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船用螺旋桨的设计关键分析

小草免费高清在线视频日期:2015-05-26

摘要:船、机、桨系统中,船体是能量的需求者,主机是能量的发生器,螺旋桨是能量转换装置,三者之间是相互紧密联系的,但同时又要遵从各自的变化特性。

小草免费高清在线视频船、机、桨系统中,船体是能量的需求者,主机是能量的发生器,螺旋桨是能量转换装置,三者之间是相互紧密联系的,但同时又要遵从各自的变化特性。

1.螺旋桨

小草免费高清在线视频民用船使用的图谱桨,一般以荷兰的B型桨和日本的AU桨为主。AU桨为等螺距桨、叶切面为机翼型;B型桨根部叶切面为机翼型、梢部为弓形,除四叶桨0.6R至叶根处为线性变螺距外,其余均为等螺距,桨叶有15°的后倾。为便于设计方便,由.KT、KQ——J敞水性征曲线图转换为BP一δ图谱。

桨与船体各自在水中运动时,都会形成一个水流场。水流场与桨的敞水工作性能和船的阻力性能密切相关。当桨在船后运动时,2个原本独立的水流场必然会相互作用、相互影响。船体对螺旋桨的影响体现在2个方面:(1)伴流。由于船尾部螺旋桨桨盘处因水的粘性等因素作用,形成一股向前方向的伴流,使得螺旋桨的进速小于船速。(2)伴流的不均匀性。船后桨在整个桨盘面上的进速不等(在实用上可取相对旋转效率为1)。

2.螺旋桨对船体的影响

由于螺旋桨对水流的抽吸作用,造成桨盘处的水流加速,由伯努利定律可知,同一根流线上,水质点速度加快,必然会导致压力下降,从而造成船的粘压阻力增加。也就是桨产生的推一部分用于克服船体产生的附加阻力。

如果用伴流分数ω表征伴流与船速的比值,用推力减额t表征船体附加阻力与船体自身阻力的比值。那么,敞水桨与船后桨的差别就在于一个船身效率(1一t)/(1一ω)从中可以看出,伴流分数ω越大、推力减额t越小,则船身效率越高。

小草免费高清在线视频从螺旋桨图谱可以看出,横坐标的参数为√BP或BP。BP称为收到功率系数(或称为载荷系数),其值为:BP=NPD0.5 /VA2.5式中:N为螺旋桨转速;PD为螺旋桨敞水收到功率;VA为螺旋桨进速。

BP值越小,对应的螺旋桨敞水效率越高;反之,则螺旋桨效率越低。从个体因素来讲,N值和PD0.5 /VA2.5值越小,BP值就越小。PD和VA参数有联动关系,在相对低速的范围内,PD值变大、BP值变小;在相对高速的范围内,PD值变大、BP值也变大。这取决于船的阻力特性。

小草免费高清在线视频实际船螺旋桨设计时,还要考虑以下的先决条件:螺旋桨直径有无限制、船舶航速的具体要求。

一般情况下,螺旋桨设计工况都对应船舶满载航行的状态,在该航行状态下,主机发出预定功率、螺旋桨效率达到最佳,船、机、桨匹配理想。但如果设计参数选择不当,就会造成螺旋桨产生“轻载”或“重载”的现象,“轻载”是指螺旋桨达到设计转速后,不能充分吸收主机的转矩,主机发不出预定功率;“重载”是指螺旋桨还未达到设计转速时,主机转矩已达到最大值,主机同样发不出预定功率。

螺旋桨设计产生“轻载”还是“重载”现象,主要取决于2个方面:(1)伴流分数ω、推力减额t取值是否正确。(2)船舶阻力计算的误差。

如选取的伴流分数ω大于船后实际值,则螺旋桨不能吸收预定的功率和发出要求的推力,从而无法达到预定的航速,螺旋桨处于“轻载”状态;反之螺旋桨处于“重载”状态。

小草免费高清在线视频如选取的推力减额t大于实际值,该情况类似于船舶轻载航行,螺旋桨达到额定转速后,不能吸收主机额定转矩,螺旋桨处于“轻载”状态;反之,螺旋桨处于“重载”状态。

船舶的阻力大小,与船舶的尺度、线型等因素关系很大,同样一艘船,采用不同公式计算,阻力值可能有很大的区别。如阻力计算值大于实船阻力,则实船试航时,航速会大于预估速度,螺旋桨却处于“轻载”状态;反之,螺旋桨处于“重载”状态。

小草免费高清在线视频在桨的设计中,由于各参数的理论取值与实际值必然会有综合性的误差,螺旋桨不可避免地会产生“轻载”、“重载”现象。不论螺旋桨是“轻载”还是“重载”,都不能充分利用主机功率。相比较而言,螺旋桨“重载”时,主机工作在超负荷恶劣环境下,影响其使用寿命。

小草免费高清在线视频一般船舶在使用中都会有压载(空载)航行、满载航行、超载(船底积污或风浪原因)航行状态。对应船舶满载航行工况设计的螺旋桨,在超载航行时,就会“重载”。同时考虑到主机因老化、磨损等原因,发出的额定功率也会逐渐降低。为了保证有一定的避免“重载”的安全裕度,需要有一个功率储备。作者根据自己的设计经验体会,在100%额定转速时,考虑功率储备后的设计功率推荐如下值:对于海船,85%~90%主机功孰对于内河船,90%~95%主机功率。

小草免费高清在线视频如主机为高增压、大功率机型,功率储备取下限值,相对而言,该种机型的外特性曲线与推进特性曲线之间的间隙(潜在功率)小于常规机型。

 

标签: 船用螺旋桨设计(49)