关于船舶动力装置中的推进器.doc

轮机工程导论论文

题目：船舶动力装置

院系:船舶与海洋工程
班级：1301
姓名：李宇航
学号：U201312245

摘要
推进装置是提供船舶正常航行所需推动力的一整套设备，其中包括：主机、船舶轴系、传动设备、推进器这四个主要设备来实现。推进器是船舶能量转换的设备，是将主机发出的能量转换成船舶推力的设备。对于船舶的转向航行能力至关重要。推进器按作用方式可分为主动式和反应式两类。靠人力或风力去驱动船前进的纤、帆等为主动式，浆、橹、明轮、喷水推进器、螺旋桨等为反应式。本文将通过介绍推进器的发展过程来介绍推进器。而由于船的种类很多，不同的船对于推进器的要求又不同，比如江中行驶的船对于转向能力要求就比较高。所以推进器种类很多，按照原理不同，有螺旋桨、喷水推进器、特种推进器。本文就将对各类型的推进器的用处和特点进行介绍。

一． 正文
（一） 背景
1. 船舶推进装置的作用：
推进装置是提供船舶正常航行所需推动力的一整套设备，其中包括：主机、船舶轴系、传动设备、推进器这四个主要设备来实现。推进器是船舶能量转换的设备，是将主机发出的能量转换成船舶推力的设备。对于船舶的转向航行能力至关重要。推进器按作用方式可分为主动式和反应式两类。靠人力或风力去驱动船前进的纤、帆等为主动式，浆、橹、明轮、喷水推进器、螺旋桨等为反应式。
2.船舶推进装置的发展：
公元前6000年左右，原始人发明了独木舟。于是陆续出现了浆，橹等推进装置。随后人们又在长期航行的实践中，创造了利用风力行驶的船帆船。接下来的几千年主要就是依靠帆风帆一直是船舶主要的推进器。风帆推进器虽然可以利用无代价的风力，但其所能得到的推力依赖于风向和风力，以致船的速度和操纵性能都受到限制。
随着蒸汽机的发明和科学技术的进步，帆终于被机械所取代，帆船也逐渐发展成为装有引擎的船，最先代替帆的是蒸汽机。开始的气船是由明轮推进的，然后又发展成为螺旋桨推进。
现代运输船舶绝大多数大多采用的是反应式推进器。按照原理不同，有燃气轮机推进，螺旋桨推进，喷水推进，电力推进等。
3. 船舶推进装置的应用情况：
风帆：帆是最古老的一种推进器，后被螺旋桨所取代。如今由于环境问题日益被重视，节能减排也越来越重视。现代风帆在海洋船舶上作为一种辅助推进装置使用。
明轮:明轮是局部涉水的推进器。它构造简单，造价低廉；但蹼板入水时易产生拍水现象，而在出水时又产生提水现象，因而效率较低。动蹼式明轮可以借偏心装置控制蹼板，以调节出水和入水的角度，消除了上述缺点，故其效率较高。明轮曾广泛用作海船的推进器，但由于本身的机构十分笨重，在波涛中不易保持一定的航速和航向，且蹼板易损坏，故目前仅用于部分内河船舶。
喷水推进器：是利用喷出的水反作用来产生推力的推进器。喷水推进器由水泵、吸水管道、喷水管道所组成，利用水泵作动力，将水从船底孔吸入，经舷部管子，把水从船后方向排出，靠水的反作用力来推进船舶。其机械部分装于船内，得到良好保护。喷管方向可变,便于船舶操纵。但喷管因直径受限制、管路及水泵效率不高，所以整个系统效率较低，又因水泵及喷管中有水增加了船舶重量，所以很少使用。
螺旋桨推进器：现如今机动船上的推进器用的最多的是螺旋桨。因为螺旋桨结构简单、制造方便、操作可靠、效率较高。只要精心设计，与船体合理配合，推进效率可达0.7以上。而对于不同的船所用的螺旋桨也有所不同：
1. 可调螺距螺旋桨：简称调距桨，可按需要调节螺距，充分发挥主机功率;提高推进效率,船倒退时可不改变主机旋转方向。螺距是通过机械或液力操纵桨毂中的机构转动各桨叶来调节的。调距桨对于桨叶负荷变化的适应性较好，在拖船和渔船上应用较多。对于一般运输船舶，可使船-机-桨处于良好的匹配状态。但调距桨的毂径比普通螺旋桨的大得多，叶根的截面厚而窄，在正常操作条件下，其效率要比普通螺旋桨低，而且价格昂贵，维修保养复杂。2.导管螺旋桨：在普通螺旋桨外缘加装一机翼形截面的圆形导管而成。此导管又称柯氏导管。导管与船体固接的称固定导管，导管被连接在转动的舵杆上兼起舵叶作用的称可转导管。导管可提高螺旋桨的推进效率，这是因为导管内部流速高、压力低,导管内外的压力差在管壁上形成了附加推力;导管和螺旋桨叶间的间隙很小,限制了桨叶尖的绕流损失;导管可以减少螺旋桨后的尾流收缩，使能量损失减少。但导管螺旋桨的倒车性能较差。固定导管螺旋桨使船舶回转直径增大，可转导管能改善船的回转性能。导管螺旋桨多用于推船。
3. 串列螺旋桨：将两个或三个普通螺旋桨装于同一轴上，以相同速度同向转动。当螺旋桨直径受限制时，它可加大桨叶面积，吸收较大功率，对减振或避免空泡有利。串列螺旋桨重量较大，桨轴伸出较长，增加了布置及安装上的困难，应用较少。
4. 对转螺旋桨：将两个普通螺旋桨一前一后分别装于同心的内外两轴上，以等速反方向旋转。因可减小尾流旋转损失，效率比单桨略高，但其轴系构造复杂，大船上还未应用。
5. 直叶推进器：由4～8片垂直的桨叶组成。直叶推进器上部呈圆盘形，桨叶沿圆盘周缘均匀安装，圆盘底与船壳板齐平相接，圆盘转动时，叶片除绕主轴转动外，还绕本身的垂直轴系摆动，从而产生不同方向的推力，所以可使船在原地回转，不必用舵转向，船倒退时也不必改变主机转向。但因机构复杂，价格昂贵，桨叶易损坏，仅用于少数港务船或对操纵性能有特殊要求的船上。
6. POD推进器：这种推进器的特点是推进器可绕垂直轴作360的旋转，故使船舶能获得良好的操作性，尤其突出的是它能使船后退的推力基本上和船前进的推力相同。因而，这种推进器在一些拖船和港口工作船上很为合适。
、
（二） 工作原理
风帆：利用机翼原理配以计算机自动调整风帆迎风的最佳角度据报道可节省主机功率10%—20%。
明轮：明轮在操作时，其蹼板拨水向后，而自身受到水流的反作用力，此反作用力经轮轴传至船体，推船前进。安装于舷侧的明轮叫边轮，安装于船尾的叫尾轮。边轮增大船宽，对横稳性有利，但在风浪中不易保持航向。尾轮适用于狭窄航道。明轮有定蹼式和动蹼式两种。定蹼式明轮的蹼板沿径向固接在轮幅上。
喷水推进器： 喷水推进器是一种特殊的传动型式。它是由布置在船内的水泵装置和吸水管、喷射管组成的一种水力反作用式推进器，喷射口的布置有水上、水下和半水下几种型式。
螺旋桨推进器：螺旋桨可分为两个部分：一个是位于四周几片形状和大小都一样的桨叶；一是位于当中圆锥形壳体，成为桨毂。桨叶的作用是吸收转矩发出的推力，因此是螺旋桨的主体，桨毂是起着固定桨叶连接螺旋桨轴的作用。
（三） 关键技术
推进器的主要功能是推进船舶快速前进，所以面临的困难主要就是如何才能提高推进的效率，速度，和转向的能力。
有时，当螺旋桨转速过快，叶片面积过小时，会产生推力放不出而达不到预定航速的现象，这时螺旋桨可能发生了空泡现象。所谓的空泡现象就是因为桨叶片上某处压力降至该温度下水的饱和汽化压力，使水产生的空气泡从叶片上溢出的物理现象。一般螺旋桨设计时为避免和延缓空泡，最普通的方法是增加叶片面积或加大螺旋桨直径，如果有些告诉舰艇因螺旋桨载荷太大，无法避免，则一般讲螺旋桨设计在第二阶段空泡中工作，宁肯降低一些效率，但使螺旋桨免除了剥蚀危险。
（四） 主要性能参数和装置样本及其选型
螺旋桨的作用是吸收主机传来的转矩把他转换成能推船前进的推力。实现这种转换必然伴随有能量损失，因此引出了推进效率的概念。

——船体有效马力，它和螺旋桨发出的有效马力相等：
——螺旋桨收到马力，即主机传到螺旋桨处的马力：
——推进效率。
——制动马力
——传递效率，由轴系中轴承、联轴节、离合器、尾轴填料函等的机械摩擦损失引起。
当机舱在船的中部，传递效率约在0.95-0.98之间。这样，

式中：——推力系数，它是推进效率与传递效率的乘积，越高的船推进性越好。因此，人们均致力于提高推进系数，使机器马力尽可能多的转换成有用的功率。由于已经接近于1，提高幅度有限，所以更多的来研究如何提高推进效率。
进一步分析可知 ，
为螺旋桨敞水效率，主要于螺旋桨要素相关。
是相对旋转效率，主要与船尾桨盘处流的不均匀性有关。
为船身效率，是螺旋桨与船体间相互作用的影响项。其中t为推力减额，它表示螺旋桨对船体的影响，它讲桨发出的推力T与船舶阻力R联系起来R=T(1-t)；w为伴流分数，它表示船体对螺旋桨的影响，他将航速与桨的进速联系起来。
下面是调距螺旋桨的装置样本及其选型

二． 结论
螺旋桨等推进器作为船舶与外界沟通的桥梁起着至关重要的作用。螺旋桨是一个铸工艺复杂、加工方法特殊、技术要求又比较高的产品,加上螺旋桨材料是价值比较昂贵的铜合金,因此传统的价格较高。但是目前的中国仅仅是一个制造者，甚至仅是一个外包商。核心的制造工艺，我们没有；设计能力，我们欠缺。我们处在整个生产链的底端。所以对于船舶推进器我们国家还有很长的一段路要走。

三． 参考文献
盛振邦，刘应中．船舶原理：上海交通大学出版社
方学智，船舶于海洋工程概论