主推进动力装置 任务9.2：推进特性分析与机桨配合工况管理 任务9.2 推进特性分析与机桨配合工况管理.docxVIP

PAGE 1 任务9.2 推进特性分析与机桨配合工况管理 【项目介绍】介绍了螺旋桨的推进特性、机桨选配的一般原则与方法、机桨基本配合工况及管理要求等方面的知识。 ◇知识目标：掌握螺旋桨推进特性、机桨选配原则、机桨配合工况管理要点等方面的基本知识。 ◇能力目标：具备进行机桨选配的初步能力和根据机桨工况要求正确操作柴油机和螺旋桨的基本能力。 【知识陈述】 9.2.1推进特性的概念 在船舶推进系统中，船、机、桨三者处在同一推进系统中，组成一个统一的整体。当要求船舶在某一工况下航行时，同时也决定了机、桨的运转点。当柴油机作为船舶主机带动螺旋桨工作时，无论柴油机与螺旋桨直接连接还是通过减速齿轮箱连接，二者总是要保持能量平衡。在稳定运转条件下，若不计传动损失，主机发出的功率Pe和转矩Me等于螺旋桨的吸收功率Pp和转矩Mp。 根据螺旋桨理论，桨的推力Tp和转矩Mp符合下列公式： 图9-6 螺旋桨水动力特性式中,ρ为水的密度(kg/m3);D为螺旋桨直径(m)；np为螺旋桨转速(r/min); KT为推力系数； K 图9-6 螺旋桨水动力特性 KT、KM均为螺旋桨进程比λp的函数。它们之间的变化关系由实验测得，如图9-6所示.图中ηp为螺旋桨效率曲线。ηp为螺旋桨输出功率（Tp·vp）与其吸收主机功率（桨的阻力矩Mp与回转角速度2πnp之积）之比。 图9-7 螺旋桨特性曲线图 λp是螺旋桨水动力性能的一个重要参数。对一定的螺旋桨，λp取决于船舶的航行状态，即取决于船舶的航行工况。当船舶在某一工况下稳定航行时，螺旋桨就有一个固定的λp值，KT和KM相应有一对应值。从图9-7中可看到，λp减小时，KT和KM增大，可视为Tp和Mp都增加。当λp=0时，KT和KM达最大值。此时当一定时，Tp和Mp达到最大值，这相当于系泊试验或船舶起航的情况（）。随着λp的增大，KT和KM递减，Tp和Mp随之减小，这相当于船舶阻力降低的情况。在λp1.0后，KT和KM先后为零，这相当于零推力和零转矩情况。 图9-7 螺旋桨特性曲线图 对一定的螺旋桨，直径是常数，海水的密度变化很小，也可以认为是常数。在特定的某一航行条件下（装载、气候、海面状况等条件不变）的各种转速下航行时，vp/np基本不变，λp、KT、KM皆可视为常数。这样，推力和转矩公式可写成： 即螺旋桨的推力和转矩与其转速的平方成正比。 螺旋桨所需功率Pp可由Pp=Mpn/9550来确定。可得出螺旋桨功率与转速的关系式： 上式反映出螺旋桨运转特性，即桨的吸收功率Pp与转速的三次方成正比。将Mp=Cnp2和Pp=Cnp3绘成Pp-np和Mp-np的关系曲线即为螺旋桨特性曲线，如图9-7所示。实际上，船舶的工况常常是变化的，在各个不同的航行条件下对应不同λp值。当λp值不同时，同一转速下螺旋桨的转矩和吸收功率也相应有不同的值。图9-8示出在各种不同航行条件下螺旋桨功率与转速的关系曲线。在图中可看出随着航行阻力的增加（λp减小），螺旋桨特性线变陡。 因为螺旋桨所需的功率与转速的三次方成正比，主机带动螺旋桨工作就必须满足螺旋桨的功率要求。如前所述，不计传动损失螺旋桨的吸收功率就等于主机功率。这样，主机功率Pe与转速也是三次方关系： 图9-8 图9-8 不同λp时的螺旋桨特性曲线 柴油机按照螺旋桨特性工作时，各性能指标和工作参数随转速(或负荷)变化的规律，称为柴油机的推进特性。 图9-9 柴油机按推进特性工作时主要工作参数的变化柴油机推进特性是根据Pe=Cnp 图9-9 柴油机按推进特性工作时主要工作参数的变化 9.2.2柴油机按推进特性工作时工作参数变化规律 柴油机按推进特性工作时的主要参数变化规律，如图9-9所示。 1)充量系数ηv。充量系数ηv随n变化的规律与速度特性相似，说明负荷变化（pe改变）对ηv的影响很小。 2)过量空气系数α。α的变化取决于供油量和充气量两个因素。对于非增压柴油机，转速n增加时气缸的充气量ΔGa减少，另一方面pe＝Cn2，即循环供油量Δbi与转速n的二次方成正比。综合以上两方面的结果，α随n的增加急剧降低。对涡轮增压柴油机，充气量主要取决于γa，当n增加时，γa将因增压器输出空气压力的升高而增大，使充气量ΔGa随n增加而增加。此时虽供油量随转速增大而急剧增加，但α的降低幅度远比非增压柴油机要小。 3)指示热效率ηi。当柴油机按推进特性工作时，因为α随n升高而急剧下降，燃烧条件变坏，所以引起指示热效率ηi随n升高而降低。但增压柴油机ηi随n降低的程度要小于非增压柴油机。 4)机械效率ηm。根据ηm=1-Pm/Pi，机械损失功率Pm虽然随转速n的升高而增大，但指示功率Pi随转速n升高而增大得更多，因此ηm是随n升高而增大的。 5)有效油耗率be。有效油耗率be＝bi/