03船舶推进装置

轮机概论IntroductiontoMarineEngineering第三章船舶推进装置[1]第三章船舶推进装置Chapter3MarinePropulsionSystem3.1船舶推进装置的传动方式★3.2轴系的组成★3.3螺旋桨及其特性★3.4可调螺距螺旋桨推进装置螺旋桨：完成转动动力到推进力的转变轴系：传递转动动力并将螺旋桨的推进力传递给船体传动装置：传递转动动力轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[2]1、直接传动(DirectTransmission)第一节船舶推进装置的传动方式Section1TypeofTransmission主机的动力直接经轴系传给螺旋桨，螺旋桨与主机始终保持相同的转向和转速。第三章船舶推进装置轴系主机螺旋桨轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[3]2、间接传动(Indirecttransmission)主机和轴系之间设减速器和离合器的传动方式。主机可以不变速、不换向、可设轴带发电机。第三章船舶推进装置轴系主机螺旋桨减速器/离合器轴带发电机轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[4]第三章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[5]3、Z型传动(Z-Typedrive)主机经万向轴和轴系带动螺旋桨、螺旋桨轴可360回转，船舶不设舵。第三章船舶推进装置1-主机2-联轴器3-离合器4-万向轴5-滑动轴承6-弹性联轴节7-滚动轴承8-上水平轴9-上部螺旋锥齿轮10-涡轮蜗杆装置11-齿式联轴器12-垂直轴13-螺旋桨14-下部螺旋锥齿轮15-下水平轴16-旋转套筒17-支架优点：(1)省舵、尾轴管，船尾形状简单，阻力小；(2)操纵性能好，可原地回转；(4)主机不用换向，寿命延长;(3)与中高速机连用，且不设单独的减速装置；轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[6]第三章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[7]第三章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[8]4、电力传动（Electricaltransmission）原动机带动发电机发电，将发出的电送到配电板，再由配电板直接或经过变流器或变频器供给推进电动机，从而驱动螺旋桨运转的一种传动方式。第三章船舶推进装置优点：机舱布置灵活；可选用中、高速不可逆转原动机；可均匀、大范围地调节推进电动机转速；船舶操纵性好，倒车功率大，反转迅速；推进电动机对外界负荷的变化适应性好，可以短时间堵转；可消除螺旋桨对原动机的振动冲击，船舶振动大大减轻；在柴油机—电力推进装置中，可采用分机组修理的方法，以缩短因船舶修理而造成的停航时间。轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[9]第三章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[10]第三章船舶推进装置吊舱式电力推进器（Pod）轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[11]第三章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[12]第三章船舶推进装置推进装置部分组成方案轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[13]第二节轴系的组成Section2shaft第三章船舶推进装置一、轴系的组成、作用和工作条件1、组成★轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[14]第三章船舶推进装置2、作用★把柴油机曲轴的动力矩传给螺旋桨，以克服螺旋桨在水中转动的阻力矩，同时又把螺旋桨产生的推力传给推力轴承，以克服船舶航行中的阻力。39.5510PMnN·m扭矩1.94ppPTv1.94ppPTv推力kN轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[15]第三章船舶推进装置二、推力轴和推力轴承(Thrustshaft,thrustblock)★1-连接法兰；2-轴干；3-甩油环；4-轴颈5-推力环系轴向定位。1-推力环；2、5-调节圈；3、4-推力块；6、7-压板轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[16]第三章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[17]第三章船舶推进装置推力传递过程★：(1)将主机的扭矩传给中间轴；(2)把中间轴上螺旋桨的推力传给船体；螺旋桨→推力环→油膜→推力块→推力轴承座→船体作用：轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[18]第三章船舶推进装置三、中间轴和中间轴承(Intermediateshaft&bearing)★L/3L连接法兰中间轴承中间轴作用：连接推力轴和尾轴，传递扭矩及推力，承受中间轴重量，轴线定位。轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[19]第三章船舶推进装置四、尾轴及尾轴管装置(Propellershaft,sterntube)润滑方式：润滑油润滑、海水润滑轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[20]第三章船舶推进装置四、尾轴及尾轴管装置(Propellershaft,sterntube)Propellershaftassembly轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[21]第三章船舶推进装置尾轴承(SplitScallopedShellJohnsonCutlessBearing).Thesebearingspossesslowcoefficientoffrictionandinherentvibration-dampeningqualitiesandarenon-polluting.轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[22]第三章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[23]第三章船舶推进装置第三节螺旋桨及螺旋桨特性Section3：Propelleranditscharacteristics主机驱动螺旋桨转动，螺旋桨吸收主机发出的功率，克服螺旋桨转动的阻力矩，产生对水向后或向前的推力，并受到水的反作用力而产生对船向前或向后的推力，使船舶前进或后退。1、工作原理2、结构轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[24]第三章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[25]第三章船舶推进装置浆叶扭曲的原因：为得到不同半径处的叶素具有大致相同的螺距，随R的增加，螺距角θ应逐渐减少RL2RtgH2H-螺距(Pitch)-螺距角(Pitchangle)定距桨为常数，变距桨变化。(1)螺距和螺距角3、参数★轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[26]第三章船舶推进装置(2)螺旋桨进程比★进程hp：螺旋桨转一周，轴向实际前进距离。因水被推动后移，hpH。滑失h：螺距与进程的差值。hp=H-h进程比J:进程与螺旋桨直径的比值。J=hp/D=Vp/nD(Vp=hp·n)Vp:实际航速。转速不变时，J与船速成正比。滑失比S：滑失h与螺距H的比值。S=(H-hp)/H轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[27]第三章船舶推进装置螺旋浆特性曲线结论：桨的推力、扭矩与转速的二次方成正比，吸收的功率与转速三次方成正比。(3)螺旋工作特性★浆的推力：T=K1ρn2D4=C1n2浆的扭力矩：M=K2ρn2D5=C2n2浆的效率：桨的功率：P=2nM=Cn3轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[28]第三章船舶推进装置阻力增加，进程hp减小，J减少，K1、K2、C1、C2、C增加，特性曲线变陡，反之变平坦。变矩浆的螺距角越大，即螺距H越大(进程hp越小)，特性曲线越陡。螺旋浆的无因次特性轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[29]第三章船舶推进装置4、影响螺旋桨特性的因素结构参数H/D对螺旋桨功率特性的影响轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[30]第三章船舶推进装置航行工况螺旋桨的无因次特性螺旋桨特性曲线结论：船舶阻力增加，航行工况变化时，则进程hp和进程比J减小，K1、K2及C1、C2、C增加，螺旋桨特性曲线变陡。反之，当船舶因轻载、顺风、减速等原因使船舶阻力减小，进程比增大，K1、K2及C1、C2、C减小，螺旋桨特性曲线则变平旦。轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[31]5、各种航行条件下主机的工况第三章船舶推进装置(1)船、机、桨的配合力、力矩和功率的平衡：螺旋桨的推力克服船舶阻力，主机提供螺旋桨推力所需扭矩和功率。船舶阻力船舶阻力包括：水力阻力(摩擦阻力、形状阻力、兴波阻力)、风力阻力、惯性阻力。2srVARR-船舶阻力；Ar-阻力系数；Vs-船速。轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[32]第三章船舶推进装置与螺旋桨配合工作时的主机工况点工况点：主机发出功率等于螺旋桨吸收功率，柴油机速度特性曲线与螺旋桨特性曲线的交点。1-柴油机标定负荷速度特性2-柴油机部分负荷速度特性cba-螺旋桨特性3-柴油机超负荷速度特性柴油机速度特性变化螺旋浆特性变化轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[33]第三章船舶推进装置(2)航行条件变化时主机的工况航行阻力变化主机工况点在各种航行条件下的变化标定转矩线I1：工况点a(Pe,ne)阻力增加：III，工况点ab。虽然PbPe,nbne，但超转矩。措施：减小油门(特性线2)阻力减小：IIII，工况点ad。虽然未超转矩，但PdPe,ndne。措施：减小油门(特性线2)轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[34]第三章船舶推进装置主机换向和船舶倒航螺旋桨换向及倒转工况全速前进:(a)到车第一阶段：停油，转速下降(a-b)(b:正转，扭矩=0)第二阶段：水流带动桨转(b-c-d)(c:正转，负扭矩=max)(d:停转，负扭矩)第三阶段：倒车起动运转(d-e)(e:倒转，40-60%ne，100%扭矩M)A-全速，B-半速，C-系泊，D-实际轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[35]第三章船舶推进装置2.主机换向和船舶倒航螺旋桨换向及倒转工况A-全速，B-半速，C-系泊，D-实际紧急制动：在紧急情况下，在主机转速降至30-60%ne时，按倒车起动方式向主机供入压缩空气，对主机运动部件、轴系和螺旋桨强行制动，使它们较快停止转动，然后倒车起动主机，使螺旋桨倒转，尽快停止船舶的滑行。倒航阻力大、桨效率低，为了主机不超负荷，倒车最大转速不超过标定转速70-80%，具体可根据排烟温度确定。轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[36]第三章船舶推进装置第四节可调螺距螺旋桨Section3：ControllablePitchPropeller桨叶螺旋面与桨毂可作相对转动，通过转动桨叶来改变螺距。一、工作原理★轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[37]第三章船舶推进装置二、工作特性调距桨工作特性曲线可视为一系列同直径具有不同螺距比的定距浆的组合轮机概论IntroductiontoMarineEngineering[38]第三章船舶推进装置功率与转速关系轮机概论Introd