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可调螺距螺旋桨
一、概述
船舶推进螺旋桨(CPP)的早期是桨壳与桨叶铸成同一整体,螺旋桨的螺距角是固定不变的。1908年SEFELE公司研究并制造了首台可变螺距螺旋桨,它的桨叶与桨壳分开制造,桨叶用螺钉安装到桨壳上并能在桨壳上旋转。这就是今天我们使用的可变螺距螺旋桨,简称变距桨,又称调距桨。可变螺距螺旋桨的优良性能早在20世纪初就被人们所认识,但由于当时的生产和科学技术水平的限制,并没有得到推广应用,直到上个世纪70年代中期才得到迅速发展。现在,从特种船舶、军用舰艇到一般的远洋货轮,从中、小功率到几万千瓦大功率的变距桨都已见使用,今后变距桨必须还会获得更大的发展。
二、变距桨系统的组成及工作原理
(下图)为变距桨桨毂内部结构的立体图
可变螺距螺旋桨是以液体的压力来传递动力和运动的。依靠液压系统中的执行元件变距油缸5,通过推拉杆7来驱动固定在推拉杆上滑座10。由于桨叶根部偏心销的偏心作用,从而将推拉杆的平移直线运动转变为桨叶的旋转运动,以实现桨叶螺距变化的目的。
该系统由伺服变量泵B1或B2作为主油路系统的驱动元件,由三位四通过比例阀V3作为该系统的主自动控制阀,由二位三通手动阀V4、二位四通液动阀V1和三位四通电磁阀V2组成应急遥控系统。由棱阀C4获得主油泵伺服控制油路,溢流阀Y1起安全阀作用,其调定压力大于实际工作压力的10%左右。溢流阀Y2为实际最高工作压力的调整压力。继电器G1为主泵的启动控制,压力继电器G2为低压报警控制。
由伺服变量泵B1或B2输出的压力油经单向阀C1或C2,通过粗滤器进入比例方向阀V3。假定DT1断电,DT2通电,则比例方向阀的右位工作,压力油经过液动阀V1进入B腔,A腔的油液经液动阀V1、比例方向阀V3直接回油箱组成回路。变距油缸5克服外负载向左移动视为顺车(即正螺距),船舶向前行驶。当DT1通电,DT2断电时,比例方向阀的左位工作,压力油经过液动阀V1进入A腔,B腔的油液经液动阀V1、比例方向阀V3直接回油箱组成回路,变距油缸5克服外负载向右移动视为倒车(即负螺距),船舶向后行驶。当变距油缸的活塞至螺距位置时,船舶处在停航状态。
三、优点
1. 可简化主机乃至整个动力装置的结构。采用变距桨的柴油主机可以省去一套倒车机构,或者使汽轮机主机省去倒车级,且可提高倒车的功率。此外,由于变距桨为主机的恒速运转提供了条件,所以可用主机来直接驱动发电机,因而可以省掉发电柴油机。。据测算,通常柴油机每起动一次的汽缸磨损量相当于额定功率下工作8小时的磨损量。而采用变距桨的主机,其起动次数只有原来的几十分之一。就尾轴管轴来说,变距桨经定距桨重量大,且力臂长,因此,承受负荷较大。但是实践表明,变距桨的尾轴管轴承却更为经久耐用。这是因为轴承中加剧磨损的主要原因在于油膜的状态,是否出现干摩擦或半干摩擦。在定距桨的船舶上,由于经常地起动、换向、停车,因而经常地对油膜起破坏作用。。
。有利于实现驾驶自动化。由于液压传动技术的运用,使变距桨易于实现遥控,如需改变航速,只需要通过遥控装置来改变螺距角,便可实现从零到最大航速之间的无级调速,并在主机不停车亦无需换向的情况下,可以很容易地实现倒航。这一性能,为提高船舶的自动化程度和实现无人机舱提供了极为有利的条件。。如第一章柴油机特性中所述,采用定距桨的柴油主机,其最低航速因受柴油机最低稳定转速的限制(一般为6-7节①)如果要使船舶以超低速航行,就必须使主机断续地起动、停止,而一旦螺旋桨停转,就会失去舵效,影响船舶操纵。在大型船舶通过复杂航道,或进出港时,通常是需要超低速航行的,且又要有良好的舵效和机动性。采用变距桨,则可以在主机不停车的情况下实现任意的超低速航行,而且在必要时还可以使桨交替地以正车或倒车工作来保证舵效。此外,采用变距桨也改善了船舶的停船性能。据估算,一艘65000吨,功率为18000马力的油轮,,采用定距桨需要12分钟,而采用变距桨仅需要6分50秒,停船距离也大大缩短。