轮机概论：第四章 船舶推进装置

第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.2传动轴系4.3螺旋浆及螺旋桨特性

4.4可调螺距螺旋桨

4.1推进装置类型及特点第四章船舶推进装置4.5船舶推进装置管理

第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.1推进装置类型及特点4.1.1直接传动(DirectTransmission)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。(★★★)

4.1.2间接传动(Indirecttransmission)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。(★★★)

轴系主机螺旋桨减速器/离合器第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering直接传动间接传动优点缺点整个动力装置的重量尺寸大，要求主机有可反转性能，非设计工况下运转时经济性差，船舶微速航行速度受到主机最低稳定转速的限制。（1）结构简单，维护管理方便。（2）经济性好，传动损失少，效率高。（3）工作可靠，使用寿命长。轴系结构复杂，传动效率低。（1）主机转速不受螺旋桨要求低转速的限制。（2）轴系布置比较灵活。（3）主机不用换向，结构简单，机动性高（4）利于多机并车运行及设置轴带发电机第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.1.4、电力传动（Electricaltransmission）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。(★★★)

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。

(★★)缺点：两次能量转换，传动效率低；控制系统复杂，管理维护难度大。第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering吊舱式（pod）电力推进器（也称“动力舵”）的诸多优点更加速了电力推进的发展，增大了电力推进在船舶，尤其在滚装船、拖船、破冰船等上的市场占有率

第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.1.4Z型传动(Z-Typedrive)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。(★★★)

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;(3)与中高速机连用，且不设单独的减速装置；(5)检修不需进坞缺点：结构复杂，功率受限，适用于小型船舶，特别适用港口作业和狭窄航道航行的船舶第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering除以上四种传动方式外，尚有调距桨装置、喷水推进器传动装置等。由于发动机、传动设备、传动方式及推进器的类型很多，因此它们可以组成多种推进装置。第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.2传动轴系4.3螺旋浆及螺旋桨特性

4.4可调螺距螺旋桨

4.1推进装置类型及特点第四章船舶推进装置4.5船舶推进装置管理

第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.2传动轴系1-螺旋桨；2-尾尖舱壁；3-尾轴管；4-尾轴管前密封；5-尾轴管首轴承；6-尾轴管尾轴承；7-连轴法兰；8-螺旋桨轴；9-中间轴轴颈；10-隔舱壁填料函；11-隔舱壁；12-连接法兰；13-推力轴；14-推力环；15-飞轮或减速齿轮

轴系位于主机（或传动装置）的输出法兰和螺旋桨之间，它由传动轴（包括推力轴、中间轴和尾轴）、支撑传动轴用的轴承（包括推力轴承、中间轴承和尾轴承）、传递设备（联轴器、减速器、离合器等）和轴系附件（包括密封、润滑及冷却等设备）组成。

4.2.1、轴系的组成、作用和工作条件1）组成

(★★★)

第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering2）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。N·m扭矩推力kN轴系承受着很大的扭矩、推力和由此而产生的扭应力和压应力。另外，轴系和螺旋桨的重量以及其它附件的作用，使轴系产生弯曲应力；安装误差、船体变形、轴系的扭转振动、横向振动、纵向振动以及螺旋桨的不均匀水动力作用等还会在轴系中产生附加应力。

3）工作条件第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.2.2、推力轴和推力轴承(Thrustshaft,thrustbock)(★★★)

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-压板推力传递过程

(★★★)螺旋桨→推力环→油膜→推力块→推力轴承座→船体第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.2.3、中间轴和中间轴承(Intermediateshaft&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。靠近尾轴的中间轴承设有上、下轴瓦外，其它中间轴承只有下瓦。另外，为了减少相应轴段产生过大的挠度，造成法兰对中安装困难，中间轴承应安置在使轴承中心到连接法兰端面的距离等于0.2L处（一段中间轴的长度）第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.2.4、尾轴及尾轴管装置(Propellershaft,sterntube)尾轴承根据使用材料的不同，有铁梨木式、层压板式、橡胶式及白合金式等不同形式。除白合金尾轴承采用润滑油润滑外，其它形式的尾轴承均直接用海水润滑。

第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering尾尖舱水作为尾轴冷却，其管理注意事项第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.2传动轴系4.3螺旋浆及螺旋桨特性

4.4可调螺距螺旋桨

4.1推进装置类型及特点第四章船舶推进装置4.5船舶推进装置管理

第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.3螺旋浆及螺旋桨特性

4.3.1、结构第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering主机驱动螺旋桨转动，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。4.3.2、工作原理(★★★)

H-螺距(Pitch)定距桨

为常数，变距桨

变化。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θ应逐渐减少通常以0.7倍或2/3倍螺旋桨半径处的螺距代表螺旋桨的螺距，此值约等于螺旋桨的平均螺距。一般将桨叶上各点处螺距完全相等的螺旋桨称为均螺距螺旋桨。第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering(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，hp<H。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=hp·n)Vp:实际航速。转速不变时，

p与船速成正比。滑失比S：滑失h与螺距H的比值。S=(H-hp)/H第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering螺旋浆特性曲线结论：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。4.3.3、螺旋桨工作特性★浆的推力：T=K1ρn2D4=C1n2浆的扭力矩：M=K2ρn2D5=C2n2浆的效率：桨的功率：P=2nM=Cn3第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering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第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.3.4、影响螺旋桨特性的因素

结构参数推力T和扭矩M与直径D分别为四次方和五次方关系，所需要的功率也是五次方关系，直径D对螺旋桨特性影响很大。对于同一直径的螺旋桨，其螺距比越大即H/D越大，它所需要的功率也越多。

航行工况

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，螺旋桨特性曲线则变平旦。

螺旋桨的无因次特性

第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering(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：水力阻力(摩擦阻力、形状阻力、兴波阻力)、风力阻力、惯性阻力。

与螺旋桨配合工作时的主机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。第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering(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Pb<Pe,nb<ne，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Pd>Pe,nd>ne。措施：减小油门(特性线2)第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering

主机换向和船舶倒航螺旋桨换向及倒转工况全速前进:(a)

倒车第一阶段：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-实际第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.2传动轴系4.3螺旋浆及螺旋桨特性

4.4可调螺距螺旋桨

4.1推进装置类型及特点第四章船舶推进装置4.5船舶推进装置管理

第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.4可调螺距螺旋桨

调距桨：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。1-伺服油缸；2-动力活塞；3-配油轴套；4-控制滑阀；5-反馈机构；6-操纵杆；杆ABC-追随机构

调距桨装置动作原理4.4.1、工作原理和组成(★★★)

螺旋桨螺距

主机转速

手柄1

手柄2

双手柄控制

双手柄控制

单手柄控制

螺旋桨螺距

主机转速

手柄第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.4.2、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船舶阻力对螺旋桨特性的影响第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering1）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。调距桨始终给予主机发出全部功率的能力，以获得较大推力。动力装置经济性好：在非设计工况下，调距桨效率比定距桨效率高。这是调距桨动力装置经济性好的原因之一。船舶机动性提高：可通过调节主机和桨的螺距来操纵主机。有利于主机向辅机设备提供动力：主机可定速运转发电。延长了发动机的寿命：减少主机起停次数。便于实现遥控

4.4.3、调距浆的优缺点(★★)

2）缺点：构造复杂，制造工艺高，造价高；机构零件多，可靠性不强，需进乌维修，带来营运损失；效率低；桨叶根部易产生空泡第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering调距桨效率可沿着图中实线2所示的最高效率包络线变化。

部分负荷下最低油耗率曲线选用n-H/D组合应既要使螺旋桨的效率最高，又要使主机的燃油消耗率最低。兼顾两者进行优化，使所选的一组配合经济性最好。

第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering4.2传动轴系4.3螺旋浆及螺旋桨特性

4.4可调螺距螺旋桨

4.1推进装置类型及特点第四章船舶推进装置4.5船舶推进装置管理

第四章船舶推进装置轮机概论IntroductiontoMarineEngineering