可调螺距螺旋桨在普通用途中小船舶上应用的探讨
[摘要]1752年瑞士一位物理学家提出螺旋桨优于其他种类的推进器，此后固定桨叶式螺旋桨在船舶上得到广泛应用，其他形式的推进器逐渐被淘汰。自上世纪初制造出首台可调螺距螺旋桨以来，可调螺距螺旋桨在世界各国各类船舶上得到广泛应用。上世纪八十年代有些发达国家在普通用途的中小船舶上得到普及应用。目前，可调螺距螺旋桨在我国的舰艇、拖轮等特殊用途的船舶上得到应用。而在普通用途的中小船舶上应用很少。本人认为，我国的企业已多元化，可调螺距螺旋桨要在普通用途的中小船舶上得到普及应用，首先要使企业主认识可调螺距螺旋桨的优越性，和解决可调螺距螺旋桨在设计及维护等方面存在的问题。
[关键词]中小船舶可调螺距螺旋桨设计维护
中图分类号：u664.733 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）22-0195-02
1、固定桨叶式螺旋桨与可调螺距螺旋桨对比
1.1 固定桨叶式螺旋桨
自固定桨叶式螺旋桨问世以来，其本身存在的缺陷，逐步得到改善。上世纪六十年代，我国自行研制的“关刀桨”，得到各国造船业的关注。但固定桨叶式螺旋桨存在的一些问题，人们经过深层次的探索，始终未能逾越。例如：
1.1.1 航行速度完全受限于船舶主机的转速
由于桨叶是固定的，船舶的航行速度完全受限于船舶主机的转
开题报告 船舶与海洋工程 可调螺距螺旋桨的优化设计及制造 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 螺旋桨在很早之前就已经被人们当做一种船用推进器，经过多年的开发研究，现在的螺旋桨被开发了很多个系列。按螺旋桨安装位置的不同可以分为首推.尾推.侧推。按照螺旋桨的螺距调节性可以分为可调螺距螺旋桨和固定螺旋桨。 可调螺距螺旋桨作为一种新兴的推进器，以其自身的优点已经慢慢变成了一种主流的推进器。可调桨技术来源于国外，世界知名的推进器制造商有：瑞典的卡梅瓦(KAMEWA)、芬兰的瓦锡兰（WASILTA）、德国的肖特尔（SCHOTTEL）、挪威的博格（BERE）。卡梅瓦的调距桨技术全世界首屈一指，“Aquamaster”是其旗下世界知名的全回转舵桨品牌，现在卡梅瓦被英国罗尔斯-罗伊斯（Rolls-Royce）兼并，但是人们一直对“卡梅瓦”津津乐道，当初卡梅瓦是世界上生产调距桨最大的公司，根据生产卡普兰水轮机的经验，该公司从1937年即生产出第一台船用调距桨，全球多家公司均引进卡梅瓦专利进行生产，如日本三菱公司、美国伯德.约翰逊公司等。肖特尔的产品有可调桨、侧向推进器、舵桨、喷水推进器等，其SRP舵桨是世界第一品牌。瓦锡兰不但生产推进器，还是世界上最著名的柴油机制造商，兼并了荷兰的列泼斯（LIPS）推进器，列泼斯是专门生产推进器的厂商，创立于1928年，是世界上从事调距桨生产较早的公司之一，在日本、法国、美国、意大利、西班牙、加拿大等地均有该公司子公司或制造商，其产品涵盖侧推、调距桨、定距桨、舵桨、喷水推进器等，并入瓦锡兰后其推进器品牌仍为LIPS。 在国内，可调螺距螺旋桨的发展与研究也已经越来越受人们的重视，其中主要的设计制造单位有前进马森船舶传动有限公司，镇江中船瓦锡兰螺旋桨有限公司，南京高精传动设备制造集团有限公司等 鉴于国内可调螺距螺旋桨的蓬勃发展，国内对可调螺旋桨的研究迫在眉睫，各大螺旋桨生产商不是自行花大力研究，就是向国外购买一些比较成熟的技术，真的可以说是无所不用其极，努力发展可调螺旋桨的技术，即便如此，国内可调螺旋桨的技术还
一、可调螺距螺旋桨的应用 船舶用可调螺距螺旋桨是利用在桨榖内部的操纵机构来转动桨叶，进而改变桨叶的螺距角。在不改变桨轴的转速以及转向的情况下，使船舶推进的推力大小和方向得以变化，以适应舰船前进、后退、加减速等航行及机动要求。比起定距桨而言，可调螺距螺旋桨可以在不同工况下充分利用主机功率及转速，发挥桨的最大性能，使船舶能够最大程度兼顾经济性、机动性以及快速性要求。现已广泛用于各类舰艇、公务船、拖轮、渔船、科考船、海洋调查船、破冰船、散货船、滚装船、渡轮、工程船、石油平台船等。 二、可调螺距螺旋桨装置主要组成和工作原理 可调螺距螺旋桨装置主要由桨叶、桨榖、液压装置、配油器及油管、电控设备等组成。 ①推进器（桨叶+桨毂） ②配油器 ③液压系统 ④电控系统（操纵手柄由监控系统提供）
我们操作电控设备的手柄或按钮，通过液压装置中的电磁换向阀，将正/倒车液压油通过轴系内双油管注入在桨榖内部油缸的正/倒车腔，推动活塞正或倒往复移动时通过曲柄滑块机构驱动桨叶在一定范围内转动，而形成不同的正负螺距角。桨叶改变的螺距角又通过内油管传递到配油器的连杆机构，指示出当前螺距角，并反馈回电控设备，进一步形成闭环控制。 调距桨的工作原理可参见下图 可调螺距螺旋桨的操纵通常分为本地操纵和远程操纵，远程操纵是在船舶的集控室以及驾驶室进行。在本地操纵下，船员在船舶的机舱里通过按钮和观察螺距表读数，按动“正车”按钮或“倒车”按钮将可调螺距螺旋桨的螺距角调整到所需要的螺距角。在远程操纵时，船员在集控室或驾驶室里推拉螺距操纵手柄，可以使可调螺距螺旋桨的螺距角自动跟踪到相对应手柄位置的螺距角。操纵手柄是在试航时通过机桨匹配得到的手柄位置、主机工况、螺距角三者最优对应，使用时也可以用作手柄位置与螺距角两者对应。当电控和液压系统全部损坏时，还备有一套独立的手动应急机械装置可使桨叶调整到正车
可调螺距螺旋桨CPP ---之生产商篇 可调螺距螺旋桨CPP（Controllable Pitch Propeller)，一般称为可调桨或调距桨，此称呼是相对于定距桨FPP（Fixde Pitch Propeller）而言的，在推进器中属于高端产品，性能好，价格高。 可调桨技术来源于国外，世界知名的推进器制造商有：瑞典的卡梅瓦(KAMEWA)、芬兰的瓦锡兰（WASILTA）、德国的肖特尔（SCHOTTEL）、挪威的博格（BERG）。卡梅瓦的调距桨技术全世界首屈一指，“Aquamaster”是其旗下世界知名的全回转舵桨品牌，现在卡梅瓦被英国罗尔斯-罗伊斯（Rolls-Royce）兼并，但是人们一直对“卡梅瓦”津津乐道，当初卡梅瓦是世界上生产调距桨最大的公司，根据生产卡普兰水轮机的经验，该公司从1937年即生产出第一台船用调距桨，全球多家公司均引进卡梅瓦专利进行生产，如日本三菱公司、美国伯德.约翰逊公司等。肖特尔的产品有可调桨、侧向推进器、舵桨、喷水推进器等，其SRP舵桨是世界第一品牌。瓦锡兰不但生产推进器，还是世界上最著名的柴油机制造商，兼并了荷兰的列泼斯（LIPS）推进器，列泼斯是专门生产推进器的厂商，创立于1928年，是世界上从事调距桨生产较早的公司之一，在日本、法国、美国、意大利、西班牙、加拿大等地均有该公司子公司或制造商，其产品涵盖侧推、调距桨、定距桨、舵桨、喷水推进器等，并入瓦锡兰后其推进器品牌仍为LIPS。 国内从事可调桨生产的公司数量很少，整体技术实力不强，均处于起步、探索之阶段。 国内70年代引进了瑞典卡梅瓦和德国肖特尔的技术，以上海704船舶研究所为设计单位，苏州船用机械厂和武汉船用机械厂（即编号461厂）为生产单位，三家单位均有卡梅瓦和肖特尔的整套图纸，是国内最早从事可调桨设计、生产的单位。但是早期无论704所还是苏船和461厂均是国企的性质，企业的发展没有竞争机制，满足于现状，不求进取，对技术不够重视，推进器技术的发展与国家重金引进的投入不成正比，导致国内推进器技术一直比较落后，大量船舶所需推进器仍然严重依赖进口。后来由于企业改制，及经营不善等原因，苏船内部人员出来创业单干，大量技术人员流失，于是出现了苏州通顺、苏州金页、苏州考斯克等生产推进器的小公司，均源自苏船的技术。
可变螺距螺旋桨 一、概述 船舶推进螺旋桨的早期是桨壳与桨叶铸成同一整体，螺旋桨的螺距角是固定不变的。1908年SEFELE公司研究并制造了首台可变螺距螺旋桨，它的桨叶与桨壳分开制造，桨叶用螺钉安装到桨壳上并能在桨壳上旋转。这就是今天我们使用的可变螺距螺旋桨，简称变距桨，又称调距桨。 可变螺距螺旋桨的优良性能早在20世纪初就被人们所认识，但由于当时的生产和科学技术水平的限制，并没有得到推广应用，直到上个世纪70年代中期才得到迅速发展。现在，从特种船舶、军用舰艇到一般的远洋货轮，从中、小功率到几万千瓦大功率的变距桨都已见使用，今后变距桨必须还会获得更大的发展。 (下图)为变距桨装置在船舶中的配置情况示意图。 与普通定距桨相比，变距桨的主要优点可归纳如下： 1.可简化主机乃至整个动力装置的结构。采用变距桨的柴油主机可以省去一套倒车机构，或者使汽轮机主机省去倒车级，且可提高倒车的功率。此外，由于变距桨为主机的恒速运转提供了条件，所以可用主机来直接驱动发电机，因而可以省掉发电柴油机。 2.提高了主机和尾轴管轴承的使用寿命。据测算，通常柴油机每起动一次
的汽缸磨损量相当于额定功率下工作8小时的磨损量。而采用变距桨的主机，其起动次数只有原来的几十分之一。 就尾轴管轴来说，变距桨经定距桨重量大，且力臂长，因此，承受负荷较大。但是实践表明，变距桨的尾轴管轴承却更为经久耐用。这是因为轴承中加剧磨损的主要原因在于油膜的状态，是否出现干摩擦或半干摩擦。在定距桨的船舶上，由于经常地起动、换向、停车，因而经常地对油膜起破坏作用。 3.改善了船舶的操纵性能。有利于实现驾驶自动化。由于液压传动技术的运用，使变距桨易于实现遥控，如需改变航速，只需要通过遥控装置来改变螺距角，便可实现从零到最大航速之间的无级调速，并在主机不停车亦无需换向的情况下，可以很容易地实现倒航。这一性能，为提高船舶的自动化程度和实现无人机舱提供了极为有利的条件。 4.提高了船舶的机动性。如第一章柴油机特性中所述，采用定距桨的柴油主机，其最低航速因受柴油机最低稳定转速的限制（一般为6-7节①）如果要使船舶以超低速航行，就必须使主机断续地起动、停止，而一旦螺旋桨停转，就会失去舵效，影响船舶操纵。在大型船舶通过复杂航道，或进出港时，通常是需要超低速航行的，且又要有良好的舵效和机动性。采用变距桨，则可以在主机不停车的情况下实现任意的超低速航行，而且在必要时还可以使桨交替地以正车或倒车工作来保证舵效。此外，采用变距桨也改善了船舶的停船性能。据估算，一艘65000吨，功率为18000马力的油轮，由17.6节到全停车，采用定距桨需要12分钟，而采用变距桨仅需要6分50秒，停船距离也大大缩短。 5.提高了船舶的营运经济性。虽然，船模试验池中的事实表明，变距桨的推进效率比定距桨的要低1%-3%左右，其原因是变距桨的毂径和桨叶根部 尺度都比较大，这些因素影响到螺旋桨的效率。但上述试验结果都是在设计工况下取得的，在研究船舶营运的经济效益时，航运部门更感兴趣的是总的经济价值。有关资料说明，在风平浪静时，装变距桨的船比装定距桨的船要快0.1节左右，在恶劣的海面情况下，甚至要快1-2节。此外，变距桨能使主机维持在最佳工况下运行，有利于充分发挥主机的功率和降低单位功率的耗油量。 最后尚需指出，由于高速柴油机和某些中速柴油机通常都是不能换向的，因此变距桨的发展为上述机型在船舶上的应用创造了条件。 变距桨还可用作船舶的首侧推装置，以提高船舶的机动性和操纵性。 但是，从结构上来说，变距桨较定距桨复杂，并涉及到液压技术、自动控制、密封和材料等技术问题，这些还有待于进一步的研究解决。 可变螺距螺旋桨有三叶桨和四叶桨。一般桨的直径在 2.3米以下为三叶桨，直径在 2.3米以上为四叶桨；在结构上SE型调距桨的叶片与叶根曲柄盘制