1、调距桨在渔船中的应用研究 摘 要：由 于 调 距 桨 具 有 的 优 越 性 ， 现 己 不 仅 仅 只 限 于 几 种 类 型 的 船 舶 采 用 调 距 桨 。 国 际 、 国 内 己 有 许 多 大 型 的 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 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 己 有 几 十 年 的 使 用 经 验 ， 调 距 桨 推 进 系 统 的 技 术 己 日 臻 完 善 ， 海 洋 、 江 河 、 湖 泊 里 的
2、 各 种 运 输 船 舶 常 常 采 用 此 种 推 进 系 统 。 关键词：调 距 桨 ； 渔 船 ； 螺 旋 桨 ； 优 化 1、渔船的简述 1.1、渔船的分类及工作特点 渔 船 是 进 行 鱼 类 捕 捞 、 加 工 、 运 输 以 及 渔 业 指 导 、 训 练 和 执 行 渔 政 任 务 等 的 船 舶 。 1.1.1、 渔 船 有 不 同 的 分 类 方 法 ： 1.1.1.1 按 作 业 水 域 分 为 海 洋 渔 船 和 淡 水 渔 船 ， 海 洋 渔 船 又 分 沿 岸 、 近 海 、 远 洋 渔 船 。 1.1.1.2 按 船 体 材 料 分 为 为 木 质 、 钢 质 、
3、 玻 璃 钢 质 、 铝 合 金 、 钢 丝 网 水 泥 渔 船 以 及 各 种 混 合 结 构 渔 船 。 1.1.1.3 按 推 进 方 式 分 为 机 动 、 风 帆 、 手 动 渔 船 。 1.1.1.4 按 渔 船 所 担 负 的 任 务 可 分 为 捕 捞 渔 船 和 渔 业 辅 助 船 两 大 类 。 1.1.2 渔 船 特 点 ： 1.1.2.1 多 数 捕 捞 船 只 的 船 型 较 小 ， 不 过 为 了 适 应 在 风 浪 中 连 续 航 行 和 作 业 ， 要 求 有 较 好 的 稳 定 性 、 耐 波 性 和 适 航 性 ， 结 构 需 要 特 别 牢 固 。 1.1
4、.2.2 作 业 期 间 载 重 量 变 化 较 大 。 1.1.2.3 船 用 设 备 要 求 结 构 性 能 可 靠 、 坚 固 耐 用 、 维 修 方 便 。 1.1.2.4 主 机 功 率 较 大 ， 相 对 速 度 较 高 。 1.1.2.5 除 配 置 一 般 船 用 设 备 外 ， 还 需 配 备 捕 捞 设 备 、 保 鲜 和 加 工 设 备 、 助 渔 和 导 航 设 备 等 ， 渔 舱 要 求 隔 热 设 施 性 能 好 。 1.2、 我 国 渔 船 发 展 情 况 ： 随着市场经济的不断深入和发展，我国渔业处于发展的良好机遇。渔船产业作为我 国渔业经济的分支，也开始在整个
5、渔业产业中慢慢兴起并逐渐发展壮大。近几十年来， 我国渔船产业取得了快速的发展，主要表现在以下3个方面: 1.2.1 渔船的数量增大和品种的多样性。 建国初期仅有几十条破旧机动渔船，设备极为简陋。经过几十年的建设，现已有机 动生产渔船54. 82 万艘( 2007 年末) ，737. 3 万吨，1 675. 7万千瓦, 处于世界前列。 渔船发展保障了渔业总量不断提高，同时还参加保卫海疆、反走私、海难救助等工作。 我国有28 万多艘各种尺度的渔船从事远洋渔业。作业海区包括北美、西非、南太平洋、 南亚等水域。在种类上，除流网船、围网船外，也建造了不少鱿鱼钓船。2001 年已有鱿 鱼钓船446艘，但近
6、年来鱿鱼钓船越造越大, 在三大洋作业的金枪鱼延绳钓船也已达26艘。 1.2.2 大力发展玻璃钢渔船。 在未来几十年将逐步被FRP（玻璃钢）渔船取代, 中国存在着巨大的FRP渔船市场, 农业部积极推进FRP渔船的发展, 正制定FRP渔船产业发展政策, 组织FRP渔船船型设计, 解决FRP舱室防水，防油施工技术, 提高材质防水、防老化及抗碰撞能力。 1.2.3 发展远洋渔船的迫切性。 我国海洋渔业捕捞量1999年为1497. 62万吨, 但沿海渔业捕捞量只有109. 7 万 t（1998 年为137. 3 万t ) , 传统鱼类已经大为减少, 如大黄鱼70年代占沿海捕捞量的 10%, 目前连1%
7、都不到。反之, 低质鱼如提鱼占海洋捕捞量的12%(1999 年为132万t ), 底拖资源已面临十分匮乏的局面, 加上目前中日、中韩、中越渔业协定的签订, 对我国 海洋渔业形成严重的冲击, 使每年近海的捕捞量下降1/2 , 全国有6 000 多渔船从过去 传统渔场撤出, 应该看到, 沿海乃至近海渔船已经饱和, 至于远洋渔业, 由于联合国 “海洋法公约”的实施, 大洋渔业已成为当今国际远洋渔业发展的潮流。 为 了 适 应 潮 流 的 发 展 ， 提 升 渔 船 的 推 进 性 能 ， 必 须 提 出 一 种 满 足 渔船工 作 状 况 多 变 性 的 螺 旋 桨 ， 目 前 常 采 用 可 调
8、螺 距 螺 旋 桨 作 为 渔 船 的 推 进 器 ， 并 装 有 助 推 器 以 合 理 利 用 主 机 功 率 ， 从 而 提 高 船 的 机 动 性 、 灵 活 性 和 转 向 性 能 。 1.3、当前渔船用螺旋桨调查 当前我国渔船大多吨位较小，使用年限较长，老化严重，普通螺旋桨占大多数，新 建造的船舶中普通桨的使用比重仍然较大，但在远洋渔船中调距桨所占比例开始加大。 1.4、各类螺旋桨特征 1.4.1 普通螺旋桨 建造相对简单，价格便宜，能够使用于大多数环境，敞水效率满足一定的要求。双 尾或多尾船在推进效率方面有较好的表现。 1.4.2 串 列 螺 旋 桨 优 点 ： 1） 与 其 他
9、 特 种 推 进 器 相 比 ， 构 造 简 单 ， 制 造 加 工 和 维 修 都 较 方 便 ； 2） 在 总 盘 面 比 相 同 的 情 况 下 ， 在 负 荷 较 轻 时 ， 串 列 螺 旋 桨 和 普 通 螺 旋 桨 具 有 最 佳 的 相 当 效 率 ， 但 串 列 螺 旋 桨 最 佳 直 径 约 小 8%。 在 中 等 负 荷 时 ， 串 列 螺 旋 桨 的 效 率 约 高 1.5%， 直 径 约 小 3%。 在直径受到限制时，串列螺旋桨的效率高于普通螺旋桨，限制直径 10%时，效率约高 3%，限制直径 20%时，则效率约高 6%；3 ） 外 界 负 荷 变 化 对 主 机 转
10、速 影 响 不 大 ， 主 机 功 率 发 挥 较 好 ； 4） 由 于 功 率 与 推 力 由 两 只 螺 旋 桨 分 担 ， 故 能 缓 和 由 推 进 器 引 起 的 尾 部 振 动 。 缺 点 ： 尾 轴 较 长 ， 重 量 较 大 ， 造 价 高 于 普 通 螺 旋 桨 。 由 于 多 工 况 的 船 舶 如 拖 轮 、 油 轮 ， 尤 其 是 直 径 受 限 制 的 浅 水 内 河 船 ， 采 用 串 列 螺 旋 桨 可 以 收 到 较 显 著 的 效 果 。 近 年 来 ， 由 于 船 舶 主 机 功 率 急 速 增 大 ， 推 进 器 负 荷 不 断 升 高 ， 空 泡 、 振
11、 动 问 题 更 加 突 出 ， 串 列 螺 旋 桨 渴 望 有 发 展 前 途 。 1.4.3 对 转 螺 旋 桨 对 转 螺 旋 桨 乃 讲 两 普 通 螺 旋 桨 分 别 装 于 同 心 之 两 轴 上 ， 以 相 反 方 向 旋 转 ， 在 一 定 负 荷 下 ， 对 转 螺 旋 桨 所 需 直 径 较 普 通 螺 旋 桨 小 ， 因 此 对 解 决 浅 吃 水 船 舶 的 推 进 问 题 具 有 一 定 的 意 义 。 但 对 转 螺 旋 桨 之 轴 系 构 造 极 为 复 杂 ， 制 造 工 艺 要 求 高 ， 造 价 和 维 修 费 用 也 贵 ， 故 未 能 得 到 广 泛 应
12、 用 。 1.4.4 喷 水 推 进 器 喷 水 推 进 器 是 利 用 水 泵 吸 水 并 向 船 后 喷 射 获 得 水 的 反 作 用 力 而 推 船 前 进 的 ， 喷 水 推 进 器 在 高 速 艇 上 其 效 率 可 以 与 螺 旋 桨 相 匹 敌 。 因 而 喷 水 推 进 在 高 速 艇 及 低 噪 声 推 进 船 上 得 到 日 益 广 泛 的 应 用 。 1.4.5 吊 舱 式 推 进 器 由 于 推 进 系 统 本 身 完 全 包 含 在 吊 舱 内 ， 船 身 主 体 省 去 了 轴 支 架 、 尾 柱 等 附 体 ， 原 动 机 及 发 动 机 组 在 船 内 可 以
13、 比 较 灵 活 自 由 布 置 ， 尾 轴 、 减 速 齿 轮 以 及 传 动 轴 系 等 都 可 省 去 ， 因 而 提 高 了 舱 容 。 此 外 在 船 上 不 再 需 要 舵 及 侧 推 器 等 操 纵 装 置 。 与 传 统 的 螺 旋 桨 推 进 方 式 相 比 ， 吊 舱 式 推 进 器 在 船 舶 设 计 、 制 造 及 维 修 等 方 面 有 很 多 优 点 ， 因 而 发 展 相 当 迅 速 ， 使 用 日 益 广 泛 。 2、调距桨的发展及特征 2.1、调距桨的研究现状 1.1.1 国外研究现状 调 距 桨 作 为 一 种 特 殊 的 螺 旋 桨 在 国 外 出 现 己
14、 经 有 几 十 年 的 历 史 了 ， 随 着 船 舶 制 造 技 术 以 及 其 它 相 关 技 术 的 发 展 ， 其 生 产 技 术 随 之 不 断 发 展 进 步 。 但 调 距 桨 及 轴 系 由 于 要 安 装 螺 距 调 节 机 构 及 遥 控 系 统 ， 因 此 其 构 造 及 毅 部 结 构 较 复 杂 ， 相 应 的 设 计 制 造 工 艺 也 受 到 液 压 等 相 关 行 业 发 展 情 况 的 制 约 ， 因 而 在 各 国 的 发 展 不 太 均 衡 。 欧 洲 一 些 国 家 在 这 方 面 的 研 究 工 作 开 展 得 较 早 ， 不 少 大 公 司 都 有
15、 较 为 成 熟 的 调 距 桨 遥 控 系 统 及 其 配 套 产 品 ， 如 KAMEWA、 SCHOTEIL、 WARTSILA、 MAN 一 B 瑞 典 Berg 公 司 的 ERC3000 调 距 桨 控 制 系 统 ， 基 于 PLC 微 处 理 器 技 术 ， 适 用 于 各 种 船 型 的 调 距 桨 ; 丹 麦 伦 索 公 司 的 PCS2100 推 进 控 制 系 统 ， 用 于 对 连 接 到 二 冲 程 低 速 柴 油 机 或 四 冲 程 中 速 柴 油 机 的 调 距 桨 推 进 系 统 进 行 遥 控 ; 荷 兰 JohnCrane 一 Lipe 公 司 的 llP
16、sTRoNIC 系 列 遥 控 系 统 ， 用 于 遥 控 装 备 调 距 桨 的 侧 推 器 、 方 位 角 推 进 器 以 及 主 推 进 装 置 ; 挪 威 Kongsberg(即 原 来 的 Norcontrol)公 司 的 AutoChie 件 型 遥 控 系 统 ， 用 于 对 与 低 速 柴 油 机 相 连 的 调 距 桨 系 统 进 行 遥 控 网 。 1.1.2 国 内 研 究 现 状 我 国 于 八 十 年 代 中 期 开 始 引 进 国 外 的 调 距 桨 生 产 技 术 。 苏 州 船 用 机 械 厂 引 进 了 KAMEWA(现 已 被 ROLLsRoYCE 公 司
17、并 购 )公 司 的 调 距 桨 技 术 ， 生 产 的 系 列 产 品 如 KL40/3 一 ST 调 距 桨 电 液 遥 控 系 统 取 得 了 船 级 社 的 认 可 ， 并 经 过 了 实 船 运 行 的 考 验 。 SCHOTTEL 公 司 也 在 我 国 成 立 了 肖 特 尔 推 进 器 有 限 公 司 ， 专 门 从 事 调 距 桨 的 研 制 生 产 。 但 国 内 从 事 调 距 桨 研 究 的 科 研 机 构 及 人 员 较 少 ， 八 十 年 代 中 期 ， 大 连 海 事 大 学 的 郭 晨 教 授 曾 经 做 过 基 于 单 片 机 的 调 距 桨 遥 控 系 统
18、的 仿 真 研 究 ； 九 十 年 代 中 期 ， 上 海 交 通 大 学 曾 在 建 立 三 轴 燃 气 轮 机 及 调 距 桨 推 进 装 置 的 实 时 仿 真 模 型 的 基 础 上 ， 采 用 MIRAGE 并 行 数 字 仿 真 工 作 站 进 行 了 全 数 字 实 时 仿 真 ;九 十 年 代 末 期 ， 华 东 船 舶 工 业 学 院 的 科 研 人 员 采 用 MC68705R3 单 片 机 开 发 出 了 调 距 桨 螺 距 控 制 系 统 ， 并 进 行 了 实 时 仿 真 ， 但 离 实 船 的 推 广 应 用 还 有 一 定 的 距 离 。 总 体 上 来 讲 ，
19、由 于 起 步 较 晚 ， 加 上 我 国 在 此 方 面 的 工 作 开 展 得 较 少 ， 调 距 桨 生 产 技 术 基 本 上 都 是 引 进 国 外 的 专 利 ， 配 套 的 控 制 系 统 则 基 本 上 是 从 国 外 引 进 技 术 生 产 或 干 脆 直 接 采 用 国 外 产 品 ， 因 此 相 对 于 国 外 特 别 是 北 欧 等 先 进 国 家 而 言 显 得 较 为 落 后 。 现 有 的 调 距 桨 控 制 系 统 大 多 采 用 非 CPU 的 芯 片 甚 至 分 立 元 器 件 构 成 ， 仅 相 当 于 国 外 60、 70 年 代 的 水 平 ， 个 别
20、 工 程 船 采 用 计 算 机 及 PLC 控 制 技 术 ， 在 控 制 结 构 、 功 能 、 性 能 等 方 面 接 近 或 达 到 国 外 90 年 代 先 进 水 平 。 采 用 计 算 机 控 制 技 术 实 现 调 距 桨 螺 距 闭 环 控 制 也 己 取 得 一 定 进 展 。 随 着 现 代 船 舶 向 高 速 化 、 大 型 化 、 高 度 自 动 化 方 向 发 展 ， 采 用 调 距 桨 的 优 点 显 得 更 为 突 出 ， 在 其 使 用 范 围 日 益 广 泛 的 今 天 ， 我 国 调 距 桨 的 发 展 现 状 显 然 与 此 不 相 称 ， 还 需 要
21、我 们 这 代 人 加 快 步 伐 。 2.2、调距桨的工作原理 在 理 想 螺 旋 桨 的 理 论 中 ， 忽 略 离 心 力 及 尾 流 收 缩 的 影 响 ， 可 得 到 水 流 相 对 于 叶 元 体 的 速 度 三 角 形 和 叶 元 体 上 的 作 用 力 ， 如 图 2.1 所 示 。 在 正 常 的 情 况 下 ， 叶 元 体 进 速 为 J， 转 速 为 n， 半 径 r 处 叶 切 面 的 螺 距 角 为 ， 水 动 力 角 为 。 根 据 机 翼 理 论 ， 流 体 的 合 速 度 方 向 与 弦 线 成 角 流 人 叶 元 体 时 ， 叶 元 体 将 产 生 垂 直 于
22、 合 速 度 方 向 的 升 力 L， 同 时 ， 也 将 产 生 翼 型 阻 力 D。 其 合 力 可 分 解 为 平 行 于 螺 旋 桨 轴 线 的 推 力 T， 推 动 船 舶 前 进 ， 以 及 垂 直 于 螺 旋 桨 轴 线 的 旋 转 阻 力 F。 图 2.1 叶 元 体 速 度 三 角 形 当 船 舶 由 于 某 种 原 因 而 减 速 时 ， 叶 元 体 上 进 速 变 为 J， 若 保 持 主 机 转 速 不 变 ， 叶 切 面 的 螺 距 角 不 变 ， 来 流 攻 角 则 加 大 为 ， 旋 转 阻 力 亦 随 之 增 加 ， 因 而 只 能 降 低 转 速 来 增 加
23、水 动 力 角 ， 从 而 达 到 新 的 平 衡 ， 此 时 螺 旋 桨 处 于 重 载 状 态 ， 如 图 2.2 所 示 。 图 2.2 重 载 状 态 下 ， 叶 元 体 速 度 三 角 形 的 变 化 由 于 调 距 桨 可 转 动 叶 片 ， 使 该 切 面 处 的 螺 距 角 减 小 为 ， 可 使 新 工 况 下 所 需 要 的 旋 转 阻 力 与 设 计 状 态 下 的 旋 转 阻 力 相 等 ， 如 图 2.3 所 示 。 这 样 在 转 速 不 变 的 情 况 下 主 机 功 率 亦 保 持 不 变 ， 所 以 调 距 后 的 螺 旋 桨 既 适 应 了 新 的 航 行
24、状 态 ， 又 能 使 主 机 发 挥 全 部 的 功 率 。 相 反 ， 当 螺 旋 桨 轻 载 时 ， 在 保 持 转 速 不 变 的 情 况 下 ， 适 当 增 加 桨 叶 的 螺 距 ， 也 能 充 分 发 挥 主 机 的 功 率 。 图 2.3 重 载 状 态 下 ， 可 调 桨 叶 元 体 三 角 形 的 变 化 2.3、调距桨的特征及应用 2.3.1 调距桨的基本工作特性 1船船在任何工况下均能保持主机的最佳工况。当螺旋桨的转速n和直径D确定下来， 要在任何阻力下保持航速一定，只要配以一定的螺距比HD，就可保持扭转系数Kq，D不 变，从而使Kf=常数，保持主机在额定工况下运行。
25、2用不同的转速n和螺距比HD相配合，可得到所需要的船舶航速。通过合理的搭 配n和HD都能得到给定航速的推力。 3保持螺旋桨转速n不变，改变螺距比HD可使船舶具有不同的航速，即从正车最 大航速到倒车最大航速。当把桨叶置于零螺距位置时，主机仍以一定的转速运转，而船 舶在原处不动；又当桨叶转到负螺距位置时，可使主机在不变转速和航向的情况下，使 船舶实现倒航。 这些是调距桨的三个基本特性。 2.3.2 调距桨与定距桨的比较 普通的定距桨螺距不变，因此只有一组工作特性曲线；而调距桨的桨叶螺旋面与桨 毂可作相对转动，通过转动桨叶可以改变螺距，进而改变其工作特性曲线，因此一只调 距桨相当于无穷多个相同外径不
26、同螺距的定距桨。 调距桨对定距桨具有以下优点： 1对船舶航行条件的适应性强：不论船舶航行的阻力因素如何变化，只要适当调节 其螺距，可使螺旋桨的转矩不变，这样主机可以持续发出额定功率，并维持在额定转速 下运转。 2动力装置的经济性好： 调距桨每改变一次螺距就会有一条效率曲线，每条效率曲线都有一最高效率 值，沿着各条效率曲线最高值的包络线运行时，其效率比偏离设计工况的定距桨 效率要高，因此采用调距桨对于不能总是运行在设计工况下的船舶而言是切实有 效的推进方案。 3船舶的机动性提高： 船舶采用调距桨时，船速可通过主机转速和螺距两个参数的调节来完成；船 舶的前进、后退可通过螺距角的正、负变化来完成。这
27、样即在以下三个方面提高了船舶 的机动性： (1)螺距角的正、负转变换比主机换向迅速，尤其在船速较高时这一点体现得更明显； (2)调距桨船比定距桨船提供更大的反向推力； (3)船舶可进行无级调速。 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有利于主机驱动辅助负荷： 调距桨船舶可通过调节螺距使主机以恒速运转，这样有利于主机驱动轴带负荷(如轴 带发电机等)。例如某些工程船(如挖泥船、消防船等)在满载航行时或奔赴火区时，主机 功率全部供给螺旋桨以全速前进，而达到工作区后主机的大部分功率则用于驱动消防水 泵等辅
28、助设备。 5延长了发动机的寿命： 调距桨船舶可通过改变螺距的正负来改变螺旋桨推力和方向，使主机转速可以固定 在最适当的位置，大大减少了主机起、停次数，使得运动部件的磨损及受热部件的热疲 劳损坏程度降低。对两艘完全相同仅螺旋桨不同的姊妹船的统计表明：在完全相同的航 次、航程中，定距桨主机启动次数为2500次以上，而调距桨主机启动次数为102次，相差 了近25倍，对船舶寿命影响的差别可见一斑。 6便于简化遥控系统： 柴油机的换向和启动遥控系统比调距桨遥控系统要复杂，调距桨可以在柴油 机不停的情况下进行各种机动操作，因此船舶操纵系统在采用调距桨时更容易实 现。对于多桨船舶，由驾驶台直接操纵螺距，不仅
29、可以达到各桨之间的匹配和同 步，机动性也能大大提高。随着现代化船舶自动化程度的越来越高，采用调距桨 更便于集控和遥控，可以说是很好地顺应了这一发展趋势。 调距桨也有一些其固有的缺点，如造价和初装费用较高、可靠性不及定距桨、额定 工况下的效率稍低、桨叶根部易发生空泡等，但从总体上来说，调距桨与定距桨相比， 具有航行条件适应性强和动力装置的综合经济性好等优点。调距桨具有如此多的优点， 以至其使用的越来越广泛。其使用的范围已从最初的军舰扩展到商船、民用船舶，使用 的船型包括集装箱船、游艇、班轮、拖轮以及消防船、破冰船和挖泥船等各式各样的工 程船舶。仅以渤海地区黄金水道为例：往返于大连与烟台的客轮中有
30、多艘采用调距桨， 如“棒糙岛”、“海洋岛”等建造于九十年代的船舶都是如此；烟台救捞局的多艘拖轮 也装备了JohnCraneLips生产的LIPSIRONICa调距桨遥控系统。但是由于我国的调距桨 生产使用以及维护保养的整体水平不高，加之船员素质参差不齐以及对其不太熟悉，采 用调距桨的推进装置经常出现各种故障。装备调距桨的推进装置是船上比较容易出现故 障的部分，而很多故障的出现都是由于不熟悉及操作不当造成的。 2.3.3 调 距 桨 应 用 从 上 述 调 距 桨 的 工 作 原 理 及 所 具 有 的 诸 多 优 越 性 来 看 ， 一 般 而 言 ， 下 列 几 种 类 型 的 船 舶 宜
31、采 用 调 距 桨 推 进 系 统 : 1.对 灵 敏 度 要 求 较 高 ， 需 要 经 常 灵 活 地 前 进 、 停 止 及 倒 退 的 船 舶 ， 如 港 作 的 拖 轮 ， 车 客 渡 船 、 海 洋 调 查 船 等 ; 2.对 航 程 较 远 、 具 有 多 种 工 况 的 船 舶 。 如 拖 网 渔 船 、 捕 鲸 船 等 ; 3.对 一 些 专 用 的 工 程 船 舶 ， 加 布 缆 船 、 消 防 船 等 ; 4.对 水 域 情 况 变 化 较 大 ， 航 道 复 杂 、 桥 孔 较 多 的 内 河 运 输 船 舶 ， 如 长 江 、 运 河 的 船 舶 及 船 队 。 然
32、而 ， 由 于 调 距 桨 具 有 的 优 越 性 ， 现 己 不 仅 仅 只 限 于 上 述 几 种 类 型 的 船 舶 采 用 调 距 桨 。 国 际 、 国 内 己 有 许 多 大 型 的 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 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 己 有 几 十 年 的 使 用 经 验 ， 调 距 桨 推 进 系 统 的 技 术 己 日 臻 完 善 ， 海 洋 、 江 河 、 湖 泊 里 的 各 种 运 输
33、船 舶 常 常 采 用 此 种 推 进 系 统 。 如 美 国 的 密 西 西 比 河 、 欧 洲 的 莱 茵 河 、 俄 罗 斯 的 伏 尔 加 河 及 北 非 的 尼 罗 河 均 有 采 用 此 种 推 进 系 统 的 运 输 船 舶 和 推 拖 船 队 。 装 有 调 距 桨 推 进 系 统 的 船 舶 ， 特 别 是 推 拖 船 队 ， 在 停 靠 码 头 、 过 桥 孔 、 过 船 闸 以 及 经 过 复 杂 的 航 道 等 情 况 下 ， 更 显 示 出 操 纵 性 好 ， 安 全 可 靠 的 特 性 。 3、当前调距桨使用状况分析 3.1 当前调距螺旋桨没能实现人们预期设想的主要
34、原因 (1)桨毂中的转动机构及整套操纵机构复杂，保养与修理相当的繁琐困难； (2)毂径比较大，且因配合叶片转动的需要，桨毂不易制成光顺的流线形，故在设计 工况下，其效率较定螺距螺旋桨约低34； (3)因叶片转动及保证强度的需要，叶根部分切面的厚度比较大，易产生空泡现象； (4)要实现精确地控制可交的螺距角并保持当前螺距角，以达到适应当前工况的要求， 相当的困难； (5)造价较高。 因此在为多工况船舶选取螺旋桨的型式时，应权衡利弊，结合实际情况，选取最适 宜的螺旋桨型式，否则可能会得不偿失。 3.2 目前渔船使用状况分析 我 们 知 道 ， 要 想 充 分 发 挥 螺 旋 桨 的 效 率 必 须
35、 要 做 到 船 、 机 、 桨 的 相 互 配 合 。 在 此 ， 船 体 型 线 的 设 计 和 主 机 的 选 取 非 常 重 要 ， 船 体 型 线 的 设 计 在 此 不 作 论 述 ， 就 当 前 我 国 渔 船 主 机 使 用 情 况 存 在 的 问 题 做 一 下 分 析 ： 根据调研结果，我国目前渔船已使用5年以上的占80% , 已使用10年以上的占54%。 实际应用的渔船及配套柴油机老化现象严重, 10年前甚至20年前生产的淘汰机型仍在现 有渔民用户中占有一定比例。这使得柴油机和螺旋桨之间的配合不理想，不能充分发挥 螺旋桨的效率。同时由于上述淘汰机型的燃油耗率一般都高于目前
36、新型柴油机油耗率 15%。机器的老化使得油耗率进一步上升。随着国际油价的逐步攀升和地球环境的日益恶 化, 鼓励渔民更新老旧柴油机, 采用新型节能渔用柴油机已成为必要的选择。 4、调距桨系统的优化 渔业船舶的动力装置配置问题是我国渔业节能工作的一个重要课题。当前, 在我国 海洋渔业中, 这一问题尤为突出, 主要原因是: (1) 渔业船舶动力装置( 主机) 性能与 日本等发达国家相比, 存在一定差异; (2) 我国群众渔业船舶在设计、制造上还比较落 后,缺少详细的渔船设计资料;(3) 渔业船舶螺旋桨制造无据可循, 加工工艺落后;(4) 我 国近海渔业资源严重衰退, 传统作业方式发生改变, 大量渔船
37、进行了改造。这些原因造 成了船机桨匹配不尽合理, 渔船主机功率得不到充分发挥, 制约了渔业生产的发展, 而且增加了渔船的能耗。随着国际市场石油价格的持续上涨, 国内渔用柴油的价格也飞 速上涨, 使渔捞成本大为增加, 渔业生产陷入了低谷, 面临着极为严峻的形势。在渔业 船舶中, 拖网渔船占有重要的地位, 其动力装置的优化配置就是一个典型的课题。作为 设计一艘新型拖网渔船来说, 除了船型满足生产作业要求外, 渔船的动力装置的优化配 置, 包括主机功率的选择、减速齿轮箱速比的选择, 不仅和航行性能、拖网拖力性能等 相关, 而且应该是高效、节能的。传统上, 对渔业船舶动力装置的合理配置研究需要查 阅大
38、量的图谱、完成大量的计算, 实际上这是很难的。在此，我通过数据对比并得出一 个结论：主机功率的增大对某一船型的渔船来说, 会使航速增大, 或者拖网拖力增大。 但是从节能的观点来讲, 动力装置还有一个最佳的优化配置问题。 4.1 不同主机功率配置下的自由航行航速及系柱拖力的计算 当螺旋桨的转速范围选定后, 可根据一组不同的主机功率来按自由航行工况和拖网 工况来计算螺旋桨参数, 如直径、螺距等, 同时也可计算该船的自由航速及相应拖网工 况下的系柱拖力等。在此,以450r/ min 的螺旋桨转速为例, 在不同的主机功率和不同设 计工况下, 其系柱拖力和自由航速如图3所示。从图中可以清楚地看到, 随着
39、主机功率的 增大, 航速和拖力也随之增加, 但是显然不是成正比的: 例如主机功率从550 马力增大 至600 马力, 功率会增大9% , 自由航速仅增加1. 66%; 当主机功率从600 马力增大至 650 马力, 即功率增大8. 3% , 而自由航速仅增加1. 5% 。可见, 航速随功率增大而增 加的增幅越来越小, 其原因是, 船舶的阻力与航速之间呈指数函数关系( 系柱拖力与功 率近似正比, 见下图) 。因此, 主机功率的选择有一个原则: 对自由航行来说, 只要达 到某一设计航速, 那就很容易确定主机功率的选择范围。例如, 若要求本渔船自由航速 达到12kn, 那么很显然, 主机功率应选择为
40、600 马力左右。一般来讲, 主机的功率要稍 微带些余量, 这一方面因为, 若按自由航行设计的话, 相应的自由航速是最大值; 另一 方面还要考虑储备功率以及拖网拖力。从拖网拖力指标考虑, 如果要求本渔船的系柱拖 力达到7200kgf , 很显然, 此时的主机功率也应选择在600 马力, 而且, 设计要兼顾两 者, 即按折衷工况来进行, 否则, 若单按自由航行工况设计, 航速虽能达到12. 2kn, 但 系柱拖力仅能达到7000kgf。 综上所述，在选择渔船的动力装置及合理设计推进装置的整个过程是一个系统工程， 既要考虑船型，又要考虑船的性能。如航速、拖力等指标。最重要的是主机的功率配置 应当留
41、有适当余地，同时又是最为经济、节能的主机。另外还要重视设计螺旋桨过程， 因为螺旋桨实质上是一个能量转换器，它的作用是非常重要的，尤其是对多工况船舶的 拖网渔船来讲，一定要做到设计工况合理，既照顾自由航速，又要考虑到拖网拖力，尽 可能使用低转速大直径的推进装置。 5、总结 本文通过介绍当前渔船的使用情况以及调距螺旋桨的应用状况，提出了在渔船上使 用调距螺旋桨的必要性。由于现有数据的匮乏，对调距螺旋桨的使用情况还只能作一个 定性的分析判断。本文虽然没有特别深奥的理论知识，但从各个方面论证了调距桨在渔 船上使用的优势。在文章最后对船机桨的匹配及优化问题作了论述。由于本人课外 任务较多，没有充分的时间
42、对本文进行更进一步的完善，希望在今后的学习中能够再充 实这方面的知识。 参考文献 1 宋秋红、夏泰淳、张健、李文涛、王勇强. 渔船动力装置优化配置的研究.造船技术. 2007. 2 3 4胡明靖等.围网渔船起网时受力的实测与分析.水产学报，1991，15(1):17 一 25. 5高键，李众.基于单片机技术的调距桨螺距控制系统.江苏:华东船舶工业学院学报(自 然科学版)，2002(6):60 一 62. 6杨晓丹.调距桨的一种机桨联合优化控制方法.上海:船舶工程，2003(l):33 一 34. 7建样.提高调距桨及其控制系统的性能.航海科技动态，1999(10) 8詹志刚，喻英.船舶主推进系统机桨匹配设计工况的优化选择.江苏船舶，2000(5) 9盛振邦，刘应中.船舶原理(下).上海:上海交通大学出版社，2004 10 H Ying A nonlinear fuzzy controller with linear control rules. Automatiea，29(2)1993 11 LIPS Transverse Tunnel Thrusters
