动力装置特性曲线省名师优质课赛课获奖课件市赛课百校联赛优质课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。不能作为科学依据。,船、机、,桨配合,研究,船、机、,桨工况配合目标,船、机、,桨三者关系,船、机、,桨配合特点,1/34,船、机、桨能量关系,船舶航行时需要螺旋桨提供推力以克服船舶阻力，使船舶以稳定航速航行，也就需要主机提供旋转力矩以克服螺旋桨旋转阻力矩，使得螺旋桨在稳定转速下运转，这么，就组成船、机、桨能量转换系统。,2/34,特征和特征曲线,（一）特征,广义地说，它反应船、主机（推进机组和螺旋桨主要技术经济指标（功率、扭矩、主机燃油消耗率和排气温度等）随其转速或航速改变关系。,船特征可用随航速改变阻力特征来表示。螺旋桨特征受到螺旋桨结构和水动力原因影响，惯用推力和扭矩来表示。,主机特征主要用其柴油机供油量、平都有效压力、轴输出扭矩及功率等随转速（航速）改变关系表示，并受到推进装置组成和型式影响。包含：,（1）主机是否采取增压，是采取高速机还是低速机等；,（2）传动方式与设备影响：是直接传动还是间接传动（电传动，液力传动，减速传动；并、分车；离合器型式等）；,（3）轴系数目：单轴系、多轴系等。,（二）特征曲线,把船、机、桨三者随转速或航速改变一些技术经济参数分别或集中地在图上用曲线表示出来，此曲线就是特征曲线。,3/34,配合,在某一工作条件下，船、机、桨三者转速与能量均相等点称为“配合点”，也称为“平衡点”。在船舶设计转速和负荷条件下配合点，称为设计配合点，船舶在此点运行，就可得到设计航速，其螺旋桨效率较高，不过此航速下不一定是经济航速。当三者中某一方能量和转速发生改变时，都会使平衡点发生改变，在新条件下形成新平衡点，并偏离设计平衡点，这时，转速、功率和效率等参数都将发生对应改变。,4/34,工况和变工况,工况,指船、机、桨三者配合工作时运转工况。这种运转情况有以下几个：以转速（或航速）为变量工况、以负荷为变量工况、以转速（或航速）和负荷同时均为变量工况。,变工况是指船、机、桨在非设计工况下工作一切运行工况统称。变工况经常发生，比如：,（1）船舶航行条件改变，即当船舶碰到风浪、潮水、上滩或载量改变，其工况就会发生改变。,（2）机动操纵引发改变，即船舶在起航、加速、减速、转弯、倒退等工况改变。,（3）船、机、桨本身性能改变，即主机与轴系长久使用后效率下降、船舶污底、螺旋桨直径或螺距发生了改变等。,5/34,柴油机主要参数,指示功率表示式：Ni=pi vs n i/(0.03,)KW,有效功率表示式,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,对一给定柴油机来讲，,vs、i、,为已知常数。,所以，Ne是随,pe、n,而变函数：,Ne=f（pe、n）,输出矩扭,Me与Ne之间关系为：,Ne=Me n/9.55,或 Ne=f（Me、n）或 Me=9.55 Ne/n,6/34,3),输出矩扭,M,e,与平都有效压力p,e,(,柴油机强化程度,)之间关系为：M,e,=9,.55 N,e,/n=9,.55 V,s,p,e,/(0.03,)=K,p,e,式中：V,s,柴油机气缸工作容积总和。,V,s,=v,s,i,K,对一给定柴油机来讲，,K=,9,.55 V,s,/(0.03,)=,常数。,所以，,M,e,与 p,e,成正比，即,与喷油量成正比,。记为：,M,e,=f(p,e,),4),总结：,N,e,=f（p,e,、n）,M,e,=f(p,e,),7/34,3、柴油机运行规律与参数之间关系：,1）n变，p,e,不变。,（即每一个工作循环,喷油量,不变）,2）n变，p,e,也变。,3）n不变，p,e,变。,4、柴油机特征概念：,柴油机工作参数（N,i,，N,e,，,i,，,e,，g,i,，,g,e,，M,e,等）和变量p,e,、n之间函数关系为称,柴油机特征,。,5、柴油机特征分类：,柴油机工作参数（N,i,，N,e,，,i,，,e,，g,i,，,g,e,，M,e,等）随转速 n和随平都有效压力,P,e,而改变规律分别叫做柴油机,速度特征和负荷特征,。,柴油机特征分类以下：,8/34,柴油机特征,二、速度特征(n变),1、外特征,n 变，p,e,一定时，由Ne=f（p,e,、n）知:,Ne n;M,e,=f(p,e,)=常数。,N,e,=M,e,n/9,.55=f(n),即,N,e,与 n成直线关系,以下列图所表示.,9/34,实际上每循环进气量、热态状、指示效率、每循环喷油量、定时等都与转速相关，所以，pe 是改变,。,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,以下列图所表示.,10/34,1）外特征定义,在速度特征线中，把柴油机在喷油量（即 pe）不变时，在各种转速 n下最大做功效力称为,柴油机外特征,。,2）外特征种类,依据柴油机工作时强化程度不一样，其又可分为：,（1）极限功率外部特征曲线（简称极限外特征线）（平都有效压力pe1）,含义：,柴油机热负荷和机械负荷到达极限程度。,（2）冒烟外特征线（又称为15分钟功率特征曲线）,含义：,柴油机热负荷非常高，表示开始冒烟与不冒烟分界限。（平都有效压力pe2）,pe2=(0.850.92)pe1,外特征,11/34,（3）超额外特征线（又称为1小时功率特征曲线）,含义：柴油机热负荷很高，普通作为船用主机最大功率或超额功率，连续使用时间不应超出1小时。,（4）额定外特征线（又称为12小时功率特征曲线）,含义：柴油机热负荷和机械负荷适中，能较长时间连续工作（大于12小时）。由工厂台架试验定确。做船用主机时，连续工作时间不应超出12小时。,船舶规范要求：,船用主机超额功率为额定功率110%，最大转速n,max,为额定转速n,H,103%,，此时柴油机连续运行1小时不应冒黑烟。,（5）连续功率外特征线（又称为持久功率外特征线）,含义：柴油机热负荷和机械负荷好，普通作为船用主机惯用功率，可长久连续使用。,连续功率为额定功率90%，转速为额定转速n,H,100%。,12/34,（6）部分功率外特征线,含义：柴油机热负荷和机械负荷较底，喷油量更小。,（7）等转矩限制外特征线,设 M,e,=M,eH,=常数,则 N,e,=,M,eH,n/9.55=A,n,式中：M,eH,柴油机额定功率和额定转速时转矩,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）最底负荷限制外特征线,（9）最高转速限制线,（10）最底转速限制线,船用柴油机工作范围：,13/34,2、推进特征,(n变，P,e,也变）,柴油机作为船用主机带动螺旋桨时，二者关系是：,1）二者保持能量守恒；,2）运动一致。,由船舶原理知低速排水量型船舶，其螺旋桨吸收功率与转速三次方成正比，即：,N,e,=,我们把柴油机工作按照 Ne=规律改变关系称为,柴油机推进特征,三、负荷特征,(n不变，P,e,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，所以柴油机应恒速运行。当外界负荷改变时经过改变P,e,来进行调整。,14/34,船用柴油机推进特征曲线,15/34,四、柴油机万有特征,16/34,图1-18,船用,柴油机特征曲线综合图(1),17/34,图1-18,船用,柴油机特征曲线综合图(2),18/34,第5章,船、机、,桨工况配合特征,一、研究,船、机、,桨工况配合目标,二、,船、机、,桨三者关系,三、研究,船、机、,桨配合标准和方法,四、研究范围,1,、工况配合分类和,研究范围,1）稳定（静态）,工况时,配合特征,（1）设计,工况时,配合特征,（2）非设计,工况时,配合特征,2）过渡（动态）,工况时,配合特征,（1）起航、加速,工况时,配合特征,（2）转向,工况时,配合特征,（3）倒车,工况时,配合特征,2,、,稳定（静态）,工况含义,5-1,船、机、,桨工况配合概述,19/34,船、机、,桨稳定（静态）,工况,配合曲线,20/34,一、海上功率贮备,1、主机能力贮备（EM),2、海况贮备(SM),二、主机选型,1、协议功率和转速概念(CMCR,n,CMCR,),2、主机选型问题,在协议功率和转速与标称功率和转速不相同时怎样选机，例题说明：,5-4 海上功率贮备和主机选型,21/34,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%海况贮备后得；,CMCR=1500kw,n,CMCR,=500r/min，,i,0,=1.83(齿轮,箱速比已选定,)，,螺旋桨要素（D,H/D,A,E,/A,0,Z）=(1.7m,1.2,0.57,4),可供,选择,主机参数以下表，问A,B和C哪台机符合要求？,22/34,机型,参数,A,B,C,MCR(kw),1500,1600,2100,nmi,n(r/min),600,700,700,23/34,设M,A,M,B,M,C,分别是三台机扣除10%贮备后螺旋桨设计扭矩（即可供给螺旋桨扭矩），所以有：,M,A,=(0.9N,A,/n,A,),i,0,=(0.91500/600)(60/2,)1.83,=39.34 kN.m,M,B,=(0.9N,B,/n,B,),i,0,=(0.91600/700)(60/2,)1.83,=35.97 kN.m,M,C,=(0.9N,C,/n,C,),i,0,=(0.92100/700)(60/2,)1.83,=47.21 kN.m,要求,螺旋桨设计扭矩为：,M,0,=(0.9N,0,/n,0,),i,0,=(0.91500/500)(60/2,)1.83,=47.21 kN.m,所以只有C机满足要求。（但主机功率充裕量较大，在,设计工况,主机功率和,转速均未到达额定值，初投资增加了。,）,假如要,选取A机或B机，则必须修改减,速比（螺旋桨设计参数不变）。,24/34,因为,螺旋桨设计为：,n,p0,=n,CMCR,/i,0,=500/1.83=273.22 r/min,假如,选取A机，则：,i,A,=n,AMCR,/n,p0,=600/273.22=2.196,（此时，M,A,=47.208,kN.m,，最适当。）,假如,选取B机，则：,i,B,=n,BMCR,/n,p0,=700/273.22=2.562,（此时，M,B,=50.358,kN.m,，偏大。）,3、齿轮,箱减速比选择,问题,以上例A机为对象，在不重新设计螺旋桨情况下：,1）假如,选择,齿轮,箱减速比i,1,i,A,（2.196）,对A机来说，螺旋桨显得“重”了。,2）假如,选择,齿轮,箱减速比i,2,i,A,（2.196）,对A机来说，螺旋桨又显得“轻”了。,分析以下：,25/34,分析以下：,及M,p,=iM,e,在不修改螺旋桨要素时，其K,Q,，D都为常数，,也为,常数。于是对同一主机转速n,eA,时，所需主机输出扭矩M,e,与速比呈反比关系，以下列图所表示：,26/34,27/34,5-6 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，选取主柴油机额定功率为185kw,额定转速为850r/min，选取船用齿轮箱减速比i=7.06，传递能力为0.185kw/r/min,并进行了良好机桨配合。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到达设计工况要求，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？,28/34,29/34,2、一用户需要建造一条以柴油机为主机顶推拖轮（采取定螺矩螺旋桨），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：你能否依据设计任务书要求，提出一个新设计方案，并用图、文分析比较两个方案特点和区分。,30/34,31/34,3、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要求。船舶满载营运时表明：主机功率及转速均到达了协议功率(CMCR）和对应转速（n,CMCR,)，同时船舶到达营运航速。设计单位认为完成了设计任务，但用户提出了异义。试问：你对该船设计结果怎样评定？（用图、文分析说明）,32/34,33/34,34/34,