动装设计课件第2章第15节.pptx

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,#,船舶动力装置原理与设计课件,（第,2,章第,15,节）（计划学时：,6h,）,吕庭豪 设计,2004,年,12,月,第,2,章 推进装置设计,1-1,推进装置设计的内容,推进装置是船舶动力装置的一个重要组成部分，它包括主机，传动设备,、,轴系和推进器等。其作用是由主机发出功率，通过,传动设备和轴系传给推进器，以实现推进,船舶的使命。具体组成如图,2-1-1,所示。,图,2-1-1,某船推进装置简图,推进装置的设计是根据船舶设计任务书的要求，设计出一套经济、可靠、机动性及操纵性好的推进装置。,具体的内容一般有：,1,）推进装置型式的确定；,2,）主机的选型；,3,）轴系的设计与计算；,4,）传动设备的计算与选型。,本章先介绍,1,）、,2,）、,3,）方面内容，第,3,章再介绍,4,）方面内容。,由于船舶的用途、航区，推进性能的不同，使主机的类型与数目、传动方式、轴系的数目、推进器的类型与数目必然不一，构成了具有不同特点的推进装置。组合的形式很多，图,2-2-1,为推进装置型式简图。,2,2,推进装置型式的确定与选型分析,表,2-6,常用推进装置形式,表,2-6,常用推进装置形式,表,2-2-1,推进装置形式,一、推进装置的传动方式与组合选择,（一）,推进装置的传动方式,1,直接传动推进装置。,直接传动是主机直接通过轴系把功率传给螺旋桨的传,动方式。,特点：,主机与轴系中间无其他传动设备，在任何工况,下，螺旋桨与主机具有相同的转速与转向。由于螺旋桨在,较低转速时有较高的效率，因此，直接传动一般适用于采,用大型低速柴油机。,如图,2-2-1,中的（,1,）、（,2,）所示。,优点：,结构简单；使用寿命长；燃料费用低；维修保,养方便；噪声低；传动损失少；推进效率高等。,缺点：,重量与尺寸大；倒车必须利用可逆转发动机，,其机动性差；非设计工况下运转时经济性差；低速和微速,航行受到柴油机最低稳定转速的限制。,2,间接传动推进装置,间接传动是通过传动设备（机械的、电动的、或液动,的），使主机与轴系连接在一起的一种传动方式。,特点：,在这种传动装置中，主机转速与螺旋桨转速有,差别或保持一定的速比。,如图,2-2-1,中的（,4,）、（,5,）、（,6,）、（,7,）所示。,优点：,重量与尺寸小；主机的转速不受螺旋桨要求的,转速限制；轴系布置方便易达到要求；带倒顺离合器时可,选用不可逆转的主机；有利于采用多机并车、单机分车与,轴带发动机布置。,缺点：,结构复杂；传动损失大，效率低。,3,特殊传动推进装置,这里的特殊传动方式是指电力传动、可调螺距螺旋桨传动、液压马达传动、,Z,型推进传动和同轴对转螺旋桨传动等。,Z,型推进传动,1,）可调螺距螺旋桨推进装置,是通过改变螺旋桨的螺距来改变船舶航速和正倒航向的传动方式。在这种装置中，螺旋桨的桨叶是可以转动的，只要转动桨叶，便可改变螺距，从而改变桨的推力大小及方向。,图,2-2-2,为可调螺距螺旋桨装置实例。,优点：,在部分负荷下能有较好的经济性；能适应船舶阻力的变化，充分利用主机的功能；主机或减速齿轮箱不必设换向装置，使其结构简化和轻便；可提高船舶的机动性和操作性；有利于驱动辅助负载。,缺点：,机构比较复杂，整个装置制造、安装及维修保养困难，造价高，桨毂尺寸较大，在设计工况下效率比定距桨低。,图,2-2-2,（代）,液压,可,调距桨装置实例,1-,桨叶；,2-,转盘；,3-,圆柱销；,4-,活塞；,5,、,6-,螺母；,7-,滑板8,、,9-,支承座；,10-,轴套；,11-,弹簧；,12-,配油器轴；,13-,销止阀；,14-,反馈轴承；,15-,拉杆；,16-,油泵；,17,换向阀；,18-,溢流阀；,19-,流量控制阀；,20-,单向阀,CPP(,可调桨,),液压单元,2,）电力传动推进装置,电力传动是主机驱动主发电机发电，然后并网，再由电网供电给电动机驱动螺旋桨的一种传动型式。,如图,2-2-1,中（,8,）所示。,特点：,主机和螺旋桨间没有机械联系，机、桨可任意距离布置。,优点：,机组配置和布置比较灵活、方便，舱室利用率高；改变直流电动机的电流方向可使螺旋桨转向改变，便于遥控，机动性与操纵性好；发电机转速不受螺旋桨转速的限制；正倒车具有相同的功率和运转性能，具有良好的拖动性能。,缺点：,能量经过两次转换，损失大，传动效率低；增加了发电机和电动机，装置总的的重量和尺寸较大，造价和维修费较贵。操纵与管理水平要求高。,（二）组合选择,确定推进装置的型式除了传动方式选择外，还涉及轴系的数目（单轴，双轴，多轴），推进器的型式（螺旋桨，喷水推进，平旋,直叶,推进），螺旋桨的类型与数目（定距桨还是调距桨；单桨，双桨，多桨）等，是个复杂的问题。选择原则如下：,1,）按船舶用途、种类与要求,沿海或远洋货轮，油船,其航行工况比较稳定，多采用大型低速柴油机和单机单桨直接传动，用定螺距螺旋桨，在设计工况下推进效率较高客船,的重要技术指标是快速性和安全性，吃水相对浅些，同时对机动性与操纵性要求高，因此，多采用双机（多机）双桨（多桨）。如果主机采用中速机或高速机，则用间接传动以降低螺旋桨转速。,渡船，拖船，渔船,等船舶由于工况变换频繁，机动性要求高，而且机舱尺寸有限故主机采用中或高速柴油机，多机多桨，并采用间接传动或多速比齿轮箱，为解决多工况问题也可以采用可调螺距螺旋桨推进装置。,港作船,对操纵性要求高，可采用中、高速柴油机与双机（多机）双桨（多桨）或,Z,型全回转推进装置。,对于特殊的,工程船,如挖泥船，破冰船等可采用液力传动或者电力传动装置等。,2,）按主机总功率的大小,按主机总功率的大小，应考虑主机类型与数目，轴系与桨的数目。大型低速柴油机单机功率大，耗油率低，耐用可靠，但重量，尺寸大，适宜于大型沿海和远洋运输船舶选用，并可较大幅度降低运输成本和提高运输量，一般采用单机单桨直接传动。主机功率若要求过大，则可采用双机单桨（单轴），双机双桨（双轴）或多机多桨（多轴）等型式。此时主机大多是采用中速或高速柴油机，其重量轻，尺寸小，便于机舱布置。,3),按船舶航区的吃水深度,单机单桨直接传动的损失小，推进效率较高，但须选用可逆转的低速柴油机，吃水相对较深。采用双桨（多桨）可减小螺旋桨的直径，其舵的转向效果好，能提高机动性，可减小船舶的吃水深度。有时根据特殊需要可在传动机组方面采用并车或分车装置等以适应船舶航区的吃水深度。,4,）按推进装置的经济性,在选择不同的推进装置时，应考虑其初投资，运输费用的大小和初投资回收年限，涉及到经济性与综合效益。直接传动比间接传动损失小，效率高。间接传动可降低螺旋桨的转速，提高推进效率，可是要增加传动设备，初投资高。近年来，中速机单机功率不断增大，又成功解决了烧重油的问题，耗油率有很大降低，可靠性和使用寿命大为改善。此外，其重量轻，尺寸小，有利于机舱布置。大型低速柴油机目前世界上日趋于,B&W-MAN,与,SULZER,两种，热效率高燃料费用又低的高效节能机。在世界上有一些大型船舶，为了进一步节约能源，出现了超低速螺旋桨船舶，中间利用大型减速齿轮箱，获得桨的高效益，从而进一步提高经济性。再如电力传动，其操纵灵活，机动性好，效果与调距桨相似，从初投资费用看造价比调距桨大，推进效率较低。,综上所述，在考虑推进装置型式时，要抓住主要矛盾，从全局的经济性出发，权衡利弊，优化方案，取其最佳的的推进装置型式。,二主机的选型论证分析,主机的选型是根据设计任务书中的技术要求以及船体设计所提供的资料来进行的。主机选型和螺旋桨的设计密切相关，也包括推进装置设备的选型等。实际上是通过船，机，桨匹配计算和分析选定螺旋桨参数和主机型号，在满足设计要求（如航速，桨径，转速，功率）的基础上，同时考虑重量和尺寸，油耗，造价，可靠性，可维度，使用寿命，吊缸高度，振动等前提下，选择一套从主机到螺旋桨的最佳的推进装置。,在主机选型与螺旋桨参数确定的机、桨匹配计算中可分为,初步匹配设计,和,终结匹配设计,两个阶段。,初步匹配设计,根据,已知船体主尺度，船体的有效功率曲线,P,e,（,V,），船舶要求的航,V,s,，螺旋桨的直径,D,或转速,n,，来确定螺旋桨的效率,0,，螺距比,p/D,，螺旋桨的最佳直径及所需主机的功率，便于主机与传动设备的选型。,由于一般都按所需主机的功率与转速选用现成的，标准型的主机与传动设备，故最后选定的主机其功率与转速与初步的匹配设计时不完全相同，还需要进行终结匹配设计。,终结匹配设计,根据选定主机的功率和转速，传动设备与轴系的传送效率,s,，算得桨的收到功率,P,d,，桨的效率,0,，船身效率,h,等，计算船舶所能达到的航速和螺旋桨的最佳要素。具体是,已知主机功率，转速和船舶的有效功率曲线，确定船舶所能达到的最高航速，螺旋桨直径，螺距比及螺旋桨效率。,确定螺旋桨特性参数的方法很多，下面采用目前最广泛，简单，方便，结果令人满意的图谱设计方法来确定螺旋桨,要素,。,1,、初步匹配设计：,具体,按,初选螺旋桨直径的匹配计算,由表,2-2-1,所列步骤进行计算，其结果由作图,2-2-3,而定。,具体,按,初选螺旋桨,转速,的匹配计算,由表,2-2-2,所列步骤进行计算，其结果由作图,2-2-4,而定。,根据图,2-2-3,或图,2-2-4,的结果得到主机的功率、,转速、,桨的直径与要素。在选择主机时还要考虑,功率储备问题,；,传,动型式是直接还是间接,传,动或特殊,传,动；是否需要减速，速比为多少等。,表,2-2-1,机，桨初步匹配计算,（直径,D,给定）,查,图谱，由,等值线与最佳效率,曲线的交点得到,(p/D),1,01,(p/D),2,02,(p/D),3,03,(p/D),4,04,序号,名称,单位,数据,1,螺旋桨直径,D(,给定,),m,2,船身效率,h,=1-t/(1-w),3,进速,Va=V(1-w),kn,4,有效功率,Pe(,给定,),kW,5,假定一组转速,n,r/min,n,1,n,2,n,3,n,4,6直径系数,=nD/Va,1,2,3,4,7,8,收到功率,P,d,=B,2,p,V,5,a,/1.36n,2,kW,P,d,1,P,d,2,P,d,3,P,d,4,9,主机功率,P,a,=P,d,/(,s,r,),kW,P,a,1,P,a,2,P,a,3,P,a,4,10,桨克服的有效推功率,P,t,=P,d,0,h,kW,P,t,1,P,t,2,P,t,3,P,t,4,注：,t-,推力减额分数,;w-,伴流分数；,V-,航速；,s,-,轴系传递效率；,0,-,敞水效率；,r,相对旋转效率。,表,2-2-2,机、桨初步匹配计算,（转速,n,给定）,查,图谱，由,等值线与最佳效率,曲线的交点得到,(p/D),1,01,(p/D),2,02,(p/D),3,03,(p/D),4,04,序号,名称,单位,数据,1,螺旋桨转速,n(,给定,),r/min,2,船身效率,h,=1-t/(1-w),3,进速,Va=V(1-w),kn,4,有效功率,Pe(,给定,),kW,5,假定一组直径,D,m,D,1,D,2,D,3,D,4,6,直径系数,=nD/Va,1,2,3,4,7,8,收到功率,P,d,=B,2,p,V,5,a,/1.36n,2,kW,P,d,1,P,d,2,P,d,3,P,d,4,9,主机功率,P,a,=P,d,/(,s,r,),kW,P,a,1,P,a,2,P,a,3,P,a,4,10,桨克服的有效推功率,P,t,=P,d,0,h,kW,P,t,1,P,t,2,P,t,3,P,t,4,注：,t-,推力减额分数,;w-,伴流分数；,V-,航速；,s,-,轴系传递效率；,0,-,敞水效率；,r,相对旋转效率。,2,、终结匹配设计：,终结匹配设计是在已选定主机后进行。具体匹配计算由表,2-2-3,所列步骤进行计算，其结果由作图,2-2-5,而定。,以上是针对某一盘面比的桨进行计算的，在实际匹配设计中还要选择几个盘面比的桨进行比较，得出不同盘面比下所能达到的航速和螺旋桨要素，后然进行螺旋桨的空泡计算校核，得出不发生空泡的最小盘面比的螺旋桨及所对应的最大航速和最佳螺旋桨要素。序号,名称,单位,数据,1,假定若干航,速,V,kn,V,1,V,2,V,3,V,4,2,收到,功率,P,d,kW,P,d,P,d,P,d,P,d,3,进速,Va=V(1-w),kn,Va,1,Va,2,Va,3,Va,4,4,P,d,1/2,=(1.36P,d,),1/2,P,d,1/2,P,d,1/2,P,d,1/2,P,d,1/2,5,Va,2.5,Va,1,2.5,Va,2,2.5,Va,3,2.5,Va,4,2.5,6,转速,n(,已知,),r/min,n,n,n,n,7,B,p,=n,P,d,1/2,/Va,2.5,B,p1,B,p2,B,p3,B,p4,8,B,p,B,p1,Bp2,B,p3,B,p4,9,根据选定的叶数,及盘面比查相应,0,的图谱，由,B,p,之,p/D,值向上作,垂,线与,D=,Va/n,最佳效率曲线相,交得,P,t,=,P,d,0,h,kW,1,01,(p/D),1,D,1,P,t1,2,02,(p/D),2,D,2,P,t2,3,03,(p/D),3,D,3,P,t3,4,04,(p/D),4,D,4,P,t4,表,2-2-3,机、桨,终结,匹配计算,注：,t-,推力减额分数,;w-,伴流分数；,V-,航速；,s,-,轴系传递效率；,0,-,敞水效率；,h,船身效率,;,直径系数,=nD/Va,。,3,、主机选型中考虑的问题,1,）重量与尺寸,高速柴油机的重量、尺寸最小；中速柴油机其次；低速柴油机重量、尺寸最大。所以对内河船、高速船可选用高速柴油机；对长江或沿海的小型船舶、运木船、客（车）渡船、滚装船等特种船舶可选用中速柴油机；对沿海与远洋的大型船舶应选用低速柴油机为好。,2,）功率与转速,船舶标准化技术委员会专业标准（,CB325585,）规定船舶柴油机功率有：,（,1,）标定功率（习惯称额定功率）,在规定的环境状况（不同航区有不同的规定，如无限,航区环境条件：绝对大气压为,0.1Mpa,；环境温度为,45,；相对湿度为,60%,；海水温度“中冷器进口处”为,32,）和转速下，柴油机可以安全持续运转的最大有效功,率或净有效功率也可称为,最大持续功率,。其相应的转速,为标定转速（亦称额定转速），国外称此功率为,MCR,。,（,2,）超负荷功率,在规定的环境状况下，允许柴油机在一定的时间内,超负荷使用的最大功率。通常允许的超负荷功率是标定功,率的,110%,，允许的超负荷时间是每,12h,中运转,1h,。国外称,为,o,R,。,（,3,）经济功率,根据柴油机的使用状况和用途，在燃油消耗和维修方,面都比较经济的持续运转功率。一般为标定功率的,85%92%,。国外有一种持续服务功率，称,CSR,，在海上,航行时，可持久运转的功率，约,85%90%MCR,。,还有燃油限止功率、倒车功率，这里就不再叙述。,另外，还有一些柴油机是以非船用柴油机的规定条件,下进行标定的。故在选取这类柴油机做船用主机时必须考,虑其使用条件，必须进行持久效率与温度，湿度系数修正,等。,总之，在选取主机功率时，必须了解其标定功率的状,况，还要根据船舶种类、用途、航区及其主机的结构型式、类型、增压度的大小、维修的间隔期等不同的状况，适当考虑其工作时的功率储备。,（,4,）主机的转速,主机的转速在选择主机时应引起足够的重视，主机转速较低，即螺旋桨的转速也低，可提高船舶的推进效率。对于低速柴油机，在大多数情况下采用直接传动，主机的转速为螺旋桨转速。对于中、高速柴油机，可选加减速齿轮箱传动，以使螺旋桨获得理想的转速，同时，也应符合最低燃油消耗和最小初投资的要求。降速可减少燃油的消耗，但主机和轴系的尺度、重量增大，初投资也相应增加。对于一艘吃水、主尺度、航速给定的船舶，最佳螺旋桨的转速可由“,投资费和燃油费总和为最小,”的原则来决定。在选取柴油机转速、螺旋桨转速时，应与传动设备选择一起考虑。,3,）燃油与滑油,船用燃料，品种繁多。国内有轻柴油、重柴油、燃料油与中间燃料油。国外有船用轻柴油、船用柴油、中间燃料油与船用燃料油。由于这些燃料的性能差异很大，价格相当悬殊。在选取不同的主机时，必定要使用不同燃料满足主机的要求，其技术条件不一样，经济效果也不相同。有的主机为使用价格低廉的燃料降低营运费用，但必须配备一定的必要设备，这样初投资增加，管理维修费用增加，必然要抵销一部分经济效益。同时还要考虑到润滑油的配套使用与价格，使用劣质燃油，硫分很高，灰分含量多，燃烧不完全，引起腐蚀与磨损；使用、管理不当又会引起事故，影响营运与经济性。,在选取滑油时必须考虑：高碱度、加添加剂等，这样将使滑油价格提高。,总之，要综合考虑，即要进行燃润料费用的技术、经济分析，以全面权衡处理。,船用燃油供应装置，该供应装置包括由流量计、油泵、,蒸汽加热器、粘度计和过滤器依次连接构成的供油回路,标准型配置包括：供给泵、粗滤器、自净滤器、流量计、回油筒、循环泵、加热器、粘度控制系统、各类阀件与仪表等。,4),主机的造价、寿命及维修,造价,船舶动力装置造价是船舶造价中一个较大的项目，一般情况下约占船舶总造价的,20%40%,左右。主机选定后，其他的一些辅助设备也随之决定，所以它对机电设备的造价起决定性作用。因此，在选型时要统一考虑，它将有助于降低船舶的总造价，可使船舶初置费用减少、营运经济性提高。一般低速柴油机的造价最高，高速柴油机的造价最低。,寿命及维修,一般低速柴油机的使用寿命比中速柴油机长，低速柴油机的维修工作量也比中速柴油机少。为了提高柴油机的使用寿命和减少维修量，必须选择寿命长、维修工作量少的主机。所以选主机要结构简单化、缸数少；运动部件的磨损期长，使检修间隔期延长，以便节省修理费用；配备较多的专用维修工具，使之装拆方便，缩短维修工期，以弥补维修间隔期短的缺点。如中速柴油机维修间隔期比低速柴油机短，如果工具得心应手，使用方便，可缩短维修所需的时间。,5,）振动与噪声,对于柴油机船舶，在选择主机时，考虑主机的振动与噪声。主机的平衡性能好，其机体振动就小。主机装船后，轴系的扭转振动、横向振动和纵向振动，其中特别是扭转振动具有更大的危险性与破坏性。如某航运局曾有,3,艘,400t,级沿海货船，在,2,年内发生,8,起断轴断桨事故，仅事故停航损失，就相当于当时建造这样的,3,艘货船的费用。因此要进行有关的计算和实船测量，以保证轴系安全工作。,主辅机是船上最强的噪声源，它们实质上决定了柴油机船的噪声级。一般来说，中、高速柴油机比低速柴油机、直流扫气比回流扫气的柴油机、强化程度高（如增压压力与最大燃烧压力高）的柴油机和平衡差的振动与噪声大。,6,）柴油机的热效率与燃油消耗率,柴油机的热效率和燃油消耗率是评定柴油机完善程度的重要指标，决定着船舶营运的经济性与使用寿命。因此，在选择柴油机时，对热效率和燃油消耗率应予以足够的重视。选取柴油机时，应比较两种柴油机，在相同的转速与功率的工况下工作时，燃油消耗率的大小；在标定功率时，热效率与燃油消耗率的高低；除此之外，还应考虑其推进特性时的燃油消耗率是否平坦，以比较在使用的范围内总体耗油率与热效率的好坏，这一点对工况变化范围大的船舶特别重要。,三、船、机、桨匹配的方法,近年来，船舶柴油机动力装置发展很快，世界上原有多种名牌机通过竞争，现已发展成为“,B&WMAN”,与“,SULZER”,这两种。这两种大型低速柴油机其结构、型式基本趋于一致（除高压油泵的结构外），外观上大同小异。垄断世界低速柴油机市场的“,B&WMAN”,与“,SULZER”,两种公司在不断角逐中，把二冲程低速柴油机的燃油消耗率从,190g/,（,kwh,）降低到,160g/,（,kwh,），从而使柴油机的热效率提高到,50%,。由于主机的不断发展，动力装置的设计出现了一些新的情况：,1,、柴油机实行减额输出（,Derating,）方法,根据柴油机工作原理，为提高柴油机的热效率，即降低燃油消耗率的方法之一是提高气缸内最高燃烧压力,Pmax,和平均有效压力,Pe,的比值。,Pmax/Pe,越大，柴油机指示热效率,i,愈高，燃油消耗率可降低。如果提高,Pmax,会受发动机机械负荷限制，只有降低使用负荷,Pe,来实现。,所谓减额输出，即把最高燃烧压力维持在标定功率时的最高燃烧压力，降低标定功率时的平均有效压力，使二者比值增大，来实现比标定功率低的燃油消耗率。,对同一缸径及行程的柴油机，在改变匹配的增压器通道截面、改变气缸压缩容积（用改变活塞杆下部垫片厚度的方法），并用一种可变定时的喷油泵，使其在某一负荷范围内保持其最大燃烧压力不变，以形成一个降低燃油消耗率的功率及转速的输出范围。这个范围就是同一缸径和行程的柴油机的,减额输出区,，也称之为,设计配置区（,Layoutarea,）,。,图,226,为,RTA,系列柴油机减额输出区。图中可见，其功率输出范围为,55%100%P,MCR,（,P,MCR,为标定输出功率），转速输出范围为,72%100%n,eb,（,n,eb,为标定功率输出点的标定转速）。,标定额定输出,一般将减额输出区的最大输出称为标定额定输出（,NMCR,）。,减额输出,将减额输出区以内除最大输出点以外的任何输出称为减额输出（,DMCR,）。,意义,在这个减额输出区内，燃油消耗率可达最低限度，因此螺旋桨的设计及运转点均应设法匹配在这个区域内。由于这个区域范围广，所以，必能选其一点与螺旋桨实现最佳匹配。这就能够实现理想的“机配船”或“机配桨”的船、机、桨匹配，从而改变了过去“船配机”或“桨配机”的不合理设计方法。,2,、以动力装置的经济性为设计目标,由于船舶造价上涨以及能源的短缺，使得船舶的初投,资增加，燃料价格不断上升，航运费用昂贵，所占的比重,越来越大，改善动力装置的经济性便成为一项成功设计的,关键之一，,这里所指的经济性是综合考虑船舶动力装置的,造价和营运费用,，通常用投资回收年限，净增值等综合性,指标来评价。,这些新情况的出现，向设计者提出了新的要求。下面,介绍等航速条件下,“,机配船,”,的船、机、,桨,匹配方法的设计,步骤：,1,）计算和选定参考桨的设计点,如图,2,2,7,上的,O,点，该参考点,O,是根据设计航速用,前面介绍的初步匹配设计的方法来决定的。,2,）绘制等航速所需的不同转速下的常用功率曲线,P,等航速线的绘制也是用初步匹配设计的方法，根据,设计航速计算出在不同转速下所需的主机功率,P,，将各点,连接起来即为等航速线。,为了简化计算，也可以船模实验或船体计算中常用的,一般式换算，得以达到某个选定的航速。通过,O,点的,P,曲,线可表示为：,P=Po,（,n/no,）,式中：,P,、,n,减额输出点的功率与转速，即通过参考点,O,（,Po,，,no,）的等航速线上任一点，,KW,与,r/min,；,a,功率变化因数，与船体线型，阻力有关。,a,值可由实船计算及船模实验测试阻力换算而得。,根,据,B&W,公司推荐，对瘦型船为,0.2,，对正常船型,.0.25,，对,肥型传为,0.3,。根据,SULZER,公司资料，经换算得,a,为,0.10,0.28,。根据公司资料。对,7350,主机的船舶，,桨,设计转速为,100,250r/min,时，每下降,10r/min,，功率减低,.,，这样可换算出,a,为,0.16,.36,；对,11000,主机的船舶，转速为,r/min,时，每下降,r/min,，功率减低,3%,这样换算可得出,a,为,.,.,于是根据,a,值就可绘出等航速曲线。,）绘制等航速所需标定功率曲线,取设计螺旋桨的功率储备为标定功率，即,（,D,-,o,）,/,D,，见图,-,-,所示，或,D,o,.,，以,表示桨所需标定功率，表示桨设,计功率，则,.,。通过点可绘制等航速时,所需标定功率曲线,（如图,-,-,上的曲线,）。,）绘出各主机标定功率及减额功率（经济功率）输,出区,在桨所需标定功率,曲线附近（即最大和最小,转速,范围内,）绘上所选各机的标定额定输出及减额输出区，如,图,-,-,所示，以便对不同的柴油机进行比较。所选减,额输出区应与功率曲线相截，以降低主机燃油消耗率。,）选择,每种机型的标定功率输出点（,MCR,）,对于及、机，整个减额功率区的任何点均可作为标定工况点。对于机有四个标定等转矩（即，）可选。对机在减额输出区的上方边界线（即标定等转矩线）上所有点，均可选作标定工作点。所选标定工作点的转速愈低，愈能节省等航速所需功率，但设计的螺旋桨直径就愈大。因此，所选标定点的最低转速受到这方面的限制。另外，考虑 功率储备的需要，所选主机的标定功率（,MCR,）必须大于或等于桨所需的标定功率，即,MCR,。,）计算各主机的燃油消耗量，并通过经济论证分析选定最经济的主机。,四主机选型的经济分析,1.,等航速下所选主机燃油消耗量计算,如图,2-2-7,中，以,D,点（选定某主要的标定工况点或减额输出点）为例，桨的设计点为,O,点，污底的营运工况点为,d,点，燃油消耗量按,d,点工况（常为输出点）计算，这样比较符合实际情况，但污底营运工况点,d,点的航速要低一些。一般在主机选型论证分析时可用,O,点工况来计算燃油消耗量，因为选型都是对新船而言。为了计算,d,点的燃油消耗率，必须知道,d,点的功率与转速。,d,与,D,两点的功率,转速关系：,因为,所以,当,=0.25,=,时，则,关于营运点的燃油消耗率，各大柴油机公司都发表了,有关资料和燃油消耗率曲线，使用时可供查找。,对于,GBE,型柴油机营运点燃油消耗率可用下式表示：,对于,LMC/LMCE,型柴油机的燃油消耗率可用下式表示：,式中：,b-,柴油机营运点燃油消耗率，,g/(kW.h);,P-,柴油机营运点功率，,kW;,n-,柴油机营运点转速，,r/min;,P,eb,-,柴油机标定输出率，,kW,；,n,eb,-,柴油机标定输出转速，,r/min;,b,eb,-,柴油机标定点的燃油消耗率，,g/(kW.h);,-,系数。取,25,时,适用,LMC,机（除,L35MC,机,外）；取,20,时，适用,LMCE,（除,L35MCE,机外）及,L35MC,；取,15,时，仅适用,L35MCE,机。,对于,RTA,型机，等燃油消耗率曲线呈放射型，难以用,简单公表式，只能由燃油消耗率曲线查找；,求出了营运点的燃油消耗率，则可求出柴油机在营运,点的每小时及每天的燃油消耗量。即可对所选主机在燃油,消耗量方面进行比较。,2.,减额功率区选择节能机桨匹配点,为了论述方便，这里结合,3500t,级散货船的主机选型,来说明。该船选定的主机为,5L67GBE,。如图,2-2-9,所示，,F,点为标定输出点（,P,eb,，,n,eb,），,FGHI,为减额输出区功率及,转速范围。该船的试航速度为,14.5kn,。假定通过,0,点,（,P,0,=6470kW,n,0,=105 r/min,）的等航速功率曲线为,0K,那,么在这个等航速条件下，营运的机,桨匹配点应选在什么,位置？这个问题与,有关。通过,O,点的等航速曲线上任一,点,i(P,i,，,n,i,),的功率可表示为：,i,点的燃油消耗率可表示为：,g/(kW.h),则,i,点的燃油耗油量为：,kg/h,式中：,b,eb,-,为,5L67GBE,标定输出点的燃油消耗率，,g/(kW.h),。,令,B,i,=B,0,，则当,为下值时就为等耗油量曲线。,以,P,eb,=8015kW,n,eb,=123 r/min,P,eb,=179.58(kWh),代入,则得：,当,P,0,=6470kW,，,n,0,=105r/min,时，,b,0,=177.77g/(kW.h),，,代入上式，则当,n,i,=123 r/min,时，,=0.1655,；当,n,i,=114,r/min,时，,=0.1614,；当,n,i,=110 r/min,时，,=0.1607,。,可见当,=0.163,左右时，通过,O,点等航速功率曲线，基本,上为等耗油量曲线。因此当,0.163,时，机、桨匹配点,应选在等航速线的左边部分能起到节能效果。,愈大，则,选配点愈接近,O,点就愈经济。,当参考点不选在,O,点，而分别在,A,、,B,、,C,点，则通过所,选各点等油耗量曲线的,值又不同。经计算，如选,A,点，,则,=0.114144,；选,B,点，则,=0.146155,；选,C,点，,则,=0.161167,。等油耗曲线用虚线绘于图,2-2-9,上。,对于发动机而论，在等功率下，转速愈高，单位功率,燃油消耗率愈低，反之燃油消耗率高；而螺旋桨转速愈,低，其效率愈高，使燃油消耗量也随之降低。但是需扩大,桨的直径，受到吃水的限制，随之轴、桨尺寸加大，投资,增加。因此，究竟选在左边还是右边部分，除了在减额输,出区中考虑主机燃油消耗率的变化外，还要考虑主机的功,率和转速的变化，要进行选型的经济性分析。,五、推进装置选型的经济分析,营运的经济性分析不仅要考虑营运费用（营运费中，,燃油费占主要部分，而燃油费决定于燃油消耗量、燃油价,格及年航行天数、使用年限等），而且必需计及推进装置,的初投资（推进装置由主机、减速传动设备、轴系、螺旋,桨等组成）。因此，经济分析的评价通常是以初投资和经,济偿还来计算的。,在推进装置选型时，一般是根据船舶设计要求的航速，,按等航速线拟定几个方案，以其中某一个方案为基准，计,算出各方案的相对经济指标，最后，进行比较得出结论。,1.,工程经济分析中的计算方法,现代工程经济分析的计算方法原则上可分为静态计算,方法和动态计算方法。这两种计算方法的主要区别是后者,考虑了投资资金的时间因素，即考虑资金的增值。前者不,考虑投资资金的时间因素，所以不能反映投资的真正的效,果。对于贷款造船，使用单位既要付息，又要还本，所,以，在经济效果分析时，必须采用动态计算方法。,用动态方法计算投资的增值时，一般采用复利公式计,算。,1),一次性完成投资（或一次性完成贷款），若干年,后的本息总额。,现设投资或贷款资金为,P,，年利率为,，,n,年后按复利,计算资金增值为,F,，即,:,式中：,C,A,复利本息因素，。,如需求将来增值金额,F,的现值,P,，则,2,）投资或贷款一次完成，分期等额还款。,设投资或贷款为,P,，在今后的,n,年内，每年等额还本息数,A,，年利率为,，则,A,与,P,的关系为：,式中：,A,每年还本息数，称年度金额或年偿还额；,S,PW,分期现值因数，,也可写成：,式中,:,C,R,资金回收因素，,2.,经济性分析的评价指标,对于一个系统的经济性分析评价，常用投资回收年限的长短和系统的净现值大小来衡量。,1,）投资回收年限,n,所谓投资回收年限是指投资项目后所产生的净现金收入来偿还（即还本付息）原投资所需的 时间长度。这一指标反映了资金的回收速度。,对于利用银行贷款的项目，经济指标亦用贷款偿还年限。它的含义是以项目的净收益抵偿全部投资（付息还本）所需要经过多少年才能收回投资金额或偿还所借贷款的时间。投资回收年限越短，则说明每年净收益越大，经济效果越好。,设每年该项目净收益为,A,，全部的投资费为,P,，则可,得：,对于上式取对数并加以整理得：,式中：,n,为贷款年限，年；,其他符号同前。,当,Pi/A1,时，,则说明全部投资是无法回收的。,当进行推进装置方案比较时，有时无法估算整个的净,收益，只能依靠每年节约燃料所得的收益逐年付息还本，,因此，,A,表示某一推进装置与基准装置相比较的燃料油费,用的差植，即与基准装置相比较的年节油费用，,P,表示该,装置与基准相比较的初投资费用的差值。（此法可用于单,项的节能或贷款偿还年限的计算）这种情况下，当利率,高、油价低时，初投资大小是选型的决定因素。当油价,高、利率低时，节油收益是选型的决定因素。,2,）净现值,N,PV,净现值的含义是投资装置在整个营运期内各年度的收入与支出都化为现值，把收入的现值减去支出的现值便得净现值，即：,式中：,B,年运费的收入，元；,y,年营运费用，不计其折旧，元；,其它的符号同前。,计算中已计及资金的时间价值，考虑了资金的限定利率。从上式中看出，为正值，表示所考虑的方案可获得预期的效果；如 ，为负值，则方案达不到预期的效果。值最大的方案即是最佳方案。在计算 时，其中,i,取投资利润率，是金钱的时间价值在企业利润上的反映。在经济分析中，确定投资利润率是十分重要而又相当困难的问题，要考虑偿还资金和获利。在没有基准的情况下，可取成与银行利率相同，这样计算的净现值具有现实意义和可比性。,在方案比较时，一般情况下上述两种评价指标都要进行计算，才能较全面地判别各方案的经济性的优劣。,对营运收入不能预估或无营运收入的船只，如供应船、交通艇等服务性船舶和军用船舶，可用平均年度营运成本 作为衡量设计优劣的指标，值最小时为最佳方案。,营运成本包括燃油料消耗费用和其它费用，装置的造价也是营运成本的一部分。在计算 值时，装置的造价用分期付款办法，即乘上投资回收因素 分摊到各年度。,式中：,T,为在,m,年支出的特殊额外费用。,3,经济分析实例（略）,2-3,轴系的任务、组成与设计要求,一、轴系的任务,1,、概念,在推进装置中，从发动机（机组）的输出法兰到推进,器之间以传动轴为主的一整套设备称为轴系。,2,、任务,连接主机（机组）与螺旋桨，将主机发出的功率传递,给螺旋桨，同时又将螺旋桨所产生的推力通过推力轴承传,给船体，以实现推进船舶的使命。,二、轴系的组成,轴系的组成具体包括：,1,用来传递主机功率的传动轴,（中间轴、推力轴、,尾轴或螺旋桨轴）,2,支撑传动轴的轴承,（中间轴承、推力轴承及尾管,内的尾轴承）,3,轴系附体,（用于连接传动轴的联轴器；联轴器外,缘上安装的制动器；用于防漏的隔舱密封、尾管密封；给,中间轴承、推力轴承、尾管轴承润滑与冷却的管路等）。,图,2-3-1,为单机单桨直接传动推进装置轴系图。,如图所示，轴系中装有推力轴与推力轴承。,在间接传动推进装置中，装有传动设备（亦称后传动,设备）时，推力轴与推力轴承直接装在传动设备内。可,见，由于船舶动力装置的类型不同，轴系的组成元件也有,所不同。,图,2-3-1(,代,),单机单桨直接传动推进装置轴系图,图,2-3-1(,补,),单机单桨间接传动推进装置轴系图,船舶轴系的几种典型结构,国产长江大型客船的双轴系装置,内河小船轴系装置,三、轴系的设计要求,轴系的工作条件比较恶劣，一般位于水线以下，有一,部分伸出船壳，长期浸泡在水中。在运转中产生的,负荷和,应力十分复杂,，如螺旋桨在水中旋转的扭应力；推进中的,正倒车产生的拉、压应力等；轴系自重产生的弯曲应力；,轴系安装误差、船体变形、轴系震动以及螺旋桨的水动力,等所产生的附加应力等。上述的诸,力和力矩往往是周期性,变化的，某些时候表现更为突出,，如船舶紧急停车、频繁,倒车或急转弯，或者在大风大浪中受到剧烈的纵摇或横,摇、螺旋桨有时冒出水面引起轴系转速急剧变化，使传动,轴所受负荷更大，会使轴发热，甚至引起断轴损坏。总,之，轴系工作条件十分恶劣，设计时除满足布置上的要求,外，尚有以下,设计要求：,轴系设计的基本要求：,1,、有足够的强度和刚度,，工作可靠并有较长的使用寿命；,2,、有利于制造、安装和维护保养，,在满足工作需要的基础上，力求简化，使制造与安装方便并便于日常的维护保养；,3,、传动损失小，,合理选择轴承种类、数目及润滑方法；,4,、对船体变形的适应性好,，力求避免在正常的航行状态下因船体变形引起轴承超负荷；,5,、保证在规定的运行转速范围内不发生扭转、横向和耦合共振；,6,、避免海水对尾轴的腐蚀,，尾管装置具有良好的密封性能；,7,、尽可能减小轴的长度和减轻轴的重量。,2-4,轴系的布置设计,船舶轴系布置设计与整个船体设计有密切的关系应满足船舶总体性能，是船舶力装置设计中比较重要的一个环节。,轴系布置设计的基本步骤：