關于可調螺距螺旋槳測速的介紹

徐洪祥 丁秀梅 隋鴻飛

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

關鍵詞：可調螺距螺旋槳；優點；運行模式；軸帶發電機；航海試驗；測速

可調螺距螺旋槳（CPP）簡稱調距槳，可根據船舶裝載狀況來調節螺距，充分發揮出主機的功率，從而提高推進效率。船倒退時不改變主機旋轉方向，可通過調整螺旋槳的螺距來實現，而螺距是通過機械或液力操縱槳轂中的機構轉動各槳葉來調節的。調距槳對于槳葉負荷變化的適應性較好，在拖船和漁船上應用較多。但調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。

可調螺距螺旋槳與定距槳相比具有以下優點：（1）調距槳能夠在不改變螺旋槳和主機轉向的情況下，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的功率，若螺旋槳與主機處于聯合控制模式下即同時改變主機轉速和螺距比并使之匹配適當，可以使船舶在單位時間內消耗的燃料最少。（3）可以使船舶微速穩定航行，主機保持在高轉速時也可通過降低螺距以獲得極慢的航速，完全不受主機最低穩定轉速的限制。這在船舶航行中的操縱避碰方面是一個極大的優勢。（4）改善船舶操縱性能。（5）有利于主機驅動輔助負荷（軸帶發電機等）。（6）延長了發動機的壽命。（7）便于實現遙控。

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

表1

表2

此船的調距槳具有兩種運行模式，一是恒定轉速模式，具體參數見表1，顧名思義，恒定轉速模式就是把主機及螺旋槳的轉速固定住（主機和螺旋槳通過變速箱實現轉速變化，轉速比是一定的），通過調節調距槳螺距來改變船的航速及主機功率。另一個模式是聯合模式，具體參數見表2，聯合模式通過對螺旋槳的轉速和螺距進行匹配，從而使主機用最小的功率來達到一定的航速。從表1和表2中各個數值的對比中我們可以得出，在航速一定的情況下，降低螺旋槳轉速同時調節螺距，可以有效地降低主機功率。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，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，調節螺距時是以P/D（%）的形式來顯示并調節的，數值可以通過駕駛室里的相關儀表讀取出來。雖然降低螺旋槳轉速可以降低功率，從而節省油耗，但是有些船為了驅動軸帶發電機發電的需要，而且不需要長距離的航行，所以主機和軸一直保持恒速運轉，此種船在實際運營過程中，主機大部分時間都鎖定在額定轉速運行。當螺距P/D（%）小于-3.1時，此船開始倒車，避免了定距槳主機停車再啟動的過程。根據表1和表2數值做出的各參數曲線圖見圖1和圖2。

圖1

圖2

下面結合此船航海試驗數據計算得出最終的考核航速。本船船東考核的航速為設計吃水工況下，主機在最大轉速，主機輸出功率為最大額定功率MCR（螺旋槳在設計最大螺距）時的航速，且此測試點建造規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計吃水工況，因此必須是在設計吃水的工況下進行航速測試。另外由于調載到設計吃水比較困難，需在貨油艙里加入壓載水來調節到設計吃水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，實測數據如表3。

根據實測數據畫出速度功率曲線，然后找出對應功率3000kW時候的速度值為13.55kn。得出結論：此船在設計吃水4.6米，螺距比為100%，最大功率MCR的條件下航速為13.55節。滿足建造規格書13節的要求。

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

目前國際、國內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距槳的推進系統。因此，調距槳推進系統具有很大的發展前景。國際航運界已有幾十年的使用經驗，調距槳推進系統的技術應用也己日臻完善，但是國內船員對于調距槳聯合控制系統還不是很熟悉，航行過程中對于調距槳推進裝置操作模式過于單一，不能充分發揮調距槳的優越性。希望有關各方盡早熟悉和應用此門技術，使聯合控制系統機槳達到“最佳”匹配，節約能源，降低成本。