轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置 1 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置Chapter 3 Marine Propulsion System 3.1 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1轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 2 1、直接传动( (Direct Transmission) )第一节 船舶推进装置的传动方式Section 1 Type of Transmission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。第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置轴系主机螺旋桨2轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 3 2、间接传动( (Indirect transmission) )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。第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置轴系主机螺旋桨减速器/离合器轴带发电机3轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 4 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置4轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 5 3、Z型传动( (Z-Type drive) )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。第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置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：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；5轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 6 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置6轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 7 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置7轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 8 4、电力传动（Electrical transmission）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。第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置优点：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。 8轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 9 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置9轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 10 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置吊舱式电力推进器（吊舱式电力推进器（PodPod）10轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 11 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置11轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 12 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置推进装置部分组成方案推进装置部分组成方案12轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 13 第二节 轴系的组成Section 2 shaft第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置一、轴系的组成、作用和工作条件一、轴系的组成、作用和工作条件1、组成、组成13轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 14 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置2、作用、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。 Nm 扭矩推力 kN 14轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 15 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置二、推力轴和推力轴承(Thrust shaft, thrust block) 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15轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 16 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置16轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 17 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置推力传递过程推力传递过程 ：(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：17轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 18 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置三、中间轴和中间轴承(Intermediate shaft & 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。18轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 19 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置四、尾轴及尾轴管装置(Propeller shaft, stern tube)润滑方式：润滑油润滑、海水润滑19轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 20 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置四、尾轴及尾轴管装置(Propeller shaft, stern tube)Propeller shaft assembly 20轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 21 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置尾轴承 (Split Scalloped Shell Johnson Cutless Bearing). These bearings possess low coefficient of friction and inherent vibration-dampening qualities and are non-polluting. 21轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 22 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置22轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 23 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置第三节 螺旋桨及螺旋桨特性Section 3：Propeller and its characteristicsPropeller and its characteristics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 1、工作原理、工作原理2 2、结构、结构23轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 24 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置24轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 25 第三章第三章 船舶推进装置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，螺距角应逐渐减少H-螺距(Pitch)-螺距角(Pitch angle)定距桨为常数，变距桨变化。(1) 螺距和螺距角3 3、参数、参数25轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 26 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置(2)螺旋桨进程比进程进程h hp p：螺旋桨转一周，轴向实际前进距离。因水被推动后 移， hpH 。滑失滑失h h：螺距与进程的差值。hp=H-h进程比进程比J J: :进程与螺旋桨直径的比值。J J=h=hp p/D=V/D=Vp p/nD /nD (V(Vp p=h=hp pn)n)Vp:实际航速。转速不变时，转速不变时， J J与船速成正比。与船速成正比。滑失比滑失比S S：滑失h与螺距H的比值。S=(H-hp)/H26轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 27 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置螺旋浆特性曲线螺旋浆特性曲线结论：结论：桨的桨的推力、扭矩与转推力、扭矩与转速的二次方成正比，吸收的速的二次方成正比，吸收的功率与转速三次方成正比。功率与转速三次方成正比。(3)螺旋工作特性浆的推力： T=K1n2D4=C1n2浆的扭力矩：M=K2n2D5=C2n2浆的效率：桨的功率： P=2nM=Cn327轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 28 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置阻力增加，进程阻力增加，进程h hp p减小，减小， J J减少，减少，K K1 1、K K2 2、C C1 1、C C2 2、C C增加，增加，特性曲线变陡，反之变平坦。变矩浆的螺距角越大，即螺特性曲线变陡，反之变平坦。变矩浆的螺距角越大，即螺距距H H越大越大 ( (进程进程h hp p越小越小) )，特性曲线越陡。，特性曲线越陡。螺旋浆的无因次特性螺旋浆的无因次特性28轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 29 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置4 4、影响螺旋桨特性的因素、影响螺旋桨特性的因素l 结构参数H/D对螺旋桨功率特性的影响29轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 30 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置l 航行工况 螺旋桨的无因次特性 螺旋桨特性曲线 结论：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。 30轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 31 5 5、各种航行条件下主机的工况、各种航行条件下主机的工况第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置(1)船、机、桨的配合力、力矩和功率的平衡：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。l 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。R-船舶阻力；Ar-阻力系数；Vs-船速。31轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 32 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置l 与螺旋桨配合工作时的主机工况点工况点：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柴油机速度特性变化螺旋浆特性变化螺旋浆特性变化32轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 33 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置(2) 航行条件变化时主机的工况l 航行阻力变化主机工况点在各种航主机工况点在各种航行条件下的变化行条件下的变化标定标定转矩转矩线线I1：工况点a(Pe,ne)阻力增加阻力增加：III，工况点ab。虽然PbPe,nbPe,ndne。措施：减小油门措施：减小油门(特性线2)33轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 34 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置l 主机换向和船舶倒航螺旋桨换向及倒转工况螺旋桨换向及倒转工况全速前进全速前进:(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34轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 35 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置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：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。35轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 36 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置第四节 可调螺距螺旋桨Section 3：Controllable Pitch PropellerPropeller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、工作原理一、工作原理36轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 37 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置二、工作特性二、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可视为一系列同直径具有不同螺距比的定距浆的组合37轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 38 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置功率与转速关系 38轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 39 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置三、调距浆的优缺点三、调距浆的优缺点 1、优点 l适应性强 调节调节H/DH/D，即可调节转矩，即可调节转矩，从而可是转速保持不变从而可是转速保持不变39轮机概论轮机概论Introduction to Marine Engineering 40 第三章第三章 船舶推进装置船舶推进装置2、缺点 l 构造复杂，制造工艺高，造价高l 可靠性不强l 效率低 l 桨叶根部易产生空泡3、调距浆的操纵 40