柴油機推進裝置選型與機槳匹配設計概述

孫勝平 王與凡

摘 要：船舶動力裝置的選擇是船舶設計的一個重要組成部分，其直接決定船舶本身的動力性能。本文概述了目前主流的柴油機動力裝置的組成及其優缺點，通過計算實例介紹機槳匹配設計的目的和主要步驟，并由機槳匹配設計的結果來進行主機的選型，闡述了主機選型需要考慮的問題及其對船舶性能的影響。

關鍵詞：柴油機動力裝置;機槳匹配;主機選型

中圖分類號：U664.121? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）09-0086-02

船舶動力裝置按照主推進裝置發動機的類型可分為柴油機動力裝置、蒸汽輪機動力裝置、燃氣輪機動力裝置、聯合裝置和核動力裝置。其主要任務是為船舶提供各種能量和利用這些能量，以保證船舶的正常航行與安全，人員的正常生活和安全，以及完成各種作業等等。在大中型船舶中，應用最廣的動力裝置為柴油機動力裝置，其組成包括推進裝置、輔助裝置、機艙自動化設備、管路系統和船舶設備。

1機槳匹配設計

所謂機槳匹配設計即是在根據船體設計資料及設計任務書要求，考慮船舶的尺寸、可靠性與經濟性的基礎上，結合計算分析結果，選擇一套從主機到螺旋槳的最佳推進裝置，整個設計過程主要包括兩部分：初步匹配設計和終結匹配設計。

1.1 技術原理

船體基本參數：

1.1.1船舶主尺度

總長L=121m? 垂線間長Lbp=114m

型深D=9.0m? 型寬B=20m

設計吃水d=6.0m 設計水線長Lwl=116.4m

結構吃水 d=6.5 m 方形系數Cb=0.8508

浮心縱向距中1.177m 設計排水量=11639t

設計航速Vs=11.5kn 船員定額：22人

在航速11.5節時船體有效功率為1165千瓦，選定螺旋槳直徑為2.939米，進行螺旋槳初步設計。設定螺旋槳為4葉AU槳，盤面比為0.55，本船動力裝置為雙機雙槳。

1.1.2設計計算

伴流分數計算公式為

由于本船動力裝置為雙機雙槳，那么單機單槳的有效功率為582.5kW，假定一組轉速180r/min、190r/min、200r/min、210r/min、220r/min、230r/min、240r/min、250r/min。計算直徑系數后，查圖譜，由等值線與最佳效率曲線取交點得到螺旋槳的螺距P/D和敞水效率，整理可得，如圖1所示：

即轉速為237r/min，此時主機有效功率為582.5kW，主機功率為1060kW。

1.2 終結匹配設計

終結匹配設計是在已知主機功率和轉速及傳動設備與軸系之間的傳送效率的基礎上，進一步計算得到螺旋槳所收到的功率、螺旋槳的推進效率及船體的效率的參數，最后通過計算得出船舶可達到的航速和螺旋槳的最佳工況。下面以一計算實例來介紹其計算過程。

該船主機額定功率2*1190.7kW，額定轉速550r/min，齒輪箱減速比2.8947：1，進行螺旋槳終結設計。設定螺旋槳為4葉AU槳，盤面比為0.55，本船動力裝置為雙機雙槳。其他參數與2.1節相同。

螺旋槳額定轉速為，假設其長時間運轉時主機功率為額定功率的90%，那么單機主機功率為 ，假定其航速為7kn、8kn、9kn、10kn、11kn、12kn。計算完后，根據選定的葉數和盤面比查詢相應的圖譜，由值向上做垂線與最佳效率線相交得到。

2 主機選型

根據初步匹配設計結果，進一步確定滿足船舶航速的主機功率和轉速，隨后按要求選擇最合適的主機，除此之外，主機的選取還需綜合考慮以下幾個因素：

（1）主機自身的重量和尺寸大小;主機的重量過大將會使船舶載重量降低，尺寸較大將會壓縮船舶貨艙容積，不利于大件貨物運輸。

（2）主機功率和轉速;船舶主機的選取還需要考慮其標定功率、超負荷功率等，其選取關系到船舶的經濟性和適用性。

（3）主機所需燃油與滑油種類;船用燃料的品類主要有輕柴油、重柴油、燃料油和中間燃料油四種，不同種類燃料的性能差異相差較大，購置所需價格也相差較大。因此，選取主機還是需要考慮燃料的選取，主機燃料應盡可能在保證使用性能條件的同時，滿足經濟性最高的原則。

（4）主機的造價、維修和壽命等;船舶主機制造成本在船舶制造中占據較大的比例，船舶使用過程中主機的維護工作量及其使用壽命的長短直接關系到船舶的經濟性，因此主機選取時需盡可能選擇壽命長、維修工作量少的主機。

（5）振動和噪聲;主輔機是船上最強的噪聲源，它們決定了柴油船的噪聲級。

（6）主機的油耗;主機油耗是評價主機性能參數的重要指標之一，其決定著船舶航行時的經濟性。

3 結論

柴油機推進裝置的選型時，除了需要主機選型之外，還需要根據船舶機槳匹配特性，考慮傳動方式，軸系數目，推進器型式，螺旋槳數目和類型等。

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