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一种用于校调高速船螺旋桨的实用方法

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  摘要:本文通过实例分析介绍一种用于校调高速船螺旋桨的实用方法。本实例结合经验分析法与环流理论分析法,解决船-机-桨的匹配问题。
中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-5540728.htm
  关键词:高速船;螺旋桨;校调
  
  A Practical Method for Adjustment of Propeller for High-speed Craft
  HE Lingfeng, PAN Deng, ZHENG Yiming
  (HINLEE (zhuhai) Shipyard Co., Ltd. Zhuhai 519185)
  Abstract: This article introduces a practical method for adjustment of propeller for high-speed craft with the example which combines experience analysis method with circumfluence theory analysismethod to solve the problem of ship-engine-propeller matching.
  Key words: High-speed craft; Propeller; Adjustment
  
  1前言
  高速船对航速的要求比较严格,客户会根据船舶的营运环境综合考虑各方面因素,给出一个船舶最大保证航速。高速船的设计和建造必须保证此航速。而采用螺旋桨作为推进器的高速船,在实船自航试验时,船-机-桨的匹配与设计要求有时会出现偏差。当出现偏差时需要对螺旋桨进行校调以达到船-机-桨的合理匹配。
  
  2概况
  我们结合实例介绍一种校调螺旋桨的方法。本实例选用一艘沿海双体客船作为研究对象。该船主要用于珠港澳三地的水上交通,客户要求该船航速不小于26 kn。
  该船的主要参数如下:
  总长:26.0 m
  型宽:8.5 m
  水线长:24.02 m
  型深:3.0 m
  两柱间长:23.4 m
  片体宽度:2.5 m
  满载排水量:约94.1 t
  满载吃水:约2.1 m
  主机:2台
  功率:1 007 kW(1 350 hp)
  额定转速:1 900 r/min
  齿轮箱:2台
  减速比:2.03
  螺旋桨:2个
  本船螺旋桨直径D=1.016 m;叶数Z=4;各半径R的螺距分布如表1所示。
  试航数据表明,按理论设计的螺旋桨在实船上效果不太理想导致无法达到客户要求的航速,船-机-桨的匹配不理想。但因船体,主机已经确定难以调整,故对螺旋桨进行校调使该船航速达到要求是比较可行的一种方法。
  3.1经验公式分析
  我们可将螺旋桨视为主机的制动器。按经验公式(1),主机转速N与螺旋桨的螺距P存在以下关系。
  P`―螺旋桨需要达到的螺距
  P―螺旋桨的实际螺距
  N`―主机的实际转速
  N―主机的额定转速
  由于螺旋桨校调的工艺要求和技术限制,只对0.7R后的螺距进行调整。按上述公式计算得到螺距如表3所示。
  表3中的螺距分布只是按经验公式得出的结果,比较粗糙,还存在不确定性,如果仅按此螺距对螺旋桨进行校调,难以保证能达到预期效果,所以需要对以上计算结果进行进一步校核。
  假定该螺旋桨诱导速度与螺旋桨运动速度相比很小,忽略诱导速度对推力T和转矩Q的影响,可得到式(2)和式Q ―螺旋桨吸收的转矩
  ―流体密度
  Z ―螺旋桨桨叶数
  ―螺旋桨的角速度
  ―螺旋桨的阻升比
  r―螺旋桨的半径
  ―螺旋涡线的螺距角
  ―船舶航行速度
   ―螺旋桨各半径处的环量
  ―螺旋桨的攻角
  建立速度多角形如图1所示。
  根据速度多角形和螺旋桨的螺距P,可求出对应每个半径r上的有效攻角ak。根据攻角ak按图2查得 CL和CD。
  设在半径r处增加环量后,将使该半径处的桨叶本身所受的力以及桨叶其他半径处的力发生改变,其结果使整个螺旋桨增加了了推力及转矩 。因此有用功率增加了△TVA,螺旋桨吸收的能量增加了。令k表示这两种能量增加之比,从而得到式(4)。
  现在假定取某适当的环量增加,使之产生一定量的△TVA,如果在不同半径处增加环量得到不同的k值的话,那么只要在k值小的地方减少环量,而在k值大的地方增加环量,这样可使原来推力不变,减少供给螺旋桨的功率,从而得到较高螺旋桨的效率。
  CL―螺旋桨的升力系数
  CD―螺旋桨的阻力系数
  B―螺旋桨各半径处的弦长
   VR―螺旋桨的进速
  用Excel建立计算表格,计算结果如下表所示。表4是初始设计螺旋桨的数据,表5是按经验公式得出的螺旋桨的数据。
  因为环量沿桨叶分布的最佳条件是k值沿桨叶必须是常数。按初始设计螺旋桨的螺距分布计算k�,得到表4,观察表4中的k值是沿桨叶变小的,所以螺旋桨的效率不高,需要在k值小的地方减少环量,即减少螺距。按经验公式计算值的螺距分布计算k值,得到表5,观察表5中的k值,在0.7R与0.8R处的k值较原始值已有所提高,但在0.9R与0.95R处无明显的提高,需要继续减少环量,即减少螺距。再次调整螺旋桨的螺距,得到表6。
  观察表7中0.9R与0.95R处的k值较表5有所提高。但继续减少螺距P,k值也无明显变化。所以选定此螺距P作为最终螺距。以此螺距分布对螺旋桨进行校调,经试航实测船舶航行速度26.1 kn,达到了客户的要求。
  4 总结
  本文借用实例分析阐述了一种新颖简单的螺旋桨校调方法,结合螺旋桨环流理论对经验公式的校核,对螺旋桨的校调具有非常实用的参考价值。
  
  参与文献
  [1]董世汤.船舶螺旋桨理论[M].上海:上海交通大学出版社,1985
  [2]王国强,盛世邦.船舶推进[M].北京:国防工业出版社,1985

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