船-机-桨匹配分析.pdf

第 10卷第 1期 南通航运职业技术学院学报 Vo1．1ONo．1 2011年 3月 JOURNALOFNANTONGVOCATIONAL＆TECHNICALSHIPPINGCOLLEGE Mar．2O11 doi：10．3969／j．issn．1671—9891．2011．O1．016 船一机．桨匹配分析 刘文明 (江苏省镇江船厂有限公司 生产部，江苏 镇江 212000) 摘 要：文章基于船舶能量平衡理论，以5m型宽交通艇为例，就船一机-桨之间的能量转换展开讨论，分析了船-机一桨 的匹配设计，通过初级匹配计算和终结匹配计算，得到 了最终的匹配特性，进而优化 了推进系统。 关键词 ：螺旋桨；船舶主机；匹配分析 中图分类号：U661．31 文献标识码：A 文章编号：1671．9891(2011)O1．0062—04 0 引言 船舶动力装置是保证船舶正常航行、作业、停泊以及运营的机械设备综合体。船舶主机作为船舶的推进 动力，按照螺旋桨特性将其功率通过轴系传给螺旋桨，螺旋桨在水中旋转产生推力克服船舶航行阻力使船舶 保持一定航速。如果柴油机与螺旋桨配合不合理将导致转速上不去、航速达不到、主机超负荷等问题，严重 时甚至会出现拉缸。由此可见，螺旋桨与船舶主机的匹配性能决定了船舶的快速性、经济性、安全性，需要对 其进行优化设计，以达到更好的匹配特性。Ⅲ 1 船一机一桨匹配设计理论分析 1．1 船舶能量平衡关系分析 船．机．桨匹配特性就是分析在各种航行条件下、各种能量转换过程的物理参数变化规律，并且寻求一个 在 由燃料化学能转化为有效推力的最佳转换过程，得到最佳营运经济性和效果的方案。[2船．机．桨能量平衡 关系可以指示各系统中任一特性参数的变化，也影响到系统中其它参数的运转，从而影响到总能量关系。 1．2 船舶阻力特性分析 影响船体阻力的因素有很多，主要有三个方面。首先是航速，航速对阻力的影响较大，随着航速增加，阻 力的增长十分显著；其次是船型，不同船型参数往往会导致阻力性能的变化；再次是外界条件，船舶在不同航 区中航行，由于外界条件，诸如水深、流体介质和温度等不同，对阻力也会有影响。3]【显然，对于给定的船型， 且在一定的外界条件下，船体阻力仅仅是航速v。的函数，其公式表示为： R=f1(V。) (1) 这种阻力随航速变化的曲线称为阻力曲线。一般来说阻力R 与航速v。成3-6次方的关系，不同船型对 应有不同的阻力曲线。 若航速为v。时，船体总阻力为R ，则直接用于克服船体阻力所需的功率为有效功率(P )，其数值为： P Rt·V。 (2) 考虑到船舶主机在功率传递过程中，将有一部分损失于轴系的传递，另一部分损失于螺旋桨的扭转转换 为推力的过程。因此有效功率只是主机功率的一部分。对于一定的船型，由式(1)可知，P亦是速度v．。的 函数，P随v。变化的曲线称为有效功率曲线。 收稿 日期 ：2010—11一l2 作者简介：刘文明(1981一 )，男，江苏徐州人，江苏省镇江船厂有限公司生产部助理工程师。 第1期 刘文明：船一机一桨匹配分析 2 5m型宽交通艇机一桨匹配计算 2．1 已知船体主要参数 该交通艇设计水线长Lw为20．31m，垂线间长为LPP=19．50m，型宽为B：5．00m，型深为D-2．40m，设计 吃水为d=1．40m，方型系数为Cb=0．4925，棱形系数为Cp-0．6684，排水体积为 =67．20m3。由模型试验 提供的满载时船体有效马力曲线数据如表1所示。 表1 船体有效马力曲线数据 2．2 伴流、推力减额与相对旋转效率的确定 按船型资料选取伴流分数W，由泰勒公式得：双螺旋桨船w=0．55Cb．0．20=0．071。按经验公式决定推力 减额分数t，由海克休公