浅谈螺旋桨专题培训课件

浅谈螺旋桨PPT讲座螺旋桨的外形及名称l螺旋桨俗称车叶；l螺旋桨通常装于船的尾部(但也有一些特殊船只在首尾部都装有螺旋桨,如港口工作船及渡船等)；l单螺旋桨船（single-screwship：在船尾部中线处安装；l双螺旋桨船（twin-screwship：在中线左右各一桨；l也有3桨、4桨乃至5桨者。螺旋桨的外形及名称l螺旋桨通常由桨叶和桨毂构成螺旋桨的外形及名称l螺旋桨通常由桨叶（blade）和桨毂（propellerhub)构成•叶面---由船尾后面向前看时所见到的螺旋桨桨叶的一面；另一面称为叶背。•叶根---桨叶与毂联接处；•叶梢---桨叶的外端。•导边（leadingedge）---螺旋桨正车旋转时桨叶边缘在前面者；另一边称为随边（trailingedge）。螺旋桨的外形及名称螺旋桨的外形及名称螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征p桨叶的叶面通常是螺旋面的一部分l线段ab与轴线OO1成固定角度,并使ab以等角速度绕轴OO1旋转的同时以等线速度沿OO1向上移动,则ab线在空间所描绘的曲面即为等螺距螺旋面。l线段ab称为母线,母线绕行一周在轴向前进的距离称为螺距,以P表示。螺旋面的形成螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征l根据母线的形状及与轴线间夹角的变化可以得到不同形式的螺旋面；l母线为一直线且垂直于轴线,则所形成的螺旋面为正螺旋面如图(a)。l母线为一直线但不垂直于轴线,则形成斜螺旋面,如图(b)所示。l当母线为曲线时,则形成扭曲的螺旋面,如图（c及图(d)。螺旋面的几种形式螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征螺旋线及螺距三角形l母线上任一固定点在运动过程中所形成的轨迹为一螺旋线。任一共轴之圆柱面与螺旋面相交的交线也为螺旋线(图a)表示半径为R的圆柱面与螺旋面相交所得的螺旋线BB1B2；l将圆柱面展成平面,则此圆柱面即成一底长为2πR高为P的矩形,而螺旋线变为斜线(矩形的对角线),此斜线称为节线。三角形B'B''B2″称为螺距三角形,节线与底线间的夹角θ称为螺距角。螺距角可由下式来确定:tanq=p二、螺旋桨的面螺距l螺旋桨桨叶的叶面是螺旋面的一部分,故任何与螺旋桨共轴的圆柱面与叶面的交线为螺旋线的一段,如图中的B0C0段。l将螺旋线段B0C0引长且环绕轴线一周,则其两端之轴向距离等于此螺旋线的螺距P。若螺旋桨的叶面为等螺距螺旋面之一部分,则P即称为螺旋桨的面螺距;l面螺距P与直径D之比P/D称为螺距比;l将圆柱面展成平面后即得螺距三角形,如图(c)。螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征l节线与底线之间的夹角θ为半径r处的螺距角:螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征（r：圆柱面的半径）螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征l螺旋桨某半径r处螺距角θ的大小,表示桨叶叶面在该处的倾斜程度。lr愈小则螺距角θ愈大。图(a)表示三个不同半径的共轴圆柱面与等螺距螺旋桨桨叶相交的情形,其展开后的螺距三角形如图(b)所示，r1r2r3,而θ1θ2θ3。螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征l弦长（chordlength）一般有内弦和外弦之分。连接切面导边与随边的直线AB称内弦,图中所示线段BC称为外弦。l对于系列图谱螺旋桨来说,通常称外弦为弦线,而对于理论设计的螺旋桨来说,则常以内弦(鼻尾线)为弦线。切面的几何特征(a)机翼形;(b)弓形1-面线;2-背线;3-导缘;4-随缘;5-拱线;6-导缘端圆螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征b---弦长；t---最大厚度；δ=t/b---切面的相对厚度比或叶厚比；拱线（中线）---切面的中线或平均线；fM---切面的拱（camber，拱线到内弦线的最大距离）；f=fM/b---切面的拱度比。螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征四、桨叶的外形轮廓和叶面积l桨叶的外形轮廓可以用螺旋桨的正视图和侧视图来表示。从船后向船首所看到的为螺旋桨的正视图,从船侧看过去所看到的为侧视图。桨叶的外形轮廓l桨叶参考线或面参考线OU；l纵斜角：参考线与轴线的垂线成某一夹角ε(一般ε15度)；l纵斜：OU在轴线上的投影长度zR；螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征l投射面比=AP/Ao(Ao为盘面积)；l对称叶形、不对称叶形：不对称桨叶的叶梢与参考线间的距离XS称为侧斜,相应之角度θS为侧斜角；l桨叶在平行于包含轴线和辐射参考线的平面上的投影称为侧投影。l桨叶在垂直于桨轴的平面上的投影称为正投影,其外形轮廓称为投射轮廓，其投射面积AP。螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征l最大厚度线与参考线OU之间的轴向距离t表示该半径处叶切面的最大厚度。l与桨毂相连处的切面最大厚度称叶根厚度(除去两边填角料)。l辐射参考线与最大厚度线的延长线在轴线上交点的距离t0与直径D之比值t0/D称为叶厚分数。工艺上往往将叶梢处的桨叶厚度做薄呈圆弧状,为了求得叶梢厚度,须将桨叶最大厚度线延长至梢径。螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征l螺旋桨桨毂的形状一般为圆锥体,在侧投影上可以看到其各处的直径并不相等。通常所说的桨毂直径(简称毂径)是指辐射参考线与桨毂表面相交处(略去叶根处的填角料)至轴线距离的两倍,并以d来表示(参阅图2-11a)。毂径d与螺旋桨直径D的比值d/D称为毂径比。l将各半径处共轴圆柱面与桨叶相截的各切面展成平面后,以其弦长置于相应半径的水平线上,并光顺连接端点所得之轮廓称为伸张轮廓。螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征l螺旋桨各叶伸张轮廓所包含的面积之总和称为伸张面积,以AE表示。伸张面积AE与盘面积Ao之比称为伸张面比,即伸张面比=AE/Aol将桨叶叶面近似展放在平面上所得的轮廓称为展开轮廓,如图虚线所示。各桨叶展开轮廓所包含面积之总和称为展开面积,以AD表示。展开面积AD与盘面积Ao之比称为展开面比,即展开面比=AD/Aol螺旋桨桨叶的展开面积和伸张面积极为接近,故均可称为叶面积,而伸张面比和展开面比均可称为盘面比或叶面比。盘面比的大小实质上表示桨叶的宽窄程度,在相同的叶数下,盘面比愈大,桨叶愈宽。螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征船用螺旋桨是驱动船前进的一种盘形螺旋面的推进装置。由桨叶及与其相连结的桨毂构成。常用的是三叶、四叶和五叶。包括单体螺旋桨、导管螺旋桨、对转螺旋桨、串列螺旋桨、可调螺距螺旋桨、超空泡螺旋桨、大侧斜螺旋桨等。常见螺旋桨介绍船用螺旋桨多由铜合金制成．也有铸钢、铸铁、钛合金或非金属材料制成。日本推出全球首台商船用塑料螺旋桨这台碳纤维加强塑料（CFRP）螺旋桨于2014年5月由日本Koa工业公司安装至日本SowaKaiunYK公司的“TaikoMaru”号499GT化学品油船上。重量超轻，具有与铝青铜材料相同的强度。由于重量轻，螺旋桨轴能以更小的直径建造，从而显著减少重量和燃料成本。常见螺旋桨介绍可调螺距螺旋桨（CPP）对转螺旋桨（CRP）可调螺距螺旋桨：利用设置于浆榖中的操作机构能使桨叶绕垂直于桨轴的轴线转动以改变其角度（螺距）。在不同航行状态时，主机均能充分发挥功率和转速。①灵活地前进、停车及倒退②多工况，适用于载荷变化大的船③节能对转螺旋桨：把两只普通螺旋桨分别装于两根同心轴上，并以等速或不等速反向转动。①效率高②扭转力矩小③利于避免空泡常见螺旋桨介绍导管螺旋桨大测斜螺旋桨潜艇大侧斜7叶螺旋桨推进器泵喷推进器KDX-3驱逐舰5叶大侧斜可调螺距螺旋桨导管螺旋桨：在螺旋桨外围加上一个环形套筒而成，套筒的剖面为机翼型或折线型。①提高重载螺旋桨效率②提高操纵性能③盘面处水流受船速变化的影响小④纵摇小⑤保护螺旋桨减缩式导管渐扩式导管桨叶后倾角比较大，利于降噪，潜艇中应用广泛常见螺旋桨介绍吊舱式推进器Azipod(“吊舱式电力推进系统”)于1990年由ABB和芬兰KvaernerMasa-Yards船厂联合推出，作为世界上第一种安装在船体外部可以旋转的吊舱内的推进系统，Azipod掀开了船舶技术新篇章。Azipod是一种安装在吊舱内的电驱动螺旋桨推进系统。吊舱能够围绕连接船体的垂直轴旋转360°，产生指向任意方向的推力，从而让船舶具备良好的操纵性能。ABB吊舱式全电力推进系统（Azipod）、劳斯莱斯和阿尔斯通联合研制的Mermaid（美人鱼）吊舱式推进器、西门子-肖特尔吊舱式双螺旋桨推进系统（SSP）等已成功地在豪华游轮、专用油轮、破冰船、近海船和工程船上得到广泛使用常见螺旋桨介绍ABB吊舱式全电力推进系统（Azipod）劳斯莱斯和阿尔斯通联合研制的Mermaid（美人鱼）吊舱式推进器Azipod主要包括吊舱和螺旋桨两部分，其中，吊舱由支架悬挂在船体的下面，可以全方位旋转，推进电机置于吊舱里面，电机转子就是螺旋桨的轴，定子则固定在吊舱壳体上。吊舱可以360度旋转，并在任意方向产生推进力，省去了传统推进器的舵和侧推装置，提高了船舶的机动性；同时，船舶的推进系统和转舵装置集为一体，节省了船舱内的空间。常见螺旋桨介绍吊舱式推进器的主要特点如下：（1）整体效率高；（2）操纵性能好。推进器可在360°范围内旋转，极大地提高了船舶的操纵性和机动性；配合船艏侧推器，吊舱式推进器可使船舶完成原地回转、横向平移、精确定位等一般推进器难以完成的操作；（3）噪声低、振动小，吊舱式推进器与常规桨相比可得到更均匀的进流，明显降低振动及噪声水平,能够提高舰船隐身性能；（4）采用吊舱式推进器的船舶能够简化许多复杂的机械装置，使可靠性得到了极大的提高；（5）采用吊舱式推进器可以重新优化尾部线型，可以充分利用机舱舱容，使船体设计，尤其是船尾和集控室部分的设计具有很大的灵活性；（6）采用模块化设计、安装，缩短了船舶建造和维修周期。常见螺旋桨介绍空泡现象空泡成因：螺旋桨在水中工作时，桨叶的叶背压力降低形成吸力面，若某处的压力降至临界值以下时，导致爆发式的汽水，水汽通过界面，进入汽核并使之膨胀，形成气泡，称之为空泡。20022121VPVPbb=无因次系数：12120200==VVVPPbb空泡数：20v021VPP=空泡产生条件：vbPP只随切面形状和入射角而变max与来流速度、水的汽化压力及静压力有关0Vbp0p避免或减缓空泡的发生降低最大减压系数①增加螺旋桨盘面比②采用有利的桨叶剖面提高螺旋桨的空泡数①在条件许可的情况下，尽量增加螺旋桨的浸没深度②减小螺旋桨转速，即尽可能选用低转速的主机max对于高速舰船，螺旋桨空泡在所难免，有一种处理是设法促使螺旋桨在第二段空泡状态下运转，即所谓的全空泡（或超空泡）。空泡现象超空泡技术1.纳粹德国是最早从事水下超空泡技术研究的国家2.俄罗斯“暴风”超空泡鱼雷，一代航速约200节，二代航速约391节。