基本介紹
- 中文名：調距槳
- 外文名：controllable-pitch propeller
- 性質：船舶推進裝置
- 簡稱：調距槳
裝置簡介,簡介,組成部件,基本理論,相關專業術語,特點,
裝置簡介
應 用：多工況航行船舶
類 別：交通工程
簡介
通過設定於槳轂中的操縱機構，使槳葉能夠垂直於槳軸繞轉葉軸線轉動而調節槳葉螺距的螺旋槳，稱為可調螺距螺旋槳，簡稱調距槳。與常規的定螺距螺旋槳只能在設計工況下充分利用主機功率達到預期航速不同，調距槳可以通過改變槳葉螺距，在各種工況下都可以充分吸收主機功率，適應各種工況，機動性能好。常見於拖船、漁船、破冰船、布攬船、軍艦等多工況使用船舶。
按轉葉機構的形式來分類，可分為齒條式和曲柄連桿式，齒條式由於強度較弱，製造和調整比較複雜，故一般較少使用。
曲柄式轉葉機構分曲柄滑塊式和曲柄拉桿式，曲柄滑塊式為常用的結構形式。
按調距機構的動力形式來分類，有液壓、電機—機械、手動機械等形式，目前廣泛使用的調距槳為液壓式，液壓式調距槳所用的伺服調距油缸大多置於槳轂內，也有集成置於軸系內的。
按槳轂與槳葉連線結構形式來分類：除少數採用徑向軸承型（耳軸型）外，其它大多採用平面軸承型（法蘭盤型）。
組成部件
典型的曲柄滑塊式調距槳主要由槳轂組件、槳葉、軸內油管、配油器、液壓系統單元、電控系統單元等組成。
基本理論
調距槳可在各種工況下充分發揮主機功率，其半徑r處槳葉切面如圖1，螺旋槳此時進速為V。如果此時船舶速度降低，螺旋槳進速為V'，若此時主機轉速不變，則來流攻角加大，推力及旋轉阻力隨之加大，螺旋槳所需轉矩超過主機額定轉矩，此時螺旋槳處於“重載”狀態，若是定距螺旋槳，則只能降低轉速。對於調距槳，若此時轉動槳葉，將切面的螺距角降為合適的θ'，可以使新工況下的旋轉阻力F'和原工況下旋轉阻力F相等，這樣可以保證在轉速不變的情況下，保持馬力不變，使船舶在新工況下仍能發揮主機全部功率。
圖1 調距槳槳葉切面受力圖
當船舶速度上升時，如果主機轉速保持不變，螺旋槳的進速係數J則會上升,定距螺旋槳處於“輕載”狀態，不能充分利用馬力，如果此時主機轉速可以提高，則進速係數略為保持不變，主機與螺旋槳再次達到平衡時船速可以提升。此時若適當增加槳葉螺距，使F'=F，則不改變主機轉速也能充分發揮主機功率。
可見調距槳相對於定距槳，通過改變槳葉螺距來實現船舶不同工況的變化，在主機適用區保持主機—螺旋槳的最佳匹配，充分利用主機的功率，從而避免了螺旋槳“重載”以及“輕載”的情況，減少了主機調速次數，延長了主機使用壽命，同時節約了燃油消耗量。
圖2 調距槳轉速-螺距-航速曲線
相關專業術語
設計螺距：當槳葉具有製造圖紙規定的徑向螺距分布、剖面型值、葉輪廓和槳直徑等幾何特徵時，在0.7（弓形剖面為0.65）槳半徑剖面上的幾何螺距值。
零推力螺距：螺旋槳推力為零時的槳葉螺距（值）。通常情況下，零推力螺距是在環境較為平穩的外界環境下測得的，但是在實際航行工況中，由於風向、潮汐、水流等因素影響，原來調整到的零推力位置會出現隨不同海域、不同時段、不同人的感覺而不同的現象，且由於控制系統存在調整誤差，因此當螺距運行至零推力位置時，船舶有時會有前進或者倒退的趨勢。
螺距比：槳葉對應的面螺距P與直徑D之比P/D稱為螺距比。
全正車螺距：對應主機最大額定功率工況的槳葉螺距。
全倒車螺距：對應主機最大倒車功率工況的槳葉螺距。
特點
調距槳的優點非常明顯，包括在任何航行條件下均可充分利用主機的全部功率，在不改變主機轉速的情況下，可通過調節螺距適應船舶的各種航行狀態，提高其可操縱性、機動性；因船舶在前進、減速、後退等過程中可完全不改變主機的轉速及轉向，可使主機調速次數明顯減少，減輕了機械損耗，提高使用壽命，並且可以不用安裝換向裝置或者可逆轉的發動機；可以使用不帶補償裝置的軸帶發電機，提高軸帶發電機的效率，有利於節省機艙空間；相對於其他特種推進器，有更大的輸出功率和功率範圍；若使主機轉速與螺距比配合適當，船舶在一定時間內消耗的燃料最少，能夠有效提高船舶的續航能力及經濟性。
同時調距槳也存在相應的缺點，傳動機構及操縱機構相對複雜，保養及修理較複雜，成本較高；轂徑比較大，槳轂不易製成光順的流線型，故其效率相對於定螺距螺旋槳約低2%；為保證葉片的強度需求，葉根部分切面厚度較大，易產生空泡現象。
雖然調距槳的造價相對於定距槳來說更高，但是在港口航行、系泊時對主機的消耗更小，從而延長了柴油機的壽命，經濟性得到了補償。
可以看出，相對於定距槳，使用調距槳的船舶適應各種工況，可操控性更強，有良好的主機適配性。相對於轉向更加靈活的特種推進器如對轉槳和吊艙，調距槳能夠接受更高的功率，使其適用於各種馬力需求的船舶，目前國內水面特種推進裝置大多採用可調螺距螺旋槳。
可以看出調距槳一般適用於對靈敏性要求較高，需要經常停車、倒退的船舶，如拖船、輪渡等；航程遠且具有多種工況的船舶，如拖網漁船、破冰船等；軍艦等。
