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1、1,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,第三章 船舶推进装置, 1 ,第三章 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,2,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
2、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 船舶推进装置,轴系,主机,螺旋桨,3,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 船舶推进装置,轴系,主机,螺旋桨,减速器/离合器,轴带发电机,4,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 4 ,第三章 船舶推进
3、装置,5,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 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;,
4、(3)与中高速机连用，且不设单独的减速装置；,6,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 6 ,第三章 船舶推进装置,7,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 7 ,第三章 船舶推进装置,8,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 船舶推进装置,优点：,机舱布置灵
5、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。,9,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 9 ,第三章 船舶推进装置,10,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 10 ,第三章 船舶推进装置,吊舱式电力推进器（Pod）,11,轮机概论,Introduct
6、ion to Marine Engineering, 11 ,第三章 船舶推进装置,12,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 12 ,第三章 船舶推进装置,推进装置部分组成方案,13,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 13 ,第二节 轴系的组成,Section 2 shaft,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,14,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 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
7、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,15,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 15 ,第三章 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,16,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 16 ,第三章 船舶推进装置,17,轮机概论,Introduction
8、to Marine Engineering, 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：,18,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 18 ,第三章 船舶推进装置,三、中间轴和中间轴承(Intermediate shaft & bearing) ,L/3,L,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。,19,轮机概论,Introduction to Marine Engineer
9、ing, 19 ,第三章 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,20,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 20 ,第三章 船舶推进装置,四、尾轴及尾轴管装置(Propeller shaft, stern tube),Propeller shaft assembly,21,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 21 ,第三章 船舶推进装置,尾轴承 (Split Scalloped Shell Johnson Cutles
10、s Bearing). These bearings possess low coefficient of friction and inherent vibration-dampening qualities and are non-polluting.,22,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 22 ,第三章 船舶推进装置,23,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 23 ,第三章 船舶推进装置,第三节 螺旋桨及螺旋桨特性,Section 3：Propeller and its characteris
11、tics,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,24,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 24 ,第三章 船舶推进装置,25,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 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，螺距角应逐渐减少,H-螺距(Pitch),-螺距角(Pitch angle),定距桨为常数，变距
12、桨变化。,(1) 螺距和螺距角,3、参数,26,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 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=hpn),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,27,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 27 ,第三章 船舶推进装置,螺旋浆
13、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=K1n2D4=C1n2,浆的扭力矩：M=K2n2D5=C2n2,浆的效率：,桨的功率： P=2nM=Cn3,28,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 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,29,轮机概论,Introduction to Marine Engine
14、ering, 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,30,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 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。,31,轮机概论,Introduction to Marine Engineer
15、ing, 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。,R-船舶阻力；Ar-阻力系数；Vs-船速。,32,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 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,
16、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,33,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 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,I1：工况点a(Pe,ne),阻力增加：III，工况点ab。虽然PbPe,nbne，但超转矩。,措施：减小油门(特性线2),阻力减小：IIII，工况点ad。虽然未超转矩，但 PdPe,ndne。,措施：减小油门(特性线2),34,轮机概论,Introduction to Marine Engineerin
17、g, 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,35,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 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，
18、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。,36,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 36 ,第三章 船舶推进装置,第四节 可调螺距螺旋桨,Section 3：Controllable Pitch Propeller,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,37,轮机概论,Intr
19、oduction to Marine Engineering, 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,38,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 38 ,第三章 船舶推进装置,功率与转速关系,39,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 39 ,第三章 船舶推进装置,三、调距浆的优缺点,1、优点,适应性强,调节H/D，即可调节转矩，从而可是转速保持不变,40,轮机概论,Introduction to Marine Engineering, 40 ,第三章 船舶推进装置,2、缺点,构造复杂，制造工艺高，造价高 可靠性不强 效率低 桨叶根部易产生空泡,3、调距浆的操纵,