浅析双车可变螺距螺旋桨导流罩的优点

孙燕辉 究所

摘 要：随着造船业的发展，导流罩在双车船上的应用越来越广泛，本文从理论出发，结合工作实际，总结出了双车可变螺距螺旋桨导流罩的优点，该种类型的螺旋桨能够改善螺旋桨来流，提高推进效率，改善船舶的机动性和增加航行及靠泊作业的安全性，并且能够减少螺旋桨被外来物绞缠的几率，还能够增加船舶的保向行，同时降低了噪音。

关键词：双车船 螺旋桨 导流罩 优点

1.引言

随着造船业的发展，人们一直在摸索一种更合理、更节能、更高效、能够产生更大推力的推进器方式，并且一直在不断的改进。然而，大推力推进器势必会在航行中伴生强烈的尾流场，过强的尾流会显著增加燃油的消耗量，降低船舶运营的经济性。船艉螺旋桨导流罩就是能够改善螺旋桨的来流提高了船舶推进效率的一种推进方式，这种推进方式经过无数次的论证后已被越来越广泛的应用。螺旋桨导流罩不但改善了船舶的机动性，而且增加了安全性，便于安装和拆卸。早在1995年德国，在德国波茨坦SVA船模试验所的研究和帮助下，Schottle公司在7000GRT“世纪号”的螺旋桨上安装了导流罩，并行了水池和空泡实验，试验表明表明该船采用双桨导流罩式推进系统，航速可提高0.5节，或者在同一航速下，燃油可节省10%。船舶导流罩安装在螺旋桨轴中心线上，罩径为浆径的1.1-1.3倍，罩长为其直径的2.5-3.5倍。螺旋桨导流筒体的导流作用将水流导向后方，大大提高了螺旋桨动力的利用率，降低了运行成本。可变螺距的增设使得导流罩还能够减少了螺旋桨被外来物的绞缠的几率，而且增加了船舶的保向性，降低了噪音。

2.雙车可变螺距螺旋桨导流罩的优点分析

2.1防止外来物绞缠螺旋桨

一般情况下，三用工作船的螺旋桨都是采用双车外旋，采用这种推进方式虽然能够在表层水面上产生向外的推力避免吸入异物，但是，在两个螺旋桨中间就会产生一个向上的强大的吸力，尤其是在水深超过尾轴（螺旋桨中线以下）时。目前一般船上的外输管线接头都在船尾两舷，靠近螺旋桨的位置附近，在给平台供油、供水时大多数平台的加水管和加油软管上都没有增设浮具，管线稍长一点就会沉入水下，也属正常现象。而在南海作业给平台供油水时，由于水深，大多采用机动靠船，距离掌控非常困难，离得远了会把管线拉断，离得太近时由于管线过于松弛，稍有不慎油、水管沉入水下后，立即就会被强大的吸入流吸入推进器，将其绞缠。同理，在双船对拖围油栏作业时，两船的距离速度稍微控制不当，围油栏也极其容易被被螺旋桨绞缠。如果增设了导流罩，就会改变螺旋桨附近的水流方向，从而可以避免这些情况的发生。

如图1所示，A和A点处水流指向两侧 B和B点处水流方向向下C和C点处水流向内汇集到中间后向上。

2.2能减少被渔网绞缠推进器的机率

另外如果夜晚航行，在通过捕鱼区时，由于视线不好，渔浮目标较小或受天气影响雷达效果不好，扫不到鱼标，稍不留神就会有从渔网上面驶过危险。如果没有导流罩，螺旋桨底部中间的水流是向上运动，这样很容易将渔网吸入，从而绞缠螺旋桨。当近距离发现渔网来不及转向避让，船舶只能从渔网上面驶过时，可以采取紧急停车的措施使船从渔网上面滑过。可变螺距的船舶紧急停车后仅仅是桨叶的螺距归零了，而浆仍在转。旋转的水流会在导流罩内形成一堵水墙，在水墙（螺旋桨）的前面产生一个水流向下的高压区，这个高压区的水流方向是向下的，会把渔网压向下方。此时，船舶具有前行速度，渔网会很快滑过螺旋桨下面的危险区域，使渔网缠绕入螺旋桨的几率大大缩小。如图2所示。

2.3减小螺旋桨排出流产生的不利影响

当船靠泊抛锚船或漂浮的船舶时，锚泊船或漂浮船会被我船船尾排除流推着向远处移动，从而造成靠泊困难，很有可能无法完成靠泊。

当靠码头作业时，由于舷外两侧水面上存在着向外的排出流，在近岸的那一侧船尾排出的横流吹在码头壁上自然会被反射回来，作用在船体上，产生一个向外的推力，这个力越是贴近码头时越是强，从而增加了靠泊作业的难度。

如图3所示，该图为海洋石油xxx船在停车时，处于漂浮状态船艉两侧排出的横流打出的水花，这种现象在半载情况下，就会对平行靠泊十分不利。

2.4提高螺旋桨的效率，减少功率散失

安装有导流罩的螺旋桨，导流罩的导流作用可以改善螺旋桨后面的水流情况，使尾流最大程度地聚集，增大了尾流的动量，增大了螺旋桨的推进效率，提高了船舶的航速[2]和推进效率，大大提高了船舶动力的利用效率，节约能源，降低运营成本。它对于平板舵等舵叶厚度较小的舵产生的效果较为显著。德国汉堡水池（HSVA）、瑞典水池（SSPA）在经过相关的试验数据分析得出：导流罩的节能效益大约在2%～4%。

对于没有安装导流罩的船舶来讲螺旋桨大都直接裸露在外，由于水流动的不规则性，使螺旋桨尾流向各个方向发散，不考虑摩擦力时有动量公式为：

其中是M船舶质量：V是船舶速度；？Mi是螺旋桨在某一方向上推动水的质量；？Vi是水在某一方向上获得的速度。由此公式可知，由于速度是矢量，所以船舶获得的动量只是尾流获得的动量在船前进方向上的分量，使船不能获得应有的动能，降低了螺旋桨推进的效率，从而影响了船舶的航速。图4和图5是有导流罩和无导流罩螺旋桨尾流示意图。

2.5没有导流罩船更难达到平衡态势

在船舶处于停车状态时，螺旋桨螺距归零，但是两个螺旋桨仍然保持一定的设定转速旋转，左右螺旋桨底部水流会相互对吹，如图1中的C和C点，而上部排出流分别指示向两侧，如图1中的A点A点。理论上，这两对力要相互平衡才可以保证船舶处于相对静止漂浮状态。实际上，这两股力很难保证达到一个平衡状态，实践中发现静水中的船舶尾部总是会向一侧偏转，就算是两股水流以相同的角度和相同的力量能够互相对吹达到平衡状态，与有导流罩的船舶对比，没有导流罩的船舶更容易受横流的影响，稍微受到流的影响，就会产生不稳定横向推力，很难达到平衡状态。在一些定位精度要求较高的作业场合，就会增大操船困难，例如，三用工作船无接触靠泊平台作业时，就很难较长时间使船位定在一个固定的位置上，需要不断的用车和侧推器及舵来配合调整船位，从而增加用车及侧推器和舵的频次，增加了油耗和运营成本。

2.6保向性及操纵性的影响

实际工作中发现，有导流罩的船舶保向性远远高于没有导流罩的船舶。这是由于导流罩整流的作用可以改善螺旋桨后面的水流，当正舵时舵叶两侧的水流由于导流罩的整流作用会高速顺着舵面划过，产生的横向分力会更小一些，更有利船舶的保向性。而没有导流罩的船舶两个螺旋桨下部（舵叶的前方）会产生一个涡流区，作用在线型的船体上反射回来的几股水流叠加交汇，使得作用在舵面上的力会比较复杂，来自多个方向，这样就会产生多个方向上的横向分力，从而使的船舶保向性差一些。

船体尾流流经导流罩后速度增大，螺旋桨前获得充足进流，推进效率得以提高，同时导流罩具有稳流的作用，减少了尾涡流分离现象。

另外，当用舵时由于导流罩的整流作用使打在舵面上的水流的力会比较集中，产生的横向推力会更大，舵效也就会更显著，船舶的操纵性能更好。

2.7导流罩还能够降低螺旋桨产生的空气泡噪音

没有导流罩的螺旋桨高速旋转时会在螺旋桨周围可以产生大量的空泡（相对真空的泡），这些空泡降低了螺旋桨的效率，同时产生了大量的噪音，進行水下作业的船舶目前都是利用声学设备进行通讯的，大量的空气泡及噪声是影响声学设备通讯效果最大的障碍。

3.结束语

本文从理论和实践角度出发，总结分析了导流罩改善螺旋桨尾流带来的影响、改善外来物的绞缠的影响、节能、操纵性、保向性及降噪等几个方面介绍了船舶安装导流罩与不安装导流罩的优点。

参考文献：

[1]周熊.导流罩式推进系统和桨帽鳍的新进展[J].船舶节能，2000（2）28-32.

[2]高辅刚.关于尾流导流罩的构想[J].造船技术，2001（01）21-22.

[3]积枳宁，陈正寿，黄聪汗，等.船舶附加水动力节能装置研究进展[J].2016（01）， 70-75.

[4]汪卉榆.桨前超级导流管水动力性能的理论研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2013（04）.