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导管桨

在机翼形截面的导管中装设螺旋桨的船舶推进装置。1930年,船舶上开始使用导管桨。1934年,德国柯特(Kort)通过实验,验证了应用加速型导管可能取得的效益,故这种导管被称为“柯特”导管,并在拖网渔船和拖轮上普遍应用。中国于20世纪50年代开始在拖网渔船上试用导管桨

在机翼形截面的导管中装设螺旋桨的船舶推进装置。

1930年,船舶上开始使用导管桨。1934年,德国柯特(Kort)通过实验,验证了应用加速型导管可能取得的效益,故这种导管被称为“柯特”导管,并在拖网渔船和拖轮上普遍应用。中国于20世纪50年代开始在拖网渔船上试用导管桨,80年代已在不少拖网渔船上推广使用。

形状和种类 导管剖面形状,主要有机翼型和折线型两种,其性能相差不大,但折线型导管的外形简单,加工方便,成本低较。由于导管的形状不同,在桨叶盘面处的水流流速,可大于或小于具有相同直径和进速的普通敞水螺旋桨盘面处的流速。流速比它大的称为加速型导管桨,导管本身产生正推力;反之则称为减速型导管桨,导管本身产生负推力。较著名的有荷兰船模水池研究发展的19a号和37号导管与K螺旋桨系列。

导管的几何基数

导管的主要几何基数见图。①长径比L/D:对低速重载的拖网渔船以采用较大的长径比(0.8~1)为好,但一般不大于1。否则导管摩擦阻力引起的效率损失将大于导管的效率收益。②导管的扩张系数D/D:一般在1.0~1.28范围内。低速重载的拖网工况,以1.0~1.15较有利。扩张系数值过大时,会降低推进效率。③导管的收缩系数D/D要大于扩张系数,一般在1.2~1.35的范围内。④导管内壁与螺旋桨叶梢的间隙越小越好。但是考虑到尾轴承的磨损和施工误差等因素,桨叶叶梢的间隙也不能过分小,一般=0.005DD为螺旋桨直径)。

工作原理 主要为:①无导管的敞水螺旋桨工作时,由于诱导速度的增加,螺旋桨后的水流受到约束,使水流的横截面积变得小于桨叶圆盘面积。当桨叶在导管内工作时,螺旋桨不发生水流柱的收缩,水流柱截面积较大,可提高桨叶的推进效率和推力。②因导管内部的水流速度大于管外的水流速度,故管外压力高于管内压力,这一压力差作用在导管上可产生前进方向的推力。③加速型导管由于导管内水流速度的增加,使桨叶在较大的速度区域工作,大大减少了桨叶的负荷系数和滑距,这就提高了螺旋桨的效率。减速型导管则增加了桨叶盘面处的静压,可以推迟螺旋桨发生空泡。导管桨的负荷越大,导管内的水流速度和导管后面水流截面积的相对增加就越大,导管桨综合体的效率也越高,推力也越大。④导管桨的总推力是由在导管中工作的螺旋桨理论推力和导管本身所产生的有效推力两部分组成,即:

TTT

式中 T为导管桨总推力;T为螺旋桨理论推力;T为导管的有效推力。根据导管的形状和工作状态不同,加速型导管的T为正值,减速型导管的T为负值。

特点 主要有:①在螺旋桨直径相同的条件下,加速型导管桨与普通桨比,能改进重载工况时的推进效率和增大推力,因此最适用于拖网渔船和拖轮。②固定导管桨对船的操纵性略有不利影响,但却改善了拖网渔船的航向稳定性。采用转动导管桨兼作舵用,可显著提高渔船的操纵性能。③装有导管桨的渔船纵摇较小,可减少波浪中的失速。④导管能匀整伴流场,使桨叶在均匀的流场中工作,故主机轴系运转较平衡,可减少振动。⑤导管桨在波浪中的性能和倒车性能,与导管本身、船体线型和船的设计密切相关,必须互相配合,才能获得较好的效果。

应用 拖网渔船在作业期间有50%以上的时间是拖网的低速重载工况,此时用普通敞水螺旋桨,则拖力小、推进效率低、主机转速下降大,不能充分发挥主机功率。这对采用废气涡轮增压柴油机为主机的拖网渔船,则更为严重。故不少拖网渔船都装用导管桨,以提高拖网时的推进效率和拖力。拖网渔船装用导管桨,可减少主机功率和节约油耗。据实船试验统计,在同样拖速和拖力条件下,用导管桨可比普通桨减少功率18%左右,节油20%左右。同样功率的拖网渔船,加装导管桨后拖网时可增加拖力30%左右,因而年渔获量约可提高25%左右。但导管容易受到严重的空泡穴蚀,同时海上漂流物及渔网绳纲等易卷进导管,清理困难,使导管桨的应用受到一定限制。为解决上述缺陷,最近开始采用前置式导管。它是将整个导管置于螺旋桨的前方,与船尾联成一体。这样既能保持导管桨原有的部分优点,并成功地减少了导管内壁穴蚀和缠绳网等问题。