淺析雙車可變螺距螺旋槳導(dǎo)流罩的優(yōu)點(diǎn)

孫燕輝 究所

摘 要：隨著造船業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)流罩在雙車船上的應(yīng)用越來越廣泛，本文從理論出發(fā)，結(jié)合工作實(shí)際，總結(jié)出了雙車可變螺距螺旋槳導(dǎo)流罩的優(yōu)點(diǎn)，該種類型的螺旋槳能夠改善螺旋槳來流，提高推進(jìn)效率，改善船舶的機(jī)動性和增加航行及靠泊作業(yè)的安全性，并且能夠減少螺旋槳被外來物絞纏的幾率，還能夠增加船舶的保向行，同時降低了噪音。

關(guān)鍵詞：雙車船 螺旋槳 導(dǎo)流罩 優(yōu)點(diǎn)

1.引言

隨著造船業(yè)的發(fā)展，人們一直在摸索一種更合理、更節(jié)能、更高效、能夠產(chǎn)生更大推力的推進(jìn)器方式，并且一直在不斷的改進(jìn)。然而，大推力推進(jìn)器勢必會在航行中伴生強(qiáng)烈的尾流場，過強(qiáng)的尾流會顯著增加燃油的消耗量，降低船舶運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性。船艉螺旋槳導(dǎo)流罩就是能夠改善螺旋槳的來流提高了船舶推進(jìn)效率的一種推進(jìn)方式，這種推進(jìn)方式經(jīng)過無數(shù)次的論證后已被越來越廣泛的應(yīng)用。螺旋槳導(dǎo)流罩不但改善了船舶的機(jī)動性，而且增加了安全性，便于安裝和拆卸。早在1995年德國，在德國波茨坦SVA船模試驗(yàn)所的研究和幫助下，Schottle公司在7000GRT“世紀(jì)號”的螺旋槳上安裝了導(dǎo)流罩，并行了水池和空泡實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)表明表明該船采用雙槳導(dǎo)流罩式推進(jìn)系統(tǒng)，航速可提高0.5節(jié)，或者在同一航速下，燃油可節(jié)省10%。船舶導(dǎo)流罩安裝在螺旋槳軸中心線上，罩徑為漿徑的1.1-1.3倍，罩長為其直徑的2.5-3.5倍。螺旋槳導(dǎo)流筒體的導(dǎo)流作用將水流導(dǎo)向后方，大大提高了螺旋槳動力的利用率，降低了運(yùn)行成本?？勺兟菥嗟脑鲈O(shè)使得導(dǎo)流罩還能夠減少了螺旋槳被外來物的絞纏的幾率，而且增加了船舶的保向性，降低了噪音。

2.雙車可變螺距螺旋槳導(dǎo)流罩的優(yōu)點(diǎn)分析

2.1防止外來物絞纏螺旋槳

一般情況下，三用工作船的螺旋槳都是采用雙車外旋，采用這種推進(jìn)方式雖然能夠在表層水面上產(chǎn)生向外的推力避免吸入異物，但是，在兩個螺旋槳中間就會產(chǎn)生一個向上的強(qiáng)大的吸力，尤其是在水深超過尾軸（螺旋槳中線以下）時。目前一般船上的外輸管線接頭都在船尾兩舷，靠近螺旋槳的位置附近，在給平臺供油、供水時大多數(shù)平臺的加水管和加油軟管上都沒有增設(shè)浮具，管線稍長一點(diǎn)就會沉入水下，也屬正常現(xiàn)象。而在南海作業(yè)給平臺供油水時，由于水深，大多采用機(jī)動靠船，距離掌控非常困難，離得遠(yuǎn)了會把管線拉斷，離得太近時由于管線過于松弛，稍有不慎油、水管沉入水下后，立即就會被強(qiáng)大的吸入流吸入推進(jìn)器，將其絞纏。同理，在雙船對拖圍油欄作業(yè)時，兩船的距離速度稍微控制不當(dāng)，圍油欄也極其容易被被螺旋槳絞纏。如果增設(shè)了導(dǎo)流罩，就會改變螺旋槳附近的水流方向，從而可以避免這些情況的發(fā)生。

如圖1所示，A和A點(diǎn)處水流指向兩側(cè) B和B點(diǎn)處水流方向向下C和C點(diǎn)處水流向內(nèi)匯集到中間后向上。

2.2能減少被漁網(wǎng)絞纏推進(jìn)器的機(jī)率

另外如果夜晚航行，在通過捕魚區(qū)時，由于視線不好，漁浮目標(biāo)較小或受天氣影響雷達(dá)效果不好，掃不到魚標(biāo)，稍不留神就會有從漁網(wǎng)上面駛過危險(xiǎn)。如果沒有導(dǎo)流罩，螺旋槳底部中間的水流是向上運(yùn)動，這樣很容易將漁網(wǎng)吸入，從而絞纏螺旋槳。當(dāng)近距離發(fā)現(xiàn)漁網(wǎng)來不及轉(zhuǎn)向避讓，船舶只能從漁網(wǎng)上面駛過時，可以采取緊急停車的措施使船從漁網(wǎng)上面滑過?？勺兟菥嗟拇熬o急停車后僅僅是槳葉的螺距歸零了，而漿仍在轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的水流會在導(dǎo)流罩內(nèi)形成一堵水墻，在水墻（螺旋槳）的前面產(chǎn)生一個水流向下的高壓區(qū)，這個高壓區(qū)的水流方向是向下的，會把漁網(wǎng)壓向下方。此時，船舶具有前行速度，漁網(wǎng)會很快滑過螺旋槳下面的危險(xiǎn)區(qū)域，使?jié)O網(wǎng)纏繞入螺旋槳的幾率大大縮小。如圖2所示。

2.3減小螺旋槳排出流產(chǎn)生的不利影響

當(dāng)船靠泊拋錨船或漂浮的船舶時，錨泊船或漂浮船會被我船船尾排除流推著向遠(yuǎn)處移動，從而造成靠泊困難，很有可能無法完成靠泊。

當(dāng)靠碼頭作業(yè)時，由于舷外兩側(cè)水面上存在著向外的排出流，在近岸的那一側(cè)船尾排出的橫流吹在碼頭壁上自然會被反射回來，作用在船體上，產(chǎn)生一個向外的推力，這個力越是貼近碼頭時越是強(qiáng)，從而增加了靠泊作業(yè)的難度。

如圖3所示，該圖為海洋石油xxx船在停車時，處于漂浮狀態(tài)船艉兩側(cè)排出的橫流打出的水花，這種現(xiàn)象在半載情況下，就會對平行靠泊十分不利。

2.4提高螺旋槳的效率，減少功率散失

安裝有導(dǎo)流罩的螺旋槳，導(dǎo)流罩的導(dǎo)流作用可以改善螺旋槳后面的水流情況，使尾流最大程度地聚集，增大了尾流的動量，增大了螺旋槳的推進(jìn)效率，提高了船舶的航速[2]和推進(jìn)效率，大大提高了船舶動力的利用效率，節(jié)約能源，降低運(yùn)營成本。它對于平板舵等舵葉厚度較小的舵產(chǎn)生的效果較為顯著。德國漢堡水池（HSVA）、瑞典水池（SSPA）在經(jīng)過相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出：導(dǎo)流罩的節(jié)能效益大約在2%～4%。

對于沒有安裝導(dǎo)流罩的船舶來講螺旋槳大都直接裸露在外，由于水流動的不規(guī)則性，使螺旋槳尾流向各個方向發(fā)散，不考慮摩擦力時有動量公式為：

其中是M船舶質(zhì)量：V是船舶速度；？Mi是螺旋槳在某一方向上推動水的質(zhì)量；？Vi是水在某一方向上獲得的速度。由此公式可知，由于速度是矢量，所以船舶獲得的動量只是尾流獲得的動量在船前進(jìn)方向上的分量，使船不能獲得應(yīng)有的動能，降低了螺旋槳推進(jìn)的效率，從而影響了船舶的航速。圖4和圖5是有導(dǎo)流罩和無導(dǎo)流罩螺旋槳尾流示意圖。

2.5沒有導(dǎo)流罩船更難達(dá)到平衡態(tài)勢

在船舶處于停車狀態(tài)時，螺旋槳螺距歸零，但是兩個螺旋槳仍然保持一定的設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，左右螺旋槳底部水流會相互對吹，如圖1中的C和C點(diǎn)，而上部排出流分別指示向兩側(cè)，如圖1中的A點(diǎn)A點(diǎn)。理論上，這兩對力要相互平衡才可以保證船舶處于相對靜止漂浮狀態(tài)。實(shí)際上，這兩股力很難保證達(dá)到一個平衡狀態(tài)，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)靜水中的船舶尾部總是會向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，就算是兩股水流以相同的角度和相同的力量能夠互相對吹達(dá)到平衡狀態(tài)，與有導(dǎo)流罩的船舶對比，沒有導(dǎo)流罩的船舶更容易受橫流的影響，稍微受到流的影響，就會產(chǎn)生不穩(wěn)定橫向推力，很難達(dá)到平衡狀態(tài)。在一些定位精度要求較高的作業(yè)場合，就會增大操船困難，例如，三用工作船無接觸靠泊平臺作業(yè)時，就很難較長時間使船位定在一個固定的位置上，需要不斷的用車和側(cè)推器及舵來配合調(diào)整船位，從而增加用車及側(cè)推器和舵的頻次，增加了油耗和運(yùn)營成本。

2.6保向性及操縱性的影響

實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，有導(dǎo)流罩的船舶保向性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沒有導(dǎo)流罩的船舶。這是由于導(dǎo)流罩整流的作用可以改善螺旋槳后面的水流，當(dāng)正舵時舵葉兩側(cè)的水流由于導(dǎo)流罩的整流作用會高速順著舵面劃過，產(chǎn)生的橫向分力會更小一些，更有利船舶的保向性。而沒有導(dǎo)流罩的船舶兩個螺旋槳下部（舵葉的前方）會產(chǎn)生一個渦流區(qū)，作用在線型的船體上反射回來的幾股水流疊加交匯，使得作用在舵面上的力會比較復(fù)雜，來自多個方向，這樣就會產(chǎn)生多個方向上的橫向分力，從而使的船舶保向性差一些。

船體尾流流經(jīng)導(dǎo)流罩后速度增大，螺旋槳前獲得充足進(jìn)流，推進(jìn)效率得以提高，同時導(dǎo)流罩具有穩(wěn)流的作用，減少了尾渦流分離現(xiàn)象。

另外，當(dāng)用舵時由于導(dǎo)流罩的整流作用使打在舵面上的水流的力會比較集中，產(chǎn)生的橫向推力會更大，舵效也就會更顯著，船舶的操縱性能更好。

2.7導(dǎo)流罩還能夠降低螺旋槳產(chǎn)生的空氣泡噪音

沒有導(dǎo)流罩的螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)時會在螺旋槳周圍可以產(chǎn)生大量的空泡（相對真空的泡），這些空泡降低了螺旋槳的效率，同時產(chǎn)生了大量的噪音，進(jìn)行水下作業(yè)的船舶目前都是利用聲學(xué)設(shè)備進(jìn)行通訊的，大量的空氣泡及噪聲是影響聲學(xué)設(shè)備通訊效果最大的障礙。

3.結(jié)束語

本文從理論和實(shí)踐角度出發(fā)，總結(jié)分析了導(dǎo)流罩改善螺旋槳尾流帶來的影響、改善外來物的絞纏的影響、節(jié)能、操縱性、保向性及降噪等幾個方面介紹了船舶安裝導(dǎo)流罩與不安裝導(dǎo)流罩的優(yōu)點(diǎn)。

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