可调桨及其市场研究报告 - 图文(2)

2019-08-03 10:53

中海船舶螺旋桨公司造出我国民企最大船用螺旋桨,可以提供最好的“关刀桨”。

1.1.3 螺旋桨理论发展

第一阶段:19世纪中叶 动量理论

Rankine和R.E.Froude提出了动量理论 , 并将其作为评估船用螺旋桨的分析手段 , 该理论也被认为是理想推进器理论。动量理论的重要意义在于解释了推进器产生推力的原因。 叶元体理论

在W.Froude的叶元体理论中:推进器被认为由几个单独的桨叶构成 , 同时这些桨叶又分成从导边至随边的连续的带。通过分析每一叶元体所受的力 , 以计算整个推进器的推力和转矩。 第二阶段:20世纪20年代至80年代

动量理论和叶元体理论这二个理论尽管发展得很好 , 但是它们没有很好地考虑桨叶数目的影响和为叶元体选择合适的升力和阻力值。 升力线模型

1927年,Prandtl等建立了机翼的升力线理论

1929年,Goldstein发表了螺旋桨涡流理论,提出最优环量分布理论。1952年,Lerbs提出了螺旋桨升力线理论。 第三阶段: 20世纪 80 年代至今 边界元法

边界元法的核心是格林函数。由于边界元法考虑的是叶表面而非平均的拱度面 , 因而可考虑到非线性厚度耦合的影响。同时 , 在螺旋桨导边和叶梢处 , 边界元法比涡格法具有更好的预测性。 考虑粘性流的计算流体动力学法

上述方法均假定流体是无粘性的,姑应用势流理论进行处理。世纪流体是粘性的,因此,基于粘性的RANS的计算流体动力学法被用于螺旋桨性能的预报。近年来,先进的商用RANSE程序可较为准确的预测螺旋桨敞水性能和压力分布。 近代船用螺旋桨设计

现代船用螺旋桨设计的关键问题是吸收最小的能量、提供最大的效率、减少船体震动和避免产生不利的空泡。因此,其设计是一个迭代过程。 一般而言 , 可采用以下四个设计步骤 :

第一步为螺旋桨初步设计。基于螺旋桨系列试验资料 , 如荷兰的 B 系列或日本的 MAU 系列 , 按最高效率进行螺旋桨主要参数如直径、叶数、盘面比和螺距比的选取。

第二步为螺旋桨详细设计。基于初步设计的结果, 通常采用升力线、升力面模型进行设计以决定叶剖面的具体几何形状 , 如弦长、拱度、厚度分布和螺距分布等。近年来 , 面元法也被用于详细设计。

第三步为螺旋桨的分析与计算。基于详细的几何形状 , 采用升力面模型或边界元法或计算流体动力学法来评价空泡性能、螺旋桨强度、轴承力和脉动压力等。如果分析计算中发现一些令人不满意的结果 , 螺旋桨应重新回到第二步设计 , 然后再次分析与计算。

第四步为螺旋桨最终设计。螺旋桨设计的结果由螺旋桨模型试验 , 如敞水试验、自航试验和空泡试验等验证并作最终修改设计。

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随着试验设施的改进,现代化的大型空泡水筒 , 如美国的 LCC、法国的GTH、韩国的 SCAT、中国的 LCT 和 德 国 的 HYKAT被广泛用于空泡试验。许多船用螺旋桨的制造企业 , 如德国的 MMG、英国的 Stone、荷兰的 Lips 和日本的 KAMOME 等都有自己的设计和分析软件。

1.2可调桨

1.2.1 可调桨定义

可调螺距螺旋桨即是桨叶螺旋面与桨毂可作相对转动的一种螺旋桨。它借助一套转叶机转动桨叶(曲柄连杆式、曲柄滑块式、曲柄销槽式)以达到改变螺旋桨螺距 H 的目的。对于桨径 D 一定的螺旋桨,则等于换了一个新的螺距比 H/D,其性能也就发生了变化。

1.2.2 可调桨工作原理

可调桨螺距调节机构,如图 2 所示。它主要是由工作液压缸内的工作活塞,在正/侧转油压作用下水平移动时,拉动桨叶上的偏心轴销作转动而工作的。可调桨其桨叶如图 3 所示。图中,叶片轴的中心线为 H-H 线,叶根部除中心轴(A)外,还有偏心销轴(B)。其二轴的偏心距为 R,油缸工作活塞在正车/倒车压力油作用下,作左右水平移动时,通过带动偏心轴(B)而使桨叶片作正向转动或倒向转动,从而实现桨叶的正螺距转动或倒螺距转动。可调桨内部结构,如图 4 所示。在可调桨的整个调节过程中,仅仅使螺距角转动(正转或倒转)一定的角度是较容易实现的;关键是当桨叶转过一定角度后,在这个角度要实现锁定,保持螺距角稳定不变,且当螺距角稍有偏差,即能自动纠偏才,是比较难以实现的。这就需要由一套有反锁随动的控制系统进行偏差调节来保证的。

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图 1 可调浆结构图

图2 可调浆的浆叶

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图 3 可调浆内部结构图

1.2.3 可调桨性能及应用特点

与一般的定距桨相比,调距桨具有十分显著的特点,它的优缺点如下: 优点:

(1)对航行条件适应性强:在航行条件改变的情况下,可以通过调节螺旋桨的螺距比 H/D,就可使主机保持发出最大功率的能力,因此船舶可获得较高的航速并获得较大的推力。

(2)动力装置的经济性好:相较于定距桨唯一的效率线,调距桨有一条最佳 n—H/D 匹配曲线,可以兼顾螺旋桨效率和主机燃油消耗率,获得较好的经济性。 (3)提高了船舶的机动性;除了靠改变主机转速调节船舶航速,还可以借助于螺旋桨叶片角度的改变,实现正车、倒车、停车以及航速变化,并且换向时间短、反向推力大、可实现船舶的无级调速。

(4)有利于驱动辅助负载:主机以恒定的转速运转,对使用轴带发电机或使用轴带设备的船舶非常有利。

(5)延长了发动机寿命:由于调距桨的变螺距功能,减少了主机起、停及改变转速的次数,以此减少了运动部件的磨损和受热部件的热疲劳损坏,大大延长主机的寿命,减少主机的维修时间和 维修费用。

(6)便于实现遥控:遥控系统功能强大、操作方便,驾驶员可以在驾驶台直接操纵控制手柄进行调距桨螺距的调节。 缺点:

(1)调距桨及轴系由于要安装螺距调节机构及遥控系统,因此构造复杂,造价

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比定距桨高;

(2)由于桨毂中的转叶机构零件尤其是运动部件多,可靠性不及定距桨;

(3)在相同情况下,调距毂部结构较定距桨复杂,使得其毂径比(d/D)较大,在相同的设计工况时,其效率要比定距桨低 1%~3%。

1.2.4 可调桨分类

1.3船舶动力装置分类

1.3.1 燃气轮机推进

走马灯是燃气轮机的雏形。它靠蜡烛在空气燃烧后产生的上 升热气推动顶部风车及其转轴上的纸人马一起旋转。现代燃气轮机发动机主要 由压气机、燃烧室和透平三大部件组成。当它正常工作时,工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热等四个工作过程而完成一个由热变功的转化的热力循环。

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