- 基本原理与定义：转速到底是什么？
- 常用计算公式：如何根据其他参数计算转速？
- 实际应用中的转速控制：在航行中,主机转速是如何设定和控制的？
- 影响主机转速的因素：为什么理论转速和实际转速会有差异？
基本原理与定义
船舶主机（通常是大型低速二冲程柴油机）的转速指的是其曲轴每分钟旋转的圈数，单位是转/分钟。
- 单位：RPM (Revolutions Per Minute)
- 意义：转速是主机最核心的性能参数之一，它直接决定了船舶的航速、推进效率和燃油消耗率。
在船舶设计中，有一个非常重要的概念叫做额定转速，这是主机在特定条件下（如特定功率、特定背压、特定燃油品质）能够持续、安全运行的最高设计转速，船舶营运时会将主机转速控制在额定转速的90%-100%之间,以达到最佳的经济航速。
常用计算公式
计算主机转速主要有以下几种方法,适用于不同场景。
根据航速和螺旋桨参数计算（最常用）
这是最核心、最实用的计算公式，它将船舶的“外部表现”（航速）与“内部动力”（主机转速）联系起来。
核心原理：船舶在水中航行时，螺旋桨的旋转产生推力克服水的阻力,同时螺旋桨的旋转线速度与船舶航速直接相关。
计算公式：
*N = (V (1 - w) 60) / (π D)**
公式中各参数的含义：
- N: 主机转速
- 单位：RPM (转/分钟)
- V: 船舶航速
- 单位：节 (Knots, 1节 = 1海里/小时 ≈ 1.852公里/小时)
- w: 伴流系数
- 这是一个无量纲系数，表示船体周围的“伴流”对螺旋桨的影响，船体带动周围的水一起运动，使得流经螺旋桨的水速小于船速，伴流系数越大，说明船体对螺旋桨的“助推”作用越强。
- 通常在 1 ~ 0.4 之间，具体数值由船型决定（肥大型船伴流系数大，瘦削型船伴流系数小）。
- D: 螺旋桨直径
- 单位：米,这是螺旋桨最重要的几何参数之一。
- 圆周率，约等于 3.14159
- 60: 单位转换系数，将“小时”转换为“分钟”。
计算示例：
假设一艘船的参数如下：
- 设计航速 V = 15 节
- 伴流系数 w = 0.25
- 螺旋桨直径 D = 7 米
计算达到设计航速所需的主机转速 N：
- 计算有效航速：V (1 - w) = 15 (1 - 0.25) = 15 * 0.75 = 11.25 节
- 计算螺旋桨的线速度（米/小时）：11.25 节 * 1852 米/节 = 20835 米/小时
- 计算螺旋桨每转一圈前进的距离（米）：π D = 3.14159 7 ≈ 21.99 米
- 计算每小时的转数：20835 / 21.99 ≈ 947.5 转/小时
- 计算每分钟的转数：947.5 / 60 ≈ 8 RPM
这艘船要达到15节航速，其主机转速大约需要达到 8 RPM。（注意：这个计算是理想化的，实际转速还会受船体污底、海况等因素影响）。
根据主机功率和扭矩计算
在主机设计或测试台架中，转速、功率和扭矩之间存在固定的物理关系。
计算公式：
*N = (P 9550) / T**
公式中各参数的含义：
- N: 主机转速
- 单位：RPM
- P: 主机输出功率
- 单位：千瓦，主机功率常用单位还有“马力”，1 公制马力 ≈ 0.735 kW。
- T: 主机输出扭矩
- 单位：牛·米，扭矩是使物体旋转的“力矩”。
- 9550: 这是一个单位转换常数，如果功率单位是千瓦，扭矩单位是牛·米，则常数为 9550。
这个公式更多地用于设计和分析,而不是日常的航行计算。
实际应用中的转速控制
在船舶的实际航行中，轮机员并不会每次都用公式去计算转速，他们主要通过一个叫做“转速设定旋钮” (RPM Setter / Engine Order Telegraph - EOT) 的设备来设定目标转速。
操作流程如下：
- 驾驶室下指令：驾驶员根据航行计划、航道情况、气象海况等，通过车钟向机舱下达指令，微速前进”、“半速前进”、“海上全速”等。
- 机舱设定转速：轮机员在集控室或机旁，根据车钟指令，将“转速设定旋钮”旋转到相应的刻度,这个刻度对应着一个预设的RPM值。
- 主机控制系统执行：主机的电子调速器会接收到这个目标转速指令。
- 比较：调速器将目标转速与实际转速（由转速传感器实时测量）进行比较。
- 调节：如果实际转速低于目标转速，调速器会增加燃油泵的供油量，使主机加速；反之则减少供油,使主机减速。
- 稳定：通过不断调节,直到实际转速稳定在目标转速上。
日常的“计算”更多是查阅主机说明书或管理文件，了解在不同工况下（如不同航速、不同载重）应设定的标准转速。
影响主机转速的因素
理论计算得出的转速与实际运行转速可能会有差异,主要受以下因素影响：
- 船体污底：船体水下部分附着了海生物（如藤壶、藻类），会增加船舶在水中的阻力，为了维持相同航速，主机需要输出更大功率，因此转速会升高（或者，在相同转速下，航速会下降）。
- 风浪和海流：
- 顶风/顶流：船舶前进阻力增大，为维持航速，主机需增加负荷，转速会升高。
- 顺风/顺流：船舶前进阻力减小，主机负荷降低，转速会降低。
- 装载状态：船舶满载时吃水深，水下侧面积大，阻力比空载时大,满载时达到相同航速需要更高的主机转速。
- 浅水效应：船舶在浅水中航行时，船体与水底的相互作用会导致阻力显著增加，船速下降,需要更高的主机转速来维持航速。
- 主机自身状态：燃油品质、喷油器雾化情况、增压器效率、活塞环密封性等都会影响主机的输出功率,从而影响其在特定负荷下的转速稳定性。
| 计算场景 | 核心公式 | 关键参数 | 应用 |
|---|---|---|---|
| 航行规划与设计 | N = (V * (1 - w) * 60) / (π * D) |
航速, 伴流系数, 螺旋桨直径 | 用于设计阶段估算主机与螺旋桨的匹配，预测航速。 |
| 主机性能分析 | N = (P * 9550) / T |
功率, 扭矩 | 用于台架试验、性能测试和故障诊断。 |
| 实际航行操作 | 查阅预设值 | 车钟指令, 转速设定旋钮 | 轮机员日常工作，通过设定目标转速来控制船舶航速。 |
对于船舶操作人员和管理人员来说，理解航速、主机转速和螺旋桨特性三者之间的关系至关重要，这是实现安全、高效、经济航行的核心技能。
