动力装置特性曲线课件.ppt

1、研究船、机、桨工况配合的目的船、机、桨三者的关系船、机、桨配合的特点 柴油机的主要参数指示功率的表达式：Ni=pi vs n i/(0.03)KW有效功率的表达式 Ne=Ni m=pi vs n i m/(0.03)KW (pe=pi m)Ne=pe vs n i/(0.03)KW参数关系 对一给定的柴油机来讲，vs、i、为已知常数。因此，Ne是随 pe、n而变的函数：Ne=f（pe、n）输出矩扭Me与Ne之间的关系为：Ne=Me n/9.55 或 Ne=f（Me、n）或 Me=9.55 Ne/n 3)输出矩扭Me与平均有效压力pe(柴油机的强化程度)之间的关系为：Me=9.55 Ne/n=9

2、.55 Vs pe /(0.03)=K pe式中：Vs柴油机的气缸工作容积总和。Vs=vs i K对一给定的柴油机来讲，K=9.55 Vs/(0.03)=常数。因此，Me 与 pe 成正比，即与喷油量成正比。记为：Me =f(pe)4)总结：Ne=f（pe、n）Me =f(pe)3、柴油机运行规律与参数之间的关系：1）n变，pe 不变。（即每一个工作循环的喷油量不变）2）n变，pe 也变。3）n不变，pe 变。4、柴油机特性概念：柴油机工作参数（Ni，Ne，i，e，gi，ge，Me等）和变量pe、n之间的函数关系为称柴油机的特性。5、柴油机特性分类：柴油机工作参数（Ni，Ne，i，e，gi，g

3、e，Me等）随转速 n和随平均有效压力Pe而变化的规律分别叫做柴油机的速度特性和负荷特性。柴油机特性分类如下：柴油机特性减额功率输出特性。多参数特性）。万用特性（泛用特性，。变）（带发电机工况）不变，负荷特性（也变。变，推进特性，不变。变，外特性和部分特性，变）速度特性（PenPenPenn 二、速度特性(n变)1、外特性 n 变，pe一定时，由Ne=f（pe、n）知:Ne n;Me =f(pe)=常数。Ne=Me n/9.55=f(n)即 Ne 与 n成直线关系,如下图所示.实际上每循环进气量、热态状、指示效率、每循环喷油量、定时等都与转速有关，因此，pe 是变化的。n 变，pe一定时，由N

4、e=f（pe、n）知:Ne n;Me =f(pe)=常数。Ne=Me n/9.55=f(n)即 Ne 与 n成直线关系,如下图所示.1）外特性的定义 在速度特性线中，把柴油机在喷油量（即 pe）不变时，在各种转速 n下的最大做功能力称为柴油机的外特性。2）外特性的种类 根据柴油机工作时的强化程度不同，其又可分为：（1）极限功率外部特性曲线（简称极限外特性线）（平均有效压力pe1）含义：柴油机热负荷和机械负荷达到极限程度。（2）冒烟外特性线（又称为15分钟功率特性曲线）含义：柴油机热负荷非常高，表示开始冒烟与不冒烟的分界线。（平均有效压力pe2）pe2=(0.850.92)pe1 外特性 （3）

5、超额外特性线（又称为1小时功率特性曲线）含义：柴油机热负荷很高，一般作为船用主机的最大功率或超额功率，持续使用时间不应超过1小时。（4）额定外特性线（又称为12小时功率特性曲线）含义：柴油机热负荷和机械负荷适中，能较长时间持续工作（不小于12小时）。由工厂台架试验定确。做船用主机时，持续工作时间不应超过12小时。船舶规范规定：船用主机的超额功率为额定功率的110%，最大转速nmax为额定转速nH的103%，此时柴油机持续运行1小时不应冒黑烟。（5）持续功率外特性线（又称为持久功率外特性线）含义：柴油机热负荷和机械负荷好，一般作为船用主机的常用功率，可长期持续使用。持续功率为额定功率的90%，转

6、速为额定转速nH的100%。（6）部分功率外特性线 含义：柴油机热负荷和机械负荷较底，喷油量更小。（7）等转矩限制外特性线 设 Me=MeH=常数 则 Ne=MeH n/9.55=A n 式中：MeH柴油机额定功率和额定转速时的转矩,A 常数.含义：柴油机在全部转速范围内，在此线下，柴油机和轴系都可安全工作。（8）最底负荷限制外特性线 （9）最高转速限制线 （10）最底转速限制线 船用柴油机的工作范围：2、推进特性 (n变，Pe也变）柴油机作为船用主机带动螺旋桨时，两者关系是：1）两者保持能量守恒；2）运动一致。由船舶原理知低速排水量型船舶，其螺旋桨吸收的功率与转速的三次方成正比，即：Ne=我

7、们把柴油机的工作按照 Ne=的规律的变化关系称为柴油机的推进特性 三、负荷特性 (n不变，Pe变）柴油机带直流发电机时要求电压不变，带交流发电机时要求周波数不变，因此柴油机应恒速运行。当外界负荷变化时通过改变Pe来进行调节。3Kn3Kn船用柴油机推进特性曲线 图1-18 船用柴油机特性曲线综合图(1)图1-18 船用柴油机特性曲线综合图(2)一、研究船、机、桨工况配合的目的 二、船、机、桨三者的关系 三、研究船、机、桨配合的原则和方法 四、研究的范围 1、工况配合的分类和研究范围 1）稳定（静态）工况时的配合特性 （1）设计工况时的配合特性 （2）非设计工况时的配合特性 2）过渡（动态）工况时

8、的配合特性 （1）起航、加速工况时的配合特性 （2）转向工况时的配合特性 （3）倒车工况时的配合特性 2、稳定（静态）工况的含义 5-1 船、机、桨工况配合概述船、机、桨稳定（静态）工况配合曲线 一、海上功率储备 1、主机能力储备（EM)2、海况储备(SM)二、主机选型 1、合同功率和转速的概念(CMCR,nCMCR)2、主机选型问题 在合同功率和转速与标称功率和转速不相同时如何选机，例题说明：5-4 海上功率储备和主机选型 设有一顶推轮，拖曳速度为13km/h,经螺旋桨初步设计并考虑10%的海况储备后得；CMCR=1500kw,nCMCR=500r/min，i0=1.83(齿轮箱的速比已选定

9、)，螺旋桨要素（D,H/D,AE/A0,Z）=(1.7m,1.2,0.57,4),可供选择的主机参数如下表，问A,B和C哪台机符合要求？设MA,MB,MC分别是三台机扣除10%储备后螺旋桨设计扭矩（即可供给螺旋桨的扭矩），所以有：MA=(0.9NA/nA)i0=(0.91500/600)(60/2)1.83 =39.34 kN.m MB=(0.9NB/nB)i0=(0.91600/700)(60/2)1.83 =35.97 kN.m MC=(0.9NC/nC)i0=(0.92100/700)(60/2)1.83 =47.21 kN.m 要求的螺旋桨设计扭矩为：M0=(0.9N0/n0)i0=(

10、0.91500/500)(60/2)1.83 =47.21 kN.m 因此只有C机满足要求。（但主机功率富余量较大，在设计工况主机的功率和转速均未达到额定值，初投资增加了。）如果要选用A机或B机，则必须修改减速比（螺旋桨设计参数不变）。因为螺旋桨设计为：np0=nCMCR/i0=500/1.83=273.22 r/min 如果选用A机，则：iA=nAMCR/np0=600/273.22=2.196 （此时，MA=47.208 kN.m，最合适。）如果选用B机，则：iB=nBMCR/np0=700/273.22=2.562 （此时，MB=50.358 kN.m，偏大。）3、齿轮箱减速比选择问题以

11、上例的A机为对象，在不重新设计螺旋桨的情况下：1）如果选择的齿轮箱减速比i1 iA（2.196）,对A机来说，螺旋桨显得“重”了。2）如果选择的齿轮箱减速比i2iA（2.196）,对A机来说，螺旋桨又显得“轻”了。分析如下：分析如下：及Mp=iMe 在不修改螺旋桨要素时，其KQ，D都为常数，也为常数。于是对同一主机的转速neA时，所需的主机输出扭矩Me与速比呈反比关系，如下图所示：5252DinKDnKMepp523DniKMee5-6 案例分析 1、某设计单位（称简甲方）为一用户设计一条1000t级货船，选用的主柴油机额定功率为185kw,额定转速为850r/min，选用的船用齿轮箱减速比i

12、=7.06，传递能力为0.185kw/r/min,并进行了良好的机桨配合。某船厂（称简乙方）施工时，因设备技术参数、价格等原因，改用减速比i=5.05，传递能力为0.22kw/r/min的船用齿轮箱,其余设备技术参数未变更。实船试航结果分析表明：主机功率及转速均未达到设计工况要求，航速也受到影响。试用图、文分析全程责任点和责任方，理由是什么？2、一用户需要建造一条以柴油机为主机的顶推拖轮（采用定螺矩螺旋桨），要求顶推量为3500t，航线为重庆上海；上水时有一浅滩，推拖轮以顶推1500t货驳过浅滩，但上滩船速不能小于18km/h（连续航行时间大约2h）。设计单位选取了上滩顶推一只货驳作为设计工况，并按航速18km/h来选取主机功率，好较地完成了设计任务。试问：你能否根据设计任务书的要求，提出一个新的设计方案，并用图、文分析比较两个方案的特点和区别。3、一用户要建造一条沿海散货船，向设计单位只提出了吨位和满载营运航速的要求。船舶满载营运时表明：主机功率及转速均达到了合同功率(CMCR）和相应的转速（nCMCR)，同时船舶达到营运航速。设计单位认为完成了设计任务，但用户提出了异义。试问：你对该船的设计结果如何评估？（用图、文分析说明）