關(guān)于可調(diào)螺距螺旋槳測速的介紹

徐洪祥 丁秀梅 隋鴻飛

摘 要：可調(diào)螺距螺旋槳作為一種比較先進(jìn)的推進(jìn)裝置，現(xiàn)在已經(jīng)得到越來越多的應(yīng)用。為了了解其性能，需在船舶建造完工后的航海試驗中進(jìn)行速度測試，文章介紹了此種槳的特點，并結(jié)合實船介紹了其測速的過程及注意事項。

關(guān)鍵詞：可調(diào)螺距螺旋槳；優(yōu)點；運(yùn)行模式；軸帶發(fā)電機(jī)；航海試驗；測速

可調(diào)螺距螺旋槳（CPP）簡稱調(diào)距槳，可根據(jù)船舶裝載狀況來調(diào)節(jié)螺距，充分發(fā)揮出主機(jī)的功率，從而提高推進(jìn)效率。船倒退時不改變主機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，可通過調(diào)整螺旋槳的螺距來實現(xiàn)，而螺距是通過機(jī)械或液力操縱槳轂中的機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動各槳葉來調(diào)節(jié)的。調(diào)距槳對于槳葉負(fù)荷變化的適應(yīng)性較好，在拖船和漁船上應(yīng)用較多。但調(diào)距槳的轂徑比普通螺旋槳的大得多，葉根的截面厚而窄，在正常操作條件下，其效率要比普通螺旋槳低。

可調(diào)螺距螺旋槳與定距槳相比具有以下優(yōu)點：（1）調(diào)距槳能夠在不改變螺旋槳和主機(jī)轉(zhuǎn)向的情況下，僅用改變螺距的方法得到從最大正值到最大負(fù)值的各種推力值，既可以省去換向裝置，又可縮短船舶換向航行的時間。（2）對于多工況船舶，可以在不同航行工況下充分吸收主機(jī)的功率，若螺旋槳與主機(jī)處于聯(lián)合控制模式下即同時改變主機(jī)轉(zhuǎn)速和螺距比并使之匹配適當(dāng)，可以使船舶在單位時間內(nèi)消耗的燃料最少。（3）可以使船舶微速穩(wěn)定航行，主機(jī)保持在高轉(zhuǎn)速時也可通過降低螺距以獲得極慢的航速，完全不受主機(jī)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的限制。這在船舶航行中的操縱避碰方面是一個極大的優(yōu)勢。（4）改善船舶操縱性能。（5）有利于主機(jī)驅(qū)動輔助負(fù)荷（軸帶發(fā)電機(jī)等）。（6）延長了發(fā)動機(jī)的壽命。（7）便于實現(xiàn)遙控。

由于可調(diào)螺距螺旋槳適合多工況船舶，所以我廠某特種船采用了調(diào)距槳，此船雙機(jī)雙槳，每臺主機(jī)最大轉(zhuǎn)速為1600rpm，每臺最大輸出功率為1500kW，螺旋槳直徑D為2600mm，設(shè)計吃水為4.6米。

表1

表2

此船的調(diào)距槳具有兩種運(yùn)行模式，一是恒定轉(zhuǎn)速模式，具體參數(shù)見表1，顧名思義，恒定轉(zhuǎn)速模式就是把主機(jī)及螺旋槳的轉(zhuǎn)速固定?。ㄖ鳈C(jī)和螺旋槳通過變速箱實現(xiàn)轉(zhuǎn)速變化，轉(zhuǎn)速比是一定的），通過調(diào)節(jié)調(diào)距槳螺距來改變船的航速及主機(jī)功率。另一個模式是聯(lián)合模式，具體參數(shù)見表2，聯(lián)合模式通過對螺旋槳的轉(zhuǎn)速和螺距進(jìn)行匹配，從而使主機(jī)用最小的功率來達(dá)到一定的航速。從表1和表2中各個數(shù)值的對比中我們可以得出，在航速一定的情況下，降低螺旋槳轉(zhuǎn)速同時調(diào)節(jié)螺距，可以有效地降低主機(jī)功率。表中的P/D為螺旋槳螺距與直徑的比值，由于螺旋槳直徑為定值，所以P/D的大小只有螺距有關(guān)，P/D（%）表示實際螺距直徑比與最大螺距直徑比的百分比。船在海上航行時，調(diào)節(jié)螺距時是以P/D（%）的形式來顯示并調(diào)節(jié)的，數(shù)值可以通過駕駛室里的相關(guān)儀表讀取出來。雖然降低螺旋槳轉(zhuǎn)速可以降低功率，從而節(jié)省油耗，但是有些船為了驅(qū)動軸帶發(fā)電機(jī)發(fā)電的需要，而且不需要長距離的航行，所以主機(jī)和軸一直保持恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，此種船在實際運(yùn)營過程中，主機(jī)大部分時間都鎖定在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。當(dāng)螺距P/D（%）小于-3.1時，此船開始倒車，避免了定距槳主機(jī)停車再啟動的過程。根據(jù)表1和表2數(shù)值做出的各參數(shù)曲線圖見圖1和圖2。

圖1

圖2

下面結(jié)合此船航海試驗數(shù)據(jù)計算得出最終的考核航速。本船船東考核的航速為設(shè)計吃水工況下，主機(jī)在最大轉(zhuǎn)速，主機(jī)輸出功率為最大額定功率MCR（螺旋槳在設(shè)計最大螺距）時的航速，且此測試點建造規(guī)格書要求測量兩個順流逆流的航程。由于此船沒有做船模試驗，航速無法通過壓載吃水工況來換算成設(shè)計吃水工況，因此必須是在設(shè)計吃水的工況下進(jìn)行航速測試。另外由于調(diào)載到設(shè)計吃水比較困難，需在貨油艙里加入壓載水來調(diào)節(jié)到設(shè)計吃水4.6米。測試地點為黃海，測量儀器為有證書的DGPS測速儀和軸功率測量儀，實測數(shù)據(jù)如表3。

根據(jù)實測數(shù)據(jù)畫出速度功率曲線，然后找出對應(yīng)功率3000kW時候的速度值為13.55kn。得出結(jié)論：此船在設(shè)計吃水4.6米，螺距比為100%，最大功率MCR的條件下航速為13.55節(jié)。滿足建造規(guī)格書13節(jié)的要求。

從上文中我們可以看出，可調(diào)螺距螺旋槳在測速的時候主要需要注意的是轉(zhuǎn)速螺距的變化，對于有些螺旋槳轉(zhuǎn)速恒定的船，只需通過調(diào)整螺距來改變主機(jī)輸出功率，從而實現(xiàn)調(diào)整航速的目的，但是螺旋槳恒定轉(zhuǎn)速相對于可變轉(zhuǎn)速，其在大部分螺距下無法與主機(jī)得到最佳匹配，油耗較大。如果需要測試在不同轉(zhuǎn)速不同螺距下達(dá)到一定航速的情況（航速值由轉(zhuǎn)速和螺距這兩個參數(shù)共同確定），則需找到幾個典型的轉(zhuǎn)速，然后在每一個轉(zhuǎn)速下做出功率速度曲線，最終確定某一航速下轉(zhuǎn)速和功率的最佳匹配值。表2和圖2就是此船螺旋槳廠家給出的轉(zhuǎn)速功率最佳匹配參考值。

目前國際、國內(nèi)己有許多大型散裝貨船、集裝箱船、滾裝船、油輪及大型頂推船隊也都采用調(diào)距槳的推進(jìn)系統(tǒng)。因此，調(diào)距槳推進(jìn)系統(tǒng)具有很大的發(fā)展前景。國際航運(yùn)界已有幾十年的使用經(jīng)驗，調(diào)距槳推進(jìn)系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用也己日臻完善，但是國內(nèi)船員對于調(diào)距槳聯(lián)合控制系統(tǒng)還不是很熟悉，航行過程中對于調(diào)距槳推進(jìn)裝置操作模式過于單一，不能充分發(fā)揮調(diào)距槳的優(yōu)越性。希望有關(guān)各方盡早熟悉和應(yīng)用此門技術(shù)，使聯(lián)合控制系統(tǒng)機(jī)槳達(dá)到“最佳”匹配，節(jié)約能源，降低成本。