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    船用螺旋槳的設計原理

    日期:2016-03-07

    摘要:螺旋槳是造船行業必備的推進部件,它的設計精度將直接影響船的推進速度,它為船的前進提供的推力。

    螺旋槳設計是整個船舶設計的一個重要組成部分,它是保證船舶快速性的一個重要方面。一般螺旋槳設計是在初步完成了船舶線型設計,并通過估算或用船模試驗的方法確定了船體有效功率之后進行的。船在水面或水中的航行時遭受阻力,為了使船舶能保持一定的速度向前航行,必須供給船舶一定的推力,以克服其所承受的阻力。作用在船上的推力是依靠專門的裝置或機構通過吸收主機發出的能量并把它轉換成推力而得,而這種專門吸收與轉換能量的裝置或轉換能量的裝置或機構統稱為推進器。推進器種類很多,例如風帆,民輪,直葉推進器,噴水推進器及螺旋槳等,螺旋槳構造簡單,造價低廉,使用方便,效率較高,是目前應用最廣的推進器。

    結構組成
    螺旋槳俗稱車葉,通常由槳葉和漿轂組成。螺旋槳與尾軸連接部分叫漿轂,漿轂是一個錐形體。為了減小水的阻力,在漿轂后端加一整流罩,與漿轂形成一光順流線形體,稱為轂帽。
    螺旋槳在水中產生推力的部分叫槳葉,槳葉固定在漿轂上。普通螺旋槳常為3葉或4葉,2葉螺旋槳僅用于機帆船或小艇上,近年來有些船舶(如大噸位大功率的油船),為避免震動而采用5葉或5葉以上的螺旋槳。 
    由船尾向前看時所見到的螺旋槳槳葉的一面稱為葉面,另一面稱為葉背。槳葉與轂連接處稱為葉根,槳葉的外端稱為葉梢。螺旋槳正車旋轉時先入水的一邊稱為導邊,另一邊稱為隨邊。螺旋槳旋轉時葉梢的圓形軌跡稱為梢圓。梢圓的直徑稱為螺旋槳直徑,以D表示。梢圓的面積稱為螺旋槳的盤面積以Ao表示,可用下式表示它們之間的關系:  Ao=πD2/4。
    結構計算要素
    1)螺旋槳直徑:首先考慮與尾型和吃水的關系,在繪制船體線型時,已基本決定了螺旋槳的軸線位置和可能的最大直徑。從尾型和吃水條件看,普通船舶的螺旋槳直徑大約在下列范圍:單槳D=(0.7~0.8)Tw;雙槳D=(0.6~0.7)T w. 式中Tw為船舶滿載時的船尾吃水。只要螺旋槳直徑未超過尾型和吃水條件的限制,就可以通過設計圖譜求得敞水效率最佳的螺旋槳直徑。但是由于船后伴流不均勻性的影響,敞水最佳直徑與船后最佳直徑略有差別。隨著伴流不均勻的程度,最佳直徑應有不同程度的減?。簡螛幍奈恢玫陌榱鞑痪鶆蛐暂^大,最佳直徑要減3~5%;雙槳所處的位置伴流比較均勻,最佳直徑約減少2~4%。
    2)盤面比:若螺旋槳的直徑、螺距、轉速和葉數均相等,則推力和轉距均隨盤面比的增加而增大。但盤面比大時,翼柵作用較甚,槳葉的摩擦阻力也較大,螺旋槳的效率就較低。盤面比太小時,因強度需要,勢必增加槳葉厚度,這時槳葉單位面積所發出的推力較大,容易發生空泡,且會增加渦旋阻力,致使效率反而降低。所以在設計螺旋槳時,均選擇不發生空泡的最小盤面比。 
    3)槳葉輪廓形狀:槳葉的外形輪廓多螺旋槳的效率和空泡性都能有影響。但是通過我們現場反饋的意見表明,對一般接近橢圓形的槳葉,葉形的變化對螺旋槳效率影響不大。
    4)葉數:螺旋槳葉數的選擇應根據船型、吃水、推進性能、振動和空泡多方面加以考慮。一般認為若螺旋槳的直徑及展開面積相同,則葉數少者效率略高,葉數多者因葉片與葉片間產生的相互干擾作用較大,效率常略低。葉數多者對減小振動有利,葉數少者對避免空泡有利。 
    5)螺旋槳轉速:螺旋槳轉速低一些,則直徑可以較大,效率也會較高,但對主機來說,轉速高,則機器效率高,主機的重量和尺寸也可以減小,從這里可以看出螺旋槳轉速和主機轉速要求之間是相互對立而又互相聯結。因此就需要螺旋槳的轉速和主機的轉速之間要匹配好。但在進行一般民用船舶的螺旋槳設計時,主機往往是從現已生產的一定功率的幾種船用主機中加以比較選取,更多的情況是先有主機再進行船舶設計。因此在設計螺旋槳時,螺旋槳的轉速常是給定的。    
    在功率相同的情況下,則但螺旋槳船的推進效率高于雙螺旋槳,這時因為單螺旋槳位于船尾縱中剖面上,伴流較大,而且單槳的直徑較雙槳大,故其效率較高。
     
    螺旋槳

     


    標簽: 船用螺旋槳設計(49)
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