可随时转动螺旋桨桨叶安装角改变其螺距的螺旋桨。自1934年,瑞士埃谢尔威斯公司(Escher Wyss)成功制成第一台液压操纵的调距桨投入使用后,得到了推广和发展。之后,瑞典卡米瓦(Kamewa)公司,亦于1937年开始制造调距桨。第一台液压操纵的调距桨推进功率仅184千瓦。到1974年已出现33810千瓦的大型调距桨。
简称调距桨。可随时转动螺旋桨桨叶安装角改变其螺距的螺旋桨。
自1934年,瑞士埃谢尔威斯公司(Escher Wyss)成功制成第一台液压操纵的调距桨投入使用后,得到了推广和发展。之后,瑞典卡米瓦(Kamewa)公司,亦于1937年开始制造调距桨。第一台液压操纵的调距桨推进功率仅184千瓦。到1974年已出现33810千瓦的大型调距桨。80年代以来,不仅已普遍用于渔船和拖船,不少大型运输船也在使用。
分类 按用途及桨叶转动范围可分:①双位置调距桨。它只能在正倒车两个位置工作,主要用于主机不能逆转的动力装置;或只能正车和顺桨两个位置工作,主要用于机帆渔船;或只能在两种不同正车位置工作,主要用于父子式动力装置,使在单用父机和父机带子机的两种运行工况时,都能充分利用主机全功率。②能在多种位置工作的调距桨。它能从正车位置通过停车(零螺距位置)到倒车位置任意变换,也就是全工况式,是一般渔船常用的调距桨;或从正车位置通过顺桨到倒车位置,常用在大盘面比桨叶无法从停车到倒车位置工作的调距桨。按转动桨叶的动力种类可分:①液压传动。功率从147千瓦到几万千瓦。②电力传动。一般经差动行星减速器传动变距机械,仅用于1500千瓦以下的调距桨。③机械传动。未广泛应用。④手动传动。结构简单可靠,多用于150千瓦以下的小型渔船或小艇等。80年代以来,渔船普遍采用的是液压传动调距桨。
结构 液压传动调距桨结构主要由桨叶、毂部转叶机构、液压伺服机构、调距机构及推进轴系等组成。常用的调距机构有:①动力活塞设在毂内的形式(图1)。通过移动轴内与压力油管连接的滑阀,改变压力油进入动力油缸的油路使通到动力活塞的左边或右边,推动活塞向左或向右移动,从而连杆拉动转叶机构的叉形曲柄,使桨叶回转。②动力活塞设在轴内的形式(图2)。改变配油轴油套的压力油进油方向,使压力油通到动力活塞的右边或左边,推动活塞及其拉杆,通过转叶机构使桨叶转动。
图1 动力活塞设在桨毂内的调距桨结构示意图
毂部转叶机构,其作用除了能承受水流对桨叶所产生的动力作用外,还必须保证各桨叶转动的一致性,即在任何螺距角位置,各桨叶的螺距角均相等,以免调距桨轴系等产生振动。转叶机构常见的型式有:①曲柄连杆式。与桨叶轴相连的圆盘上有一叉形曲柄,用连杆与动力活塞连接。当活塞作往复运动时,通过连杆使桨叶轴回转。②曲柄滑块式。在桨叶座上开有横槽,槽中放一开有圆孔的滑块。与推拉杆连接成一体的推拉块上有一曲柄销,插在滑块的圆孔内。当推拉杆往复运动时,通过滑块拉动桨叶座回转,滑块则在桨叶座槽内滑动。也有正好相反的结构,将曲柄梢做在桨叶座上,槽和滑块设在推拉块上,但其作用完全一样。曲柄滑块式的工艺结构比较简单,适用于转角不太大的调距桨。③双作用式(图3)。每一叶片座上有两个曲柄销,分别通过滑块嵌在与油缸和动力活塞杆相连的滑块座中,当压力油使油缸和活塞作相对运动时,产生一偶力,使叶片转动。其优点是使转距平衡并可加大调距力,缩小桨毂直径。
图2 动力活塞设在轴内的调距桨结构示意图
图3 双作用式转叶机构
液压伺服机构,是全工况式调距桨将桨叶调节到全部调节范围的任意螺距角位置,并使稳定在这一位置进行工作时采用的机构。图4所示是动力活塞和伺服机构设在桨毂内型式的简图,其伺服机构属于位置直接反馈式。图中活塞正处于静止状态,滑阀上的两凸面,正好在阀套的两油道正中,仅有极小的间隙与进出油路相通。活塞两端压力相等,故活塞稳定不动,称作动力定位。假设操纵杆拉动滑阀向右移动一段距离,使油道与进油管路接通。压力油进入活塞左面的油腔,推动活塞右移,一直到仍回复上述静止位置为止。所以通过操纵杆可以严格控制动力活塞位移的量,以保证螺距调节的精度,并起稳定螺距的作用。也有将伺服阀设在轴外的形式(图5)。其液压系统的原理基本上一样,仅反馈装置系通过机械杠杆以实现位置反馈,即当活塞右移时,带动杠杆,使滑阀回复中间位置。动力活塞设在推进轴中的调距桨,其伺服阀一般均设在轴外。
图4 动力活塞和伺服机构设在毂内的型式
图5 伺服机构设在轴外的型式
作用在调距桨桨叶上的各种力,主要有水动力、离心力和转叶时的摩擦阻力,并分别对桨叶产生弯矩和扭矩。通过对这些力和力矩的计算,以确定变距机构所需的操纵力和结构强度。但这些力在不同的航行工况、不同的螺距时又有不同的值,为此必须根据不同的零件及其受力情况,选其最大负荷作为计算的依据。例如主要承受推力和离心力的桨叶、桨叶固定螺栓等,一般是以全速正车航行,推力和离心力最大时作为计算工况。但对渔轮还要与发出最大拖力时的拖网工况进行比较。
特点 调距桨通过转动桨叶,可变成一组同一直径、不同螺距的许多螺旋桨。如要降低船速而不改变主机转速,只需将螺距调小。如把螺距调到零位,即使螺旋桨转动,渔船仍留原地不动;如将螺距角调到负值,在主机和螺旋桨旋转方向不变的情况下,船就后退。利用这一特性,对渔船的操纵有如下优点:①对机、帆并用的渔船。在停机单用帆时,螺旋桨不但不起作用,反而被水推动,像水车一样,消耗风力。此时用调距桨,可把调距桨的桨叶调至顺桨位置,以减少航行阻力。在风力很大机帆并用时,柴油主机传动的螺旋桨将变轻,甚至推水的负荷小到等于零。此时主机不是超速就可能等于空转,大有有力使不上的情况,这时用调距桨,可以调大螺距,增加螺旋桨的负荷,使主机的力量仍然可以用来推船前进,以增加船速。当单用主机航行时,螺旋桨推水的负荷将增大,为免主机超负荷,又可将螺距变小。②对拖网渔船。由于拖网航行和自由航行的负荷条件不同,螺旋桨若按自由航行条件设计,其螺距必然较大,当用来拖网时,若仍在主机的额定转速下运转,由于负荷的增加,螺旋桨显得变重,主机就要超负荷,为使主机不超负荷,必须降低主机转速。因为柴油机的功率是和转速成正比,只有在额定转速时才发出额定功率,因而此时就不能充分利用主机的额定转速和功率。反之,如在自由航行时使用按拖网条件设计的螺旋桨,由于拖船时负荷重,拖速低,其螺距必然比按自由航行设计的小。在主机额定转速下运转,由于负荷轻,如要充分发挥主机的全部功率,势必要超速运转,但主机必须限制在额定转速下运转,因而在这种情况也不能充分利用主机的全部功率。为此,在工况多变的拖网渔船上,用调距桨通过改变螺距,就能适合不同的作业工况,既能在自由航行时有较高的航速,又能在拖网时充分发挥主机的功率,增加拖力拖速。③对流钓渔船。由于可以不受主机最低稳定转速的影响而获得任意低速,并可通过改变螺距的正负,不改变主机的转动方向,实现船的换向操纵,使倒顺操纵迅速可靠,大大有利于流钓渔船的捕捞作业。④对各种渔船都可通过同时改变柴油机转速和调距桨的螺距,使在各种不同的工况下,两者均能达到最佳匹配,都在柴油机油耗最省、螺旋桨效率最佳的一点工作,以节约油耗,降低成本。
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