超轉(zhuǎn)速，NB>NH,nB>nH,船體獲得的航速為VB設(shè)計進速系數(shù)不變，螺旋槳按設(shè)計負荷推進特性Ⅰ工作，船機槳配合特性隨柴油機速度特性的改變而變化設(shè)計航行工況下的配合特性低速航行減少柴油機的噴油量，使其在局部負荷特性3〔或4〕工作，機、槳配合工作在C點(或D點)－柴油機降轉(zhuǎn)速、降功率運轉(zhuǎn)，NC<NH,nC<nH,船體減速航行，VC<VH船舶航速的改變，是通過調(diào)節(jié)油門，改變柴油機的速度特性，從而改變機、槳匹配平衡點來實現(xiàn)的。剩余功率柴油機在以某一轉(zhuǎn)速帶螺旋槳工作時，除發(fā)出帶螺旋槳所需要的功率之外，潛在的尚能發(fā)出的功率稱為剩余功率?！埠喎Q余功〕采用軸帶發(fā)電、軸帶油泵等方法，來利用這局部剩余功率，從而提高推進裝置效率。剩余功率非設(shè)計航行工況下的配合特性重載航行工況－進速系數(shù)較小，J2<JH，推進特性曲線如圖中Ⅱ線－柴油機按額定速度特性工作時，與“重載〞航行工況的機槳匹配在a點，柴油機處于降功率、降轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，Na<NH,na<nH－由于調(diào)速器的作用，機槳匹配由A點移到K點，使柴油機超負荷超功率，NK>NH,當然是不允許的；重新調(diào)節(jié)調(diào)速器，轉(zhuǎn)速降到na以下，以保證主機不超負荷、不超功率，推進裝置的效率降低非設(shè)計航行工況下的配合特性輕載航行工況－進速系數(shù)較小，J3>JH，推進特性曲線如圖中Ⅲ線－柴油機按額定速度特性工作時，與“輕載〞航行工況的機槳匹配在a’點，柴油機處于超轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，na’>nH－由于調(diào)速器的作用，使油門減小，柴油機按局部負荷速度特性4工作，機槳匹配由A移到d’點，柴油機在降功率下運轉(zhuǎn)，即Nd’’<NH，推進裝置的效率降低當輕載工況時，受主機額定轉(zhuǎn)速的限制，轉(zhuǎn)矩未到達額定值當重載工況時，受主機額定轉(zhuǎn)矩的限制，主機轉(zhuǎn)速未到達額定值非設(shè)計航行工況下的配合特性在非設(shè)計工況下〔即非設(shè)計載荷下〕，主機額定功率未能全部被利用的原因結(jié)論單機、單槳直接傳動推進裝置只有一個最正確配合工作點，即在設(shè)計載荷時的設(shè)計工作點〔A)在非設(shè)計工作點工作時，推進裝置功率不能全部利用，綜合效率下降，經(jīng)濟性變壞這種推進裝置對工況和載荷多變的船舶不太適應(yīng)，而對工況穩(wěn)定的〔如海洋和沿海運輸〕船舶，那么能發(fā)揮其優(yōu)越性單機單槳減速傳動推進裝置的配合特性特點－主機采用中、高速柴油機；－齒輪箱具備減速、離合和倒順車功能；－動力裝置操縱性與機動性較高；－推進裝置采用低轉(zhuǎn)速、大直徑螺旋槳，設(shè)計工況具有最正確匹配特性。由一臺主機通過減速齒輪箱和傳動軸帶動一個螺旋槳的推進裝置曲線1、2、3、為柴油機速度特性；其中1為額定負荷速度特性；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為螺旋槳推進特性，其中Ⅰ為設(shè)計負荷航行工況推進特性。單機單槳減速傳動推進裝置的配合特性

偏離航行工況減速傳動機槳匹配ⅡⅠⅢDJ2JHJ3aAa’bBb’cCNHNaNbnminnbnHi=iH曲線1、2、3、為柴油機速度特性；其中1為額定負荷速度特性；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為螺旋槳推進特性，其中Ⅰ為設(shè)計負荷航行工況推進特性。單機單槳減速傳動推進裝置的配合特性

偏離設(shè)計減速比減速傳動機槳匹配Di2iHi3AⅡⅠⅢaa’bBb’cCNHNaNbnminnbnH設(shè)計工況的配合特性設(shè)計工況時，J=JH，力求最正確匹配、最正確效率；主機功率和轉(zhuǎn)速應(yīng)充分發(fā)揮和利用；如果不考慮傳遞損失，那么螺旋槳轉(zhuǎn)速、扭矩和功率可分別表示為：設(shè)計工況的配合特性與直接傳動所討論的情況根本相同，設(shè)計點在A點，主機功率和轉(zhuǎn)速應(yīng)充分發(fā)揮和利用，船舶獲得設(shè)計航速VH；當船舶需要降速航行時，只要減小柴油機的噴油量，使在局部速度特性上工作，這時機槳匹配點由A點移到C點或B點等，船舶降速到VC或VB;相異之處：減速傳動推進裝置更有利于實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速、大直徑、高效率推進；而且齒輪箱還能實現(xiàn)離合和倒、順等功能。非設(shè)計工況下的配合特性非設(shè)計航行工況－重載時推進特性〔曲線Ⅱ〕，進速系數(shù)J2<JH，機槳匹配點在a點〔不超熱負荷〕或c點〔不超機械負荷〕；－輕載時推進特性〔曲線Ⅲ〕，進速系數(shù)J3>JH，機槳匹配點在b’點；－單速比減速傳動也只有在設(shè)計航行工況能實現(xiàn)最正確匹配；當偏離設(shè)計航行工況時，匹配情況惡化，推進裝置效率明顯下降。非設(shè)計減速比工況－選用速比小于最正確速比〔曲線Ⅱ〕，即i2<iH,那么nP2>nPH,MP2>MH,NP2>NH;但由于主機受到額定熱負荷的限制，最后機槳只能平衡于a點〔或c點〕，而不是D點，所以實際的螺旋槳吸收功率小于設(shè)計功率，Na(或Nc)<NH,即偏離最正確匹配點A；－選用速比大于最正確速比〔曲線Ⅲ〕，即i3>iH,那么nP3<nPH,MP3<MH,NP3<NH;由于柴油機額定轉(zhuǎn)速的限制，機槳平衡于b’點，所以實際的螺旋槳吸收功率小于設(shè)計功率，Nb’<NH,也偏離最正確匹配點A。非設(shè)計工況下的配合特性多機并車減速傳動推進裝置的配合特性由兩臺以上的主機通過離合器、高彈性聯(lián)軸節(jié)和并車減速齒輪箱，帶動一個螺旋槳能量平衡的特點表現(xiàn)：

－螺旋槳的最大吸收功率是單機額定功率的2倍；－最大吸收扭矩是單機額定扭矩的2iH倍；－最大轉(zhuǎn)速應(yīng)為柴油機額定轉(zhuǎn)速的1/iH倍。多機并車減速傳動推進裝置的配合特性曲線1為一臺主機的額定速度特性；曲線2為兩臺主機的合成額定速度特性；曲線3、4為兩臺主機的合成局部速度特性；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為螺旋槳推進特性，其中Ⅰ為設(shè)計負荷航行工況推進特性。設(shè)計工況下的配合特性多機并車推進裝置和配合特性圖ⅠaA2B32NHNHnminnbnHDC14多機并車減速傳動推進裝置的配合特性曲線1為一臺主機的額定速度特性；曲線2為兩臺主機的合成額定速度特性；曲線3、4為兩臺主機的合成局部速度特性；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為螺旋槳推進特性，其中Ⅰ為設(shè)計負荷航行工況推進特性。非設(shè)計工況下的配合特性多機并車推進裝置和配合特性圖ⅡⅠⅢaa’bBb’2NH2NbNbnminnbnH21AnaNH按設(shè)計航速航行時，兩臺柴油機并聯(lián)運行，按合成額定速度特性2工作，螺旋槳按設(shè)計推進特性Ⅰ工作；機槳匹配在A點，功率為2NH，轉(zhuǎn)速為nH，航速為Vs，兩臺主機得到充分的發(fā)揮和利用，機槳獲得最正確匹配，船舶獲得最大航速；低速航行時，根據(jù)設(shè)計推進特性Ⅰ的工作范圍來決定是雙機并車工作，或是單機工作。設(shè)計航行工況設(shè)計航行工況當螺旋槳推進特性在AB段內(nèi)工作〔如D點〕時－采用雙機并車工作，兩臺主機均處于局部負荷下工作，機槳匹配在D點；柴油機能正常工作，但是功率未能充分發(fā)揮，機槳匹配性能較差，燃油消耗率較高；－采用單機工作，柴油機將嚴重超負荷，是不允許的。當螺旋槳特性在B點以下工作時－采用單機工作比較合理；－如機槳匹配在B點，那么柴油機處于額定外特性，主機功率得到充分的發(fā)揮，燃油消耗率將接近最低值；－采用雙機并車工作，那么柴油機處于較低的局部外特性，主機功率未能充分發(fā)揮，機槳配合性能降低，不被采用。非設(shè)計航行工況按重載推進特性曲線Ⅱ工作時-與雙機合成額定特性曲線2配合于a點，與單機額定特性曲線1配合于b點；-當航速處于ab區(qū)域時，必須兩臺主機并車運行；-航速等于或小于b點以下區(qū)域時，那么易采用單機運行，有利于提高柴油機和推進裝置的經(jīng)濟性；按輕載推進特性曲線Ⅲ工作時-與雙機合成額定特性曲線2配合于a’點，與單機額定特性曲線1配合于b’點；-當航速處于a’b’區(qū)域時，必須兩臺主機并車運行；-航速等于或小于b’點以下區(qū)域時，那么易采用單機運行，以改善低速航行時推進裝置的經(jīng)濟性。結(jié)論剩余功率范圍較小，主機功率利用較充分，提高船舶運行經(jīng)濟性；對變工況適應(yīng)性較好，具有較好的性能；運行可靠性和平安性有所提高，單機工作可保持70％以上的設(shè)計航速等。多機并車推進裝置與單機單槳直接傳動推進裝置比較，具有以下優(yōu)點：雙速比減速傳動推進裝置的配合特性由主機通過具有兩檔正車速比的減速齒輪箱和傳動軸帶動螺旋槳的推進裝置；主要特點

－主機采用中、高速柴油機；－齒輪箱具有兩檔正車速比、離合和倒順功能；－推進裝置采用低轉(zhuǎn)速、大直徑螺旋槳，船、機、槳在兩種常用工況下，實現(xiàn)優(yōu)良匹配；－動力裝置操縱性、機動性較高。雙速比減速傳動推進裝置的配合特性曲線nP1和nP2分別為設(shè)計航行、重工況時螺旋槳的等轉(zhuǎn)速曲線；曲線MP1和MP2分別表示設(shè)計航行、重工況時螺旋槳的等扭矩曲線；曲線Ⅰ為自由航行時的推進特性曲線；曲線Ⅱ為重工況時的推進特性曲線。

雙速齒輪箱的特性與配合NB’nB’nP1nP2nHNHⅡⅠABB’B’’MP2MP1MHNB’’設(shè)計航行工況的配合特性通過合理選擇減速比，使主機功率在兩種航行工況下均能得到充分發(fā)揮和利用；自由航行時，應(yīng)用齒輪箱的正車快檔速比i1，對螺旋槳實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速、低扭矩傳動；重工況〔拖網(wǎng)航行〕時，應(yīng)用齒輪箱的正車慢檔速比i2，對螺旋槳實行低轉(zhuǎn)速、高扭矩傳動。自由航行作為設(shè)計工況時，機槳之間關(guān)系如下：非設(shè)計工況的配合特性采用快檔速比i1拖網(wǎng)

機槳配合工作點為B’點，這時螺旋槳轉(zhuǎn)速為nB’，扭矩為MP1和功率為NB’，拖速為VB’；拖網(wǎng)時轉(zhuǎn)速利用系數(shù)為：采用拖網(wǎng)速比拖網(wǎng)時機槳配合工作點為B點，這時螺旋槳轉(zhuǎn)速為nP1’，扭矩為MP2和功率為NP2，拖網(wǎng)時機槳匹配的關(guān)系為：結(jié)論拖網(wǎng)漁船在自航時，螺旋槳按nP1轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)；拖網(wǎng)時螺旋槳按nP2轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)；即可保證船舶在兩種航行工況下充分發(fā)揮和利用主機功率，并在自航行時獲得最大航速，拖網(wǎng)時具有較大拖力。多機多槳推進裝置的配合特性多機多槳推進裝置是采用兩臺以上的主機，通過兩根以上的傳動軸系和兩個以上的螺旋槳的推進裝置；主要特點：

－功率高、航速快、拖力大、操縱性好、生命力強；－管理操縱復雜，推進裝置效率較低。多機多槳的傳動關(guān)系R、NR-船體阻力和阻力功率；m-螺旋槳數(shù)目；TP-單槳產(chǎn)生的推力；np、MP、NP-一槳的轉(zhuǎn)速、扭矩和功率；ne、Me、Ne-一臺主機的轉(zhuǎn)速、扭矩和功率；雙機雙槳推進裝置曲線1為一臺主機的額定速度特性曲線；曲線2為兩臺主機的合成額定速度特性曲線；曲線Ⅰ表示單槳工作時的理論推進特性曲線，即NP=NR/2；Ⅰ’表示單槳工作時的實際推進特性曲線；曲線Ⅱ表示雙槳工作時兩只槳合成的推進特性曲線。

雙機雙槳推進裝置2NHNBnminnbnHnBNHNbⅡ0Ⅰ’21A0ⅠⅡaBbB0b’eB’設(shè)計航行工況的機槳配合特性按設(shè)計航速VH航行時，機槳配合工作點在b’點，機船配合工作在A0點；兩槳的收到功率和發(fā)出推力之和等于船舶阻功率和阻力，即NR=2NP，R=2TP；船機槳處于最正確匹配狀態(tài)，兩臺主機的功率被充分發(fā)揮、利用，船舶獲得最大航速VH，推進裝置具有最正確效率。航速VS滿足VH>VS>VB，必須雙機雙槳同時工作，才能滿足船舶阻力特性的要求；雙機均處于局部速度特性下工作，柴油機主機功率未能充分發(fā)揮和利用；如按單機單槳工作，那么柴油機必然嚴重超負荷，顯然是不允許的。A0B段航行航速VS小于等于VB，應(yīng)采用單機單槳運行，機槳的理論配合點在B’點；如果考慮拖槳、船舶阻力增大的影響，單機單槳工作的推進特性由理論曲線Ⅰ變?yōu)橥蠘匦郧€Ⅰ’，機槳實際配合點由B’點移到b點；主柴油機發(fā)揮和利用功率為Nb，功率利用系數(shù)為KN=Nb/NH,比較接近額定功率，柴油機性能有所改善；假設(shè)采用雙機雙槳工作，主柴油機發(fā)出功率為NB0=NB/2,柴油機功率利用系數(shù)比單機單槳工作降低一倍，導致柴油機性能急劇下降，不可取的。Be段航行設(shè)計題以下圖為三機三槳推進裝置在各個工作點運轉(zhuǎn)時，其主柴油機的功率值、轉(zhuǎn)速值和油耗率值，試分別探討船舶低速航行、中速航行和高速航行時的機槳工作狀態(tài)？由此得出多機多槳推進裝置的優(yōu)勢在哪里？工作點轉(zhuǎn)速/功率Rpm/kw左主機中主機右主機總功率kw耗油率g/kwhfe’c’dc’’n/Nn/Nn/Nn/Nn/N200/221375/795375/530500/920200/442375/530500/920200/221375/795375/530500/920442442159015902760299360245251238設(shè)計題〔1〕當船舶低速航行時，使用中主機帶動單槳工作。如主機按額定外特性1工作時，那么單機單槳配合工作點f的功率為442kW，轉(zhuǎn)速為200rpm，耗油率為299g/kWh；如果采用雙機雙槳工作，雖然總功率仍為442kW，但是柴油機耗油率急劇增加到360g/kWh。因此，低速航行時，不能采用雙機雙槳工作。〔2〕當船舶中速航行時，使用雙機雙槳工作，如主機按額定外特性1工作時，那么機槳配合工作點C’的功率為795W，轉(zhuǎn)速為375rpm，耗油率為245g/kWh，這時雙機雙槳的總功率為1590kW；如果采用三機三槳工作，雖然總功率仍為1590kW，但是柴油機耗油率急劇增加到251g/kWh。因此，在中速航行時，不能采用三機三槳工作。〔3〕當船舶高速航行時，使用雙機雙槳工作，如主機按額定外特性1工作時，那么機槳配合工作點C’’的功率為920W，轉(zhuǎn)速為500rpm，耗油率為238g/kWh，說明在設(shè)計工況點，機槳具有最正確匹配性能。多機多槳推進裝置的優(yōu)勢：功率高、航速快、拖力大、操縱性好、生命力強，另外還能有效地減小柴油機的剩余功率區(qū)域。第四節(jié)船舶推進裝置在非穩(wěn)定工況下的配合特性船舶在穩(wěn)定工況下運行時，推進裝置按各自的推進特性工作，船機槳處于穩(wěn)態(tài)平衡；當船舶從一種穩(wěn)定工況轉(zhuǎn)到另一種穩(wěn)定工況時，如起航、加速、減速、倒車、打彎等，稱為非穩(wěn)定工況或過渡工況；船舶在非穩(wěn)定工況下運行時，推進裝置的工作特性呈瞬態(tài)變化，船機槳處于動態(tài)平衡。起航和加速工況機槳配合特性船舶加速航行時，機槳之間的動平衡關(guān)系可用轉(zhuǎn)力矩平衡方程式表示：Ji－推進軸系轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量；Ji－螺旋槳附水質(zhì)量的轉(zhuǎn)動慣量；－轉(zhuǎn)動軸系的角速度；MD－主機的輸出扭矩；MP－螺旋槳旋轉(zhuǎn)阻力矩。起航和加速工況機槳配合特性船槳之間阻、推力動平衡關(guān)系可用阻力平衡方程表示：m－船舶總質(zhì)量；－船體附水質(zhì)量；V－船舶航速；－推進裝置的總推力；R－船體阻力。起航加速時有關(guān)參數(shù)的變化在加速過程中，由于主機輸出扭矩增大，提高了螺旋槳的轉(zhuǎn)速，使有效推力大于船體阻力，從而使船舶獲得加速；直到螺旋槳的有效推力等于船體在新的航速下的阻力，船機槳又處于新的穩(wěn)定工況。啟航初期，航速為0，相當于系泊工況；采用快速啟航或急劇加速，都會使柴油機超負荷，應(yīng)當盡量防止。起航加速時有關(guān)參數(shù)的變化船舶啟航和加速過程曲線1、2表示柴油機在不同供油量時的速度特性；曲線Ⅰ表示穩(wěn)態(tài)工況的推進特性，曲線A表示啟航初期瞬時工況的推進特性；a點和b點為機槳穩(wěn)定配合工作點。nNa’a’’bAⅠ12aa’’’加速特性船舶啟航和加速過程首先操縱柴油機油門，使供油量增加，柴油機速度特性由1線提高到2線；主機的轉(zhuǎn)矩和功率分別提高，螺旋槳轉(zhuǎn)速相應(yīng)提高；但船舶因巨大慣性暫時還處于原來的船速，瞬態(tài)推進特性曲線A;船舶克服了慣性，船速由Va逐漸上升，進速系數(shù)JP也逐漸提高，機槳配合點由a’a’’a’’’，直到b點時到達新的平衡；船舶獲得要求的航速Vb。結(jié)論啟航或加速時，機槳瞬時配合過程是沿著aa’b線，而不是ab線；只有當油門開啟十分緩慢，供油量遞增十分微小時加速過程才可能逼近ab線。主機換向和船舶到航時機槳配合特性船舶在航行過程中，或港內(nèi)航行靠碼頭時，或遇到障礙物緊急避碰時，常常需要改變螺旋槳轉(zhuǎn)動方向，迫使船舶由正航變?yōu)榈购?。曲線A和B分別表示船舶全速或半速正航時模型螺旋槳的倒轉(zhuǎn)特性；曲線C是系泊工況時，螺旋槳倒轉(zhuǎn)特性。船舶由全速正航變?yōu)榈购降倪^程第一階段：圖中ab階段。A點全速正航，切斷油源，停止供油；在水動阻力矩作用下，機槳轉(zhuǎn)速迅速由na降到nb；槳處于轉(zhuǎn)矩為0，負推力狀態(tài)，阻止船舶前進；第二階段：圖中bcd階段。船舶在b點以后，由于船舶的巨大慣性，仍以全速前進；螺旋槳受水流沖擊，產(chǎn)生負轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速逐漸下降，C點負轉(zhuǎn)矩到達最大值；C點以后，負轉(zhuǎn)矩逐漸減小，當負轉(zhuǎn)矩降到與主機軸系運動件的摩擦阻力相平衡時，螺旋槳轉(zhuǎn)速為0(d點)；第三階段：圖中de階段。在d點螺旋槳停轉(zhuǎn)，主機即可進行換向操作，然后倒車起動。主機帶動螺旋槳倒轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生負推力對船舶起制動作用。1實際螺旋槳的工作特性，如虛線D所示；由于水流阻力，船速逐漸降低，倒車負荷有所減低，倒車轉(zhuǎn)速也可適當提高；2船舶在非緊急情況下倒車，一般總是在較低航速下進行，如圖B曲線，更為合理，更易實現(xiàn)。船舶由全速正航變?yōu)榈购降倪^程船舶急轉(zhuǎn)向工況配合特性轉(zhuǎn)船力矩分析－舵面與水流成α傾角；－壓力Fn作用在舵外表上，垂直舵平面且作用在壓力中心P點；－轉(zhuǎn)船力矩M=0.5FLL，使船繞重心G轉(zhuǎn)動；－船舶重心G在力F作用下，橫向移動。0.5lFnFLFRPGFL-FL回轉(zhuǎn)橫向運動a轉(zhuǎn)船力矩分析船舶轉(zhuǎn)彎的運動特點船的前進速度與切線速度形成一個夾角，稱為偏角；船在轉(zhuǎn)彎時出現(xiàn)兩個運動，一個是繞瞬時中心O旋轉(zhuǎn)；另一個繞中心P旋轉(zhuǎn)；船在轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生很大的離心力，使船側(cè)向移動，增大船的阻力。GPO123451-前進速度2-切向速度3-橫向速度4-轉(zhuǎn)向5-回轉(zhuǎn)瞬時中心轉(zhuǎn)向運動分析雙機雙槳船轉(zhuǎn)彎過程左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)槳為內(nèi)槳，右側(cè)槳為外槳，一般先使船舶外移，在左舵的作用下，船舶一方面外移，另一方面繞船重心旋轉(zhuǎn)，船艉外揚，形成偏流角；船舶阻力增加，船速降低。船舶旋轉(zhuǎn)運動時，內(nèi)、外槳的負荷不斷發(fā)生變化。4080120160度4000360032002800240012船舶轉(zhuǎn)彎時內(nèi)外機功率變化1-左槳2-右槳第五節(jié)船舶推進裝置軸帶負荷工況下的配合特性船舶主機除了用作推進動力源外，還常用作輔助動力源，即軸帶輔助機械；具有明顯的經(jīng)濟效果和節(jié)能效果；使機艙布置更合理，操縱管理更加省力。主機軸帶負荷的方式機械式〔或直接式〕驅(qū)動方式直接傳動定距槳推進裝置，由主機前端直接