关于可调螺距螺旋桨测速的介绍

徐洪祥 丁秀梅 隋鸿飞

摘 要：可调螺距螺旋桨作为一种比较先进的推进装置，现在已经得到越来越多的应用。为了了解其性能，需在船舶建造完工后的航海试验中进行速度测试，文章介绍了此种桨的特点，并结合实船介绍了其测速的过程及注意事项。

关键词：可调螺距螺旋桨；优点；运行模式；轴带发电机；航海试验；测速

可调螺距螺旋桨（CPP）简称调距桨，可根据船舶装载状况来调节螺距，充分发挥出主机的功率，从而提高推进效率。船倒退时不改变主机旋转方向，可通过调整螺旋桨的螺距来实现，而螺距是通过机械或液力操纵桨毂中的机构转动各桨叶来调节的。调距桨对于桨叶负荷变化的适应性较好，在拖船和渔船上应用较多。但调距桨的毂径比普通螺旋桨的大得多，叶根的截面厚而窄，在正常操作条件下，其效率要比普通螺旋桨低。

可调螺距螺旋桨与定距桨相比具有以下优点：（1）调距桨能够在不改变螺旋桨和主机转向的情况下，仅用改变螺距的方法得到从最大正值到最大负值的各种推力值，既可以省去换向装置，又可缩短船舶换向航行的时间。（2）对于多工况船舶，可以在不同航行工况下充分吸收主机的功率，若螺旋桨与主机处于联合控制模式下即同时改变主机转速和螺距比并使之匹配适当，可以使船舶在单位时间内消耗的燃料最少。（3）可以使船舶微速稳定航行，主机保持在高转速时也可通过降低螺距以获得极慢的航速，完全不受主机最低稳定转速的限制。这在船舶航行中的操纵避碰方面是一个极大的优势。（4）改善船舶操纵性能。（5）有利于主机驱动辅助负荷（轴带发电机等）。（6）延长了发动机的寿命。（7）便于实现遥控。

由于可调螺距螺旋桨适合多工况船舶，所以我厂某特种船采用了调距桨，此船双机双桨，每台主机最大转速为1600rpm，每台最大输出功率为1500kW，螺旋桨直径D为2600mm，设计吃水为4.6米。

表1

表2

此船的调距桨具有两种运行模式，一是恒定转速模式，具体参数见表1，顾名思义，恒定转速模式就是把主机及螺旋桨的转速固定住（主机和螺旋桨通过变速箱实现转速变化，转速比是一定的），通过调节调距桨螺距来改变船的航速及主机功率。另一個模式是联合模式，具体参数见表2，联合模式通过对螺旋桨的转速和螺距进行匹配，从而使主机用最小的功率来达到一定的航速。从表1和表2中各个数值的对比中我们可以得出，在航速一定的情况下，降低螺旋桨转速同时调节螺距，可以有效地降低主机功率。表中的P/D为螺旋桨螺距与直径的比值，由于螺旋桨直径为定值，所以P/D的大小只有螺距有关，P/D（%）表示实际螺距直径比与最大螺距直径比的百分比。船在海上航行时，调节螺距时是以P/D（%）的形式来显示并调节的，数值可以通过驾驶室里的相关仪表读取出来。虽然降低螺旋桨转速可以降低功率，从而节省油耗，但是有些船为了驱动轴带发电机发电的需要，而且不需要长距离的航行，所以主机和轴一直保持恒速运转，此种船在实际运营过程中，主机大部分时间都锁定在额定转速运行。当螺距P/D（%）小于-3.1时，此船开始倒车，避免了定距桨主机停车再启动的过程。根据表1和表2数值做出的各参数曲线图见图1和图2。

图1

图2

下面结合此船航海试验数据计算得出最终的考核航速。本船船东考核的航速为设计吃水工况下，主机在最大转速，主机输出功率为最大额定功率MCR（螺旋桨在设计最大螺距）时的航速，且此测试点建造规格书要求测量两个顺流逆流的航程。由于此船没有做船模试验，航速无法通过压载吃水工况来换算成设计吃水工况，因此必须是在设计吃水的工况下进行航速测试。另外由于调载到设计吃水比较困难，需在货油舱里加入压载水来调节到设计吃水4.6米。测试地点为黄海，测量仪器为有证书的DGPS测速仪和轴功率测量仪，实测数据如表3。

根据实测数据画出速度功率曲线，然后找出对应功率3000kW时候的速度值为13.55kn。得出结论：此船在设计吃水4.6米，螺距比为100%，最大功率MCR的条件下航速为13.55节。满足建造规格书13节的要求。

从上文中我们可以看出，可调螺距螺旋桨在测速的时候主要需要注意的是转速螺距的变化，对于有些螺旋桨转速恒定的船，只需通过调整螺距来改变主机输出功率，从而实现调整航速的目的，但是螺旋桨恒定转速相对于可变转速，其在大部分螺距下无法与主机得到最佳匹配，油耗较大。如果需要测试在不同转速不同螺距下达到一定航速的情况（航速值由转速和螺距这两个参数共同确定），则需找到几个典型的转速，然后在每一个转速下做出功率速度曲线，最终确定某一航速下转速和功率的最佳匹配值。表2和图2就是此船螺旋桨厂家给出的转速功率最佳匹配参考值。

目前国际、国内己有许多大型散装货船、集装箱船、滚装船、油轮及大型顶推船队也都采用调距桨的推进系统。因此，调距桨推进系统具有很大的发展前景。国际航运界已有几十年的使用经验，调距桨推进系统的技术应用也己日臻完善，但是国内船员对于调距桨联合控制系统还不是很熟悉，航行过程中对于调距桨推进装置操作模式过于单一，不能充分发挥调距桨的优越性。希望有关各方尽早熟悉和应用此门技术，使联合控制系统机桨达到“最佳”匹配，节约能源，降低成本。