宋秋红;洪敦平;张健;夏泰淳
【摘 要】在双机双桨船舶螺旋桨设计一般原理的基础,应用螺旋桨设计软件对某渔船进行了实例计算,结果表明,该设计方法简单、行之有效,可供多机多桨的渔船推进装置设计参考.
【期刊名称】《船海工程》
【年(卷),期】2007(036)004
【总页数】3页(P46-48)
【关键词】双机双桨;螺旋桨设计;设计软件
【作 者】宋秋红;洪敦平;张健;夏泰淳
【作者单位】上海水产大学,工程学院,上海,200090;福建泉州渔业船舶检验处,福建,泉州,362000;上海水产大学,工程学院,上海,200090;上海水产大学,工程学院,上海,200090
【正文语种】中 文
【中图分类】U664.33
为充分利用主机功率提高推进效率，导管桨、调距桨及双速比齿轮箱［1-4］等技术广泛应用在各种工况下满足船舶推进性能。然而，在很多情况下，例如航道浅船舶吃水受限制；某些渔港不是深水港而往往需要“坐滩”，使得船的尾框尺寸较小；或者由于船舶柴油机功率配置上的种种原因，螺旋桨直径较小，但是这些船舶又往往需要具有足够大的航速或较大的拖力。为此，这类船舶往往使用双机双桨或三机三桨［5-6］。有的船舶长期在较狭河道中航行，需要良好的操纵性，往往也采用双机双桨。
1 设计原理及方法
1.1 设计原理
图1是某船体阻力曲线和桨有效推力曲线的示意图，横坐标为航速v，纵坐标为船体的阻力R及桨的有效推力T。
造纸废水处理图1 R～vs与T～Ts曲线
生物化粪池某船舶按自由航行工况设计，单桨的有效推力曲线与船体的阻力曲线相交点，就是单桨船能达到的最大航速vs，那么采用同样功率的主机，按双机双桨来进行设计，航速则能达到v′s，在螺旋桨的实用设计中，图1的两条曲线往往表达成船体的有效功率曲线和桨的有效推功率曲线。在本螺旋桨设计软件中，有相应的母型船的有效功率曲线，当输入设计船的船型主要尺度，如船长、型宽、吃水、型深及排水量等，根据海军系数法，可得到设计船在n个航速对应下的有效功率，即vsi～PEi（i＝1，2，…，n）。
然后计算机将这些数据拟合成PE＝f（vs）函数，软件中选择了常用的幂次函数，形式为：
式中：PE——船的有效功率；
k——考虑设计船船型系数和母型船的差异引入的修正系数，一般情况下，k＝1；
a、b——该幂次函数中的两个相应的常数。
考虑单位换算，将船体阻力R表达成：
其中：R——船体阻力，kgf。
vs——船最大自由航速，单位m／s。ebeam
将船的最大自由航速vs代入上式，可求得船体在此时的阻力，即单桨的有效推力T。若采用相同主机的双机双桨，则双桨的有效推力T′＝2 T＝R′ （R′是船在v′s时的阻力），然后求解双机双桨船能达到的最大航速v′s，显然，这是一个求解该方程反函数的问题，是很容易求得的。
当采用双机双桨后，航速会提高，换言之这相当于该船阻力的“减少”，而导致航速的提高，因此，在设计双机双桨过程中，只要调整螺旋桨设计软件中船型修正系数k，使得按单桨得到的自由航速同v′s相等，此时螺旋桨的螺距就可以计算出来。
对于多工况船舶来说，例如拖网渔船或者拖船，船舶还有一个拖力指标要求，一般来讲这个拖力数值基本上是等于相同主机或桨的数量的倍数，以拖网渔船为例，由于拖网拖力是指船实际在3～4kn时拖速下的拖力指标，因此基本上是等于单桨拖力数值的倍数。
1.2 设计方法
在上述原理基础上采用由笔者开发的渔船螺旋桨设计软件系统［7］进行螺旋桨设计。
2 计算实例
以某114总吨拖网渔船为例，该渔船主尺度、船型系数及主机参数见表1。
表1 渔船船型及主机参数主尺度船型系数主机型号 6160A-11及6160A-12各1台总吨位GT 114t 标定功率136kW总长Loa 30.80m 标定转速 750r／min垂线间长Lpp 26.00m 齿轮箱型号 300型宽B 6.40m型深D 2.60m减速齿轮箱速比 3∶1 183.7t设计吃水Td 1.90m方形系数Cb 0.564设计排水量Δ
2.1 按单机单桨计算
对于本船型若采用单机、其主机标定功率为272kW，标定转速为750r／min，减速齿轮箱速比为3∶1，而且螺旋桨直径不受限制以及考虑到设计船和母型船在船型系数的一些差别，这里船型修正系数取1.1，由设计软件按普通桨AU4型计算结果如下。
柴火灶1）自由航行工况桨径2.24m，螺距比0.699，自由航速12.70kn，系泊拖力38.82kN。
2）拖网工况（vs＝4.00kn）桨径2.0m，螺距比0.54，自由航速9.94kn，系泊拖力51.39kN。
但考虑到该船吃水的原因，螺旋桨的直径限制在Dmax＝1.30m，由设计软件按普通桨AU4计算，结果如下。
1）自由航行工况桨径1.30m，螺距比1.88，自由航速10.62kn，系泊拖力27.08kN；
2）拖网工况（vs＝4.00kn），桨径1.30m，螺距比1.74，自由航速10.41kn，系泊拖力29.02kN。
很明显，由于螺旋桨直径限制，螺距比P／D已经超过了常规的P／D≤1.6，因此，本船型如果采用单机单桨，在航行性能及拖网性能上，肯定效能很差。在考虑设计计算更可靠的前提下，根据本渔船要求的性能应该将单机桨改为双机双桨。
2.2 按双机双桨计算
本渔船采用的双机为相同功率（标定功率为136kW）、相同转速（标定转速为750r／min），但旋向相反的主机，减速齿轮箱速比为3∶1，并采用AU4普通桨作为设计螺旋桨（螺旋桨直径限制在1.30m以内）。
2.2.1 按自由航行工况设计（vs＝4.00kn）
柜台制作
1）每台单机设计软件计算结果。
桨径1.30m，螺距比1.51，自由航速9.97kn，系泊拖力16.7kN，拖力16.21kN。
2）有效功率曲线。
将最大自由航速9.97kn，相当于vs＝5.13m／s代入船体阻力公式得R＝17.38kN。
则双机双桨的有效推力为T′＝2T＝2R＝34.76kN
此时船舶的最大自由航速为11.89kn。
3）确定螺距。
自动融雪设备由于按单机桨设计，螺距比1.51，螺距1.96m，此时航速仅为9.97kn，而双机双桨船的实际航速可达11.89kn，若仍螺距1.96m之桨用在该船上，此时螺旋桨运转显然偏轻，为此必须加大螺旋桨的螺距。
如前所述，设计双机双桨时，另一个桨产生的推力对设计软件来说相当于该设计船阻力的“
减少”，故采用调整船型系数k，犹如“减小”船的阻力，使得该船按单机桨设计的航速恰巧能达到11.89kn；应用软件设计时可逐一调整修正系数k，使得按单机桨计算出来的最大航速恰好是v′s，此时的螺距就是双机双桨应采用的值。实例表明，当船型修正系数k＝0.53时，此时航速为11.89kn，得到螺旋桨设计的结果为桨径1.30m，螺距比1.57，系泊拖力15.99kN，拖网（4.00kn）时拖力为15.6kN。
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