Комплексный анализ фиксированных винтов (FPP) (FPP)

В обширной области морской движительной технологии FPP фиксированный винт тона давно занимал ключевую позицию, как сияющая звезда. В качестве ключевого компонента двигательной системы корабля, FPP продолжает стимулировать активное развитие глобальной судоходной промышленности и различных операций судов с его уникальным дизайном и превосходной производительностью. От стабильной навигации гигантских нефтяных танкеров через океаны до гибких операций небольших рыболовных лодок в прибрежных водах, FPP играет незаменимую роль, а его техническое зрелость и широкое применение делают его классикой в ​​области морской техники.

I. Принцип работы и структурный дизайн FPP

Шаг FPP определяется на стадии производства и не может быть отрегулирован во время работы корабля. Эта характеристика означает, что она должна быть точно соответствует конкретным требованиям судовой навигации на начальной стадии проектирования. Его принцип работы основан на теории спиральной теории Архимеда. Когда пропеллер вращается, лопасти, как вращающаяся наклонная плоскость, непрерывно прорезают воду и толкают воду. В частности, каждый лезвие винта представляет определенную изогнутую форму. Во время поворота лезвие проявляет компонент осевой тяги и компонент окружности на воде. Компонент осевой тяги толкает воду назад, и, согласно третьему закону Ньютона, вода дает пропеллеру равные и противоположные силы реакции, которая является основной силой для продвижения корабля вперед или назад. Компонент окружной силы вызывает вращение потока воды, и эта часть энергии обычно тратится. Следовательно, во время дизайна форма лезвия будет оптимизирована, чтобы минимизировать эту потерю энергии и повысить эффективность движения.

Структурно FPP в основном состоит из концентратора и лезвий. Концентратор - это ключевой компонент, соединяющий пропеллер к валу винта. Его форма обычно является цилиндрическим или коническим, с ключом или фланцами внутри, которые плотно подключены к валу винта, чтобы обеспечить эффективную передачу крутящего момента двигателя к лезвиям. Материал хаба должен иметь высокую прочность и хорошую вязкость, чтобы противостоять огромному крутящему моменту и воздействий силы воды. Общие материалы включают кованую сталь и ливую сталь. Лезвия являются основной частью, которая генерирует тягу, а их число обычно составляет от 3 до 7. Различное количество лопастей и конструкций формы оказывает значительное влияние на производительность пропеллера. Например, 3-летний винт имеет относительно простую структуру, легкий вес и высокую эффективность на высоких скоростях, что делает его подходящим для некоторых небольших скоростных лодок или высокоскоростных грузовых кораблей; 4-летовые и 5-летовые винты работают лучше с точки зрения баланса и снижения шума и широко используются на крупных торговых кораблях и военно-морских сосудах; в то время как 6-летовые и 7-летние пропеллеры чаще используются на специальных кораблях, которые требуют высокой тяги и необходимы подавлять кавитацию, такие как ледоколы. Форма поперечного сечения лезвия обычно представляет собой аэродинамическую профиль, которая может генерировать большой подъем (то есть тяга), одновременно снижая сопротивление во время вращения. Длина, ширина, угол поворота и другие параметры лезвия - все это точно рассчитаны и оптимизированы, чтобы обеспечить оптимальную производительность движения в условиях конструкции. Кроме того, существуют различные способы соединения лопастей с концентратором, таких как интегральное литье и сварка. Интегрально отлитые винты имеют более высокую прочность и подходят для больших кораблей, в то время как сварные конструкции больше используются в малых и средних пропеллерах, способствуя производству и техническому обслуживанию.

II Широкий спектр приложений

FPP имеет чрезвычайно широкий спектр приложений, охватывающих множество различных типов кораблей, а его применение в различных областях основано на его уникальных преимуществах производительности.

В поле торговых кораблей, больших грузовых кораблей, масляных танкеров, контейнерных кораблей и т. Д. Часто используют FPP в качестве двигательного устройства. Эти корабли обычно выполняют транспортировку на расстоянии на относительно стабильных скоростях, и их условия навигации являются относительно фиксированными. В качестве примера, взяв гигантский нефтяной танкер с грузоподъемностью сотен тысяч тонн, он в основном плавает по основным маршрутам транспортировки сырой нефти по всему миру, с скоростью, как правило, содержится около 15-18 узлов. FPP обладает высокой эффективностью при такой конкретной скорости вращения и условий нагрузки, что позволяет кораблю стабильно плавать с низким расходом топлива. Статистические данные показывают, что масляные бакеры, оснащенные оптимально разработанным FPP, имеют расход топлива на 5% -10% ниже, чем аналогичные суда, используя другие двигательные устройства. Для нефтяных танкеров, которые ежегодно плывут десятки тысяч морских миль, это может эффективно снизить эксплуатационные расходы, и накопленные экономические выгоды являются значительными. Контейнерные суда также являются важными целями применения FPP, особенно вкладыша, которые перемещаются по фиксированным маршрутам. Их время навигации и скорость строго спланированы, а стабильность и эффективность FPP могут гарантировать, что они вовремя попадают в порты, обеспечивая плавную работу глобальной цепочки поставок.

С точки зрения военно -морских судов, FPP также играет важную роль. Патрульные лодки должны выполнять частые патрульные задачи в прибрежных районах и имеют высокие требования для скорости и надежности. FPP может обеспечить стабильную тягу при движении на высоких скоростях, и его простая структура удобна для обслуживания на сосуде, уменьшая вероятность сбоев. Как одно из основных военно-морских сосудов, фрегаты должны выполнять различные задачи, такие как анти-субмаренные, анти-корабль и эскорт. В антилокоренных операциях преимущества FPP особенно очевидны. Оптимизируя форму лезвия и конструкцию высоты тона, появление кавитации может быть эффективно подавлено. Кавитация относится к явлению, в котором водяной пареет, образуя пузырьки, когда давление на поверхности лезвия падает на определенное уровень, когда пропеллер вращается, а пузырьки дают огромную силу удара и шум при разрушении. Оптимизированный дизайн FPP может уменьшить генерацию и коллапс кавитации, что снижает шум, генерируемый винтом, улучшая сокрытие сосуда, что позволяет фрегату более эффективно обнаружить и атаковать подводные лодки противника, а также усиление боевых способностей против судовода.

Кроме того, в области разработки морских ресурсов специальные суда, такие как оффшорные суда поставки и корабли научных исследований, также широко используют FPP. Оффшорные снабжения должны поставлять материалы на оффшорные нефтяные платформы, буровые суда и т. Д., И часто работают в неглубоких морских районах и в сложных морских условиях. FPP может быть настроен в соответствии с их эксплуатационными характеристиками, чтобы обеспечить хорошую маневренность и характеристики движения во время низкоскоростной навигации и фиксированной точки. Морские научные исследования должны провести долгосрочные научные исследования в различных морских районах и, возможно, потребуется выполнить наблюдение за фиксированной точкой, отбор проб и другие операции в определенных морских районах. Стабильность FPP может гарантировать, что корабль сохраняет относительно фиксированное положение в ветре и волнах, обеспечивая стабильную рабочую среду для исследователей. Например, некоторые научные исследовательские суда, используемые для глубоководных исследований, оснащены FPP, который может точно контролировать движение корабля на низких скоростях, сотрудничая с оборудованием для обнаружения на борту для завершения высокопроизводительного сбора морских данных. Их лезвия применяют особую широкую конструкцию, которая может образовывать более стабильное поле потока воды при низких скоростях вращения, что гарантирует, что диапазон колебаний тяги корабля контролируется в пределах 2% в низком скорости 0,5-3 узлов. Чтобы уменьшить адгезию морских организмов, поверхность лезвия покрыта нетоксичным противогарным покрытием, содержащим оксид купроса. Это покрытие может медленно высвобождать ионы меди, чтобы ингибировать адгезию сареев, мидий и других организмов, так что поверхностная область биологического пропеллера не превышает 5% в течение 6 месяцев подряд оффшорных операций, что эффективно избегает значительного отказа в эффективности движения. В то же время края лезвия округливы, чтобы уменьшить шум нарушения потока воды во время низкоскоростного вращения, обеспечивая тихую среду для наблюдения за точными акустическими инструментами на борту.

Iii. Основные характеристики продуктов FPP

(I) характеристики производительности

Эффективное движение : В разработанных конкретных условиях труда FPP может преобразовать электроэнергию двигателя в движение судов с высокой эффективностью. Это выигрывает от точной оптимизации параметров, таких как форма лезвия и шаг, так что при скорости конструкции и условиях нагрузки поток воды может протекать через лопасти самым плавным способом с минимальной потерей энергии. Когда корабль плывет со скоростью конструкции, его эффективность движения может достигать 60%-70%, а некоторые оптимально разработанные FPP могут даже достигать более 75%. Этот уровень эффективности намного выше, чем у некоторых двигательных устройств с сбалансированной производительностью в различных условиях труда, но без выдающихся преимуществ. Например, при нормальной навигации крупных грузовых кораблей FPP может стабильно поддерживать высокоэффективное движение двигателя. Предполагая, что мощность двигателя грузового корабля составляет 50 000 лошадиных сил, FPP может преобразовать 30 000-35 000 лошадиных сил в эффективное движение на скорости конструкции, что экономит много затрат на перевозку на дальние расстояния. Более того, эта высокая эффективность может быть поддержана на основной стадии навигации корабля и не будет значительно падать из -за незначительных изменений в условиях труда.

Сильная стабильность : Из -за фиксированного шага производительность движения корабля является относительно стабильной во время работы, и не будет никаких колебаний тяги из -за изменений в высоте. Это связано с тем, что угол лезвия и шаг FPP фиксируются после производства. Пока скорость двигателя стабильна, генерируемая тяга останется в относительно стабильном диапазоне. Эта стабильность делает корабль более стабильным во время навигации, и члены экипажа могут более точно контролировать курс и скорость при маневрировании корабля. Особенно в тяжелых морских условиях, таких как столкновение с сильными ветрами и волнами, корабль будет подвергаться большим внешним помехам, а устойчивый выходной сигнал FPP может помочь судно противостоять этим вмешательствам, уменьшить дрожь корабля и ударить, вызванную нестабильной тягой и снизить опасности безопасности. Например, в течение сезона тайфуна грузовые суда, оснащенные FPP, могут поддерживать относительно стабильное навигационное отношение при прохождении через зоны ветра и волны, снижая риск перемещения груза и повреждения судов.

Адаптивность к конкретным условиям труда : Хотя шаг не может быть скорректирован, дизайн будет полностью оптимизирован для конкретной цели и общих условий труда корабля. Дизайнеры будут определять наиболее подходящее количество лезвий, формы, высоты и других параметров с помощью большого количества расчетов и моделирования тестов на основе таких факторов, как тип корабля, смещение полной нагрузки, скорость конструкции и гидрологические условия общих маршрутов. Для кораблей с относительно фиксированными условиями навигации, такими как регулярные грузовые суда в обратном направлении и инженерные суда, работающие в фиксированных морских районах, FPP может проявлять наилучшие результаты. Принимая контейнерные лайнеры, которые регулярно перемещаются между Китаем и Европой, в качестве примера, их навигационные маршруты фиксируются, их скорость в основном поддерживается на уровне 20-25 узлов, а их нагрузка также относительно стабильна (полная нагрузка при уходе, пустой или наполовину нагрузке при возвращении). Дизайнеры будут оптимизировать параметры FPP для этого конкретного рабочего условия, чтобы он обладал самой высокой эффективностью движения в рамках этой скорости и диапазона нагрузки. Для буксиров, которые помогают в загрузке грузов и разгрузке вблизи портов, хотя их скорость навигации не высока, им нужно запускать, останавливаться и часто изменять направление. Дизайнеры будут сосредоточены на оптимизации производительности тяги и маневренности FPP в условиях низкой скорости и переменных работ, чтобы адаптироваться к их операционным характеристикам.

(Ii) Процесс производства

Производство FPP представляет собой сложный и точный процесс, включающий строгий контроль нескольких звеньев, каждый из которых оказывает важное влияние на производительность и качество конечного продукта.

Во -первых, выбор материалов должен быть определен в соответствии с операционной средой и требованиями к производительности корабля. Для FPP, работающих в коррозийных средах, таких как морская вода, обычно выбираются материалы с сильной коррозионной стойкостью. Среди традиционных металлических материалов обычно используются медные сплавы (такие как никель-алюминиевая бронза). Они обладают хорошей коррозионной стойкостью, высокой прочностью и прочности, и могут противостоять воздействию и трение морской воды. В некоторых случаях используется нержавеющая сталь с более высокими требованиями к коррозии, но ее стоимость относительно высока. В последние годы постепенно появились композитные материалы, такие как пластик с армированным углеродным волокном (CFRP). Композитные материалы имеют преимущества легкого веса, высокой прочности и сильной коррозионной стойкости. FPP, изготовленный из композитных материалов, может эффективно снизить вес корабля, тем самым снижая потребление энергии и улучшая экономию топлива. Например, FPP, изготовленный из CFRP, на 30-50% легче, чем медные сплавные пропеллеры того же размера, что оказывает значительное влияние на повышение производительности навигации корабля и снижение энергопотребления.

Для металлических материалов требуются такие процессы, как плавка и литья. Во время процесса плавки доля компонентов сплава должна строго контролировать, чтобы обеспечить чистоту и механические свойства материала. Например, при выплавке никель-алюминиевой бронзы, содержимое никеля, алюминия, меди и других элементов необходимо точно контролировать, чтобы обеспечить, чтобы сила, прочность и коррозионную сопротивление материала соответствуют требованиям конструкции. Процесс литья состоит в том, чтобы залить расплавленное металл в форму для формирования. В ходе этого процесса такие параметры, как температура и скорость залива, должны строго контролировать, чтобы избежать дефектов, таких как поры, трещины и полости усадки. Для литья большого FPP обычно используется литье из песка или литье металлического пресс -формы. Песочная литья подходит для больших пропеллеров со сложными формами, но качество поверхности и размерные точности относительно низки; Литье металлической плесени может получить более высокую точность и качество поверхности, но стоимость плесени высока, что подходит для массового производства.

Обработка лезвий является ключевой ссылкой в ​​производственном процессе. Бланки лезвия после литья должны быть точно обработаны, чтобы соответствовать требованиям конструкции для формы и точности размерных. Используя точное оборудование для обработки, такое как пять осевых машин с ЧПУ, лопасти вырезаны, заземляются и другие обработаны в соответствии с дизайнерскими чертежами. Спешные инструменты с ЧПУ с ЧПУ Во время обработки необходимо использовать высокие измерительные приборы (такие как машины измерения координат) должны использоваться для обнаружения размера и формы лопастей, чтобы гарантировать, что ошибка находится в пределах допустимого диапазона. Качество поверхности лопастей также имеет решающее значение. Гладкая поверхность может снизить сопротивление потоку воды и повысить эффективность двигателя. Следовательно, после обработки требуется обработка поверхности, такая как полировка и покрытие. Полировка может удалить следы обработки на поверхности лезвия, уменьшая шероховатость поверхности до RIST RA0,8 мкм; Накрытие может дополнительно улучшить износостойкость и коррозионную стойкость лезвия. Обычные рамки включают хромированное покрытие и покрытие никеля, которые могут образовывать твердую защитную пленку на поверхности лезвия, продлевая срок службы пропеллера.

Наконец, изготовленный FPP подлежит строгой проверке качества. Проверка точности размеров гарантирует, что размер каждой части пропеллера соответствует требованиям к рисованию конструкции, избегая воздействия на сотрудничество с валом пропеллера и характеристик движения из -за отклонений размерных. Тест баланса заключается в устранении дисбаланса пропеллера. Несбалансированный винт будет генерировать большую центробежную силу при вращении, заставляя корабль вибрировать, влияя на комфорт навигации и срок службы оборудования. Тест баланса обычно проводится на специальной балансировке. Измеряя вибрацию пропеллера во время вращения, определяются положение и размер дисбаланса, а затем баланс корректируется путем удаления или добавления весов. Тест прочности состоит в том, чтобы осмотреть механические свойства пропеллера, когда он подвергается максимальному проектному крутящему моменту и тяге, чтобы убедиться, что он не будет нарушать или деформировать. Общие методы испытаний на прочность включают в себя статический тест на нагрузку и динамический тест усталости. Статический тест нагрузки применяет определенную нагрузку на пропеллер для измерения его деформации и распределения напряжений; Динамический тест усталости имитирует силу ситуацию пропеллера во время долгосрочной работы и осматривает его усталостную жизнь за счет множественной циклической нагрузки. Только FPP, которая проходит все эти качественные проверки, может быть обеспечена для соответствия соответствующим стандартам и требованиям и быть введен в практическое использование.

(Iii) отличия от других движений

FPP значительно отличается от других типов движений с точки зрения структуры, производительности и применимых сценариев. Понимание этих различий помогает в том, чтобы сделать соответствующий выбор в дизайне и выборе корабля.

По сравнению с контролируемым винтом на высоте (CPP), самая большая разница в FPP заключается в том, можно ли отрегулировать высоту. CPP может изменить шаг лезвий в любое время во время работы корабля через сложную систему гидравлического управления, чтобы адаптироваться к различным требованиям скорости и нагрузки. Например, когда корабль должен ускоряться, CPP может увеличить шаг, чтобы увеличить тягу; Когда судно необходимо замедлить или обратить вспять, он может уменьшить шаг или даже изменить направление шага, которое является гибким и удобным для работы, с лучшей маневренностью и адаптируемостью. Эта характеристика делает CPP подходящим для кораблей с переменными условиями навигации, такими как буксиры и рыбацкие лодки. Буксиры должны часто менять размер тяги и направление, чтобы помочь большим кораблям в причалке и небелете, а рыболовные лодки должны регулировать скорость и силы движения в любое время в соответствии с потребностями рыболовных операций. Тем не менее, CPP имеет сложную структуру, содержащую много движущихся частей (таких как поршни, соединительные стержни, сервоприводы и т. Д.) и Системы гидравлического управления, что не только увеличивает стоимость производства (обычно на 30-50% выше, чем FPP той же спецификации), но также значительно увеличивает сложность и стоимость более позднего обслуживания. Гидравлическая система склонна к утечке нефти, заклиниванию и другими неисправностями, требуя регулярного проверки и технического обслуживания, увеличивая эксплуатационные расходы корабля. Напротив, FPP имеет простую структуру, нет сложного механизма переменной высоты тона, низкие затраты на производство, и из -за небольшого количества компонентов частота отказов низкая, а надежность высока. В конкретных стабильных условиях труда FPP также может достичь высокого уровня эффективности двигателя, подходящего для судов с относительно фиксированными условиями навигации, такими как крупные грузовые суда и нефтяные бакеры.

По сравнению с водными реакторами, FPP генерирует тягу, напрямую применяя силу на воду за счет вращения лезвия, в то время как водяные струи генерируют тягу, высасывая воду через водяной насос, а затем выбрасывая его на высокой скорости через сопло. Насадка водного струйного движения может быть гибко управляется, чтобы реализовать рулевое управление и обращение корабля с хорошей маневренностью. Корабль имеет небольшой радиус поворота и может даже достичь поворота на месте ，, который очень подходит для кораблей с высокой маневренностью, таких как скоростные лодки и военные суда. В то же время двигатель компонентов водного движения струйного движения расположены внутри корпуса, снижая подводные выступы, снижая риск повреждения от заземления, а его эксплуатационный шум относительно низкий, что способствует улучшению сокрытия корабля. Тем не менее, эффективность движения водного движения струйного движения относительно низкая, особенно при плавании на высоких скоростях, из-за большой потери энергии во время всасывания и выброса воды, его эффективность движения обычно на 10-20% ниже, чем у FPP. Кроме того, водный двигатель струйного движения имеет сложную структуру, включая несколько компонентов, таких как водяные насосы, форсунки и системы передачи, с высокими затратами на производство и технического обслуживания, и его легко блокируют мусорами в воде (например, водные растения, камни и т. Д.), Затронув нормальную работу. FPP имеет преимущества с точки зрения эффективности движения и стоимости, с простой структурой, нелегкой блокировкой и удобным обслуживанием, и широко используется на различных торговых кораблях и большинстве военных судов.

(Iv) различия в производительности и применимые сценарии FPP с различными материалами

В дополнение к вышеупомянутым параметрам проектирования, выбор материала FPP также оказывает значительное влияние на его производительность. Различные материалы имеют свои преимущества и недостатки с точки зрения прочности, коррозионной стойкости, веса и т. Д., И подходят для различных кораблей и навигационных сред.

IV Как выбрать FPP, подходящий для конкретных кораблей

Выбор винта с фиксированным шагом (FPP), подходящий для конкретного корабля, требует рассмотрения нескольких факторов, таких как тип корабля, энергосистема и навигационная среда, и достижение эффективного движения посредством точного соответствия. Ниже приведены конкретные методы выбора:

(I) Положение основных требований на основе типа судно и цели

Операционные характеристики различных кораблей определяют направление проектирования FPP:

Торговые суда (такие как грузовые суда, нефтяные танкеры и т. Д.): В основном участвуют в стабильной навигации на расстоянии с приоритетом, приоритетным для эффективности движения и экономии топлива. Необходимо соответствовать 4-5 FPP с большим диаметром в лезвии (например, объемный носитель из 180 000 тонн оснащен никель-алюминиевым бронзовым пропеллером диаметром 5-6 метров), чтобы гарантировать, что эффективность достигает более 65% при скорости конструкции, уменьшая потребление топлива, что приходится на 30% -50% от рабочих затрат.
Военные сосуды: антиловодочные корабли должны подавлять кавитационный шум через 5-7 лезвия суперкавитационной конструкции аэродинамического профиля; Высокоскоростные патрульные лодки используют 3-4 Blade Thin Airfoil Pro

Пеллеры (такие как лодка с 40 узлами, оснащенную FPP диаметром 1,8 метра), чтобы сбалансировать высокоскоростную реакцию и маневренность.

Специальные корабли: оффшорные корабли для снабжения нуждаются в широкотворной конструкции для улучшения низкоскоростного коэффициента тяги и обеспечения точного позиционирования; Научно-исследовательские корабли необходимы наноцерамическое покрытие для предотвращения биологического переворота (6-месячная зона загрязнения <5%), а колебания тяги составляет ≤2% на низких скоростях (50-150 об / мин).

(Ii) строго сопоставить параметры системы питания

Соответствие мощности: мощность, поглощенная винтом, должна соответствовать номинальной мощности двигателя с ошибкой, контролируемой в течение ± 5%. Например, дизельный двигатель объемом 10000 кВт сопоставлен с FPP, который поглощает мощность 9 500-9,800 кВт, чтобы избежать «избыточного избытка» или перегрузки двигателя.
Соответствие скорости: номинальная скорость двигателя определяет скорость конструкции пропеллера. Скорость пропеллера должна соответствовать скорости двигателя через коэффициент передачи вала пропеллера, чтобы гарантировать, что пропеллер может генерировать конструктивную тягу на номинальной скорости. Различные типы двигателей имеют различные применимые диапазоны скорости пропеллера: высокоскоростные дизельные двигатели (1500-2000r/мин) подходят для небольших высокоскоростных пропеллеров. Например, двигатель со скоростью 1800R/мин пробуждает FPP 900R/MIN через коэффициент передачи 2: 1, что соответствует 4-лескому FPP диаметром 2,5 метра, что может достичь эффективности движения 68% при номинальной скорости; Дизельные двигатели средней скорости (750-1500R/мин) и низкоскоростные дизельные двигатели (скорость ниже 750R/мин) в основном используются на больших кораблях. Низкоскоростные двигатели с высоким содержанием вершины должны соответствовать с низкоскоростной FPP с большим диаметром. Например, 300 000 000-тонный масляный бак с низкоскоростной скоростью дизельного двигателя 120R/мин непосредственно приводит к 5-летнему FPP диаметром 9 метров без дополнительных устройств для передачи, снижая потерю мощности и эффективность движения может достигать 72%.

(Iii) оптимизировать размеры ключей и структурные параметры

Диаметр и высота :

Большие корабли с глубоким черновиком могут выбрать пропеллеры с большим диаметром, чтобы увеличить площадь тяги и повысить эффективность движения. Как правило, на каждые 10%увеличивается в диаметре, эффективность движения может быть увеличена на 3%-5%, но ее необходимо адаптировать к пространству установки корабля. Корабли с мелкой черновиком необходимо ограничить диаметр (внутренние речные корабли ≤3 метра).

Поле должен соответствовать скорости конструкции. Например, контейнерный корабль с 20 узлами требует 3,5-метрового шага, а буксир с 12 узлами адаптирован к 2,5-метровым шагам, учитывая влияние коэффициента скольжения (0,1-0,2).

Дизайн лезвия :

3 лезвия подходят для высокоскоростной и легкой нагрузки; 4-5 лезвий баланса и стабильность (грузовой корабль на 100 000 тонн с использованием 5 лезвий может снизить вибрацию на 15%); 6-7 лезвий фокусируются на снижении шума и подавлении кавитации. С точки зрения аэродинамической профиля, высокоскоростные суда используют серию NACA 66 с низким содержанием DRAG (толщина 8% длины аккорда), а суда с высокой выбросами используют серию NACA 44 с высоким подтяжкой (толщина 15% длина аккорда).

(Iv) адаптироваться к навигационной среде и условиям труда

Оптимизация рабочих условий: Корабли с фиксированными условиями труда (такие как контейнерные суда маршрута Китая и Европа) оптимизируют параметры через CFD (может снизить расход топлива на 6%); Корабли с переменными условиями труда (буксиры портов) должны учитывать производительность в полном диапазоне 0-12 узлов, с достаточной низкой скоростью тяги и высокоскоростной эффективностью ≥55%.

(Vi) Оценить технические возможности производителя

Выбор производителя с богатым опытом и сильной технической силой может обеспечить индивидуальные проекты в соответствии с конкретными потребностями корабля, что напрямую влияет на качество и производительность FPP.

Высококачественные производители имеют передовое программное обеспечение для проектирования (например, ANSYS, Star-CCM) и производственное оборудование (например, пять осевых центров обработки, производственные линии с точным литьем), которые могут достичь высокой обработки поверхностей лопастей с ошибками, контролируемыми в пределах ± 0,1 мм. Например, известный производитель винта использует технологию 3D-печати для изготовления плесени лезвия, что повышает точность формы лезвия на 50% по сравнению с традиционным литьем. В то же время он имеет систему управления качеством звука. От закупок материала до проверки готового продукта, каждая ссылка имеет строгие стандарты. Например, спектральный анализ выполняется на материалах медных сплавов, чтобы обеспечить соответствие композиции стандарты; Статические и динамические балансовые тесты выполняются на готовом пропеллере, а дисбаланс контролируется в пределах 5G · см.

Служба послепродажи также является важным показателем для оценки, включая руководство по установке, ввод в эксплуатацию и ремонт неисправностей. Профессиональные производители могут отправлять техников на сайт, чтобы направлять установку пропеллера для обеспечения точности выравнивания с валом пропеллера (радиальное разряд не превышает 0,05 мм/м); Во время испытания моря корабля отрегулируйте параметры пропеллера в соответствии с фактическими данными о производительности, таких как регулировка тяги путем шлифования краев лезвия; Во время использования предоставляйте регулярные услуги проверки, проверяйте износ и коррозию лезвия через подводных роботов и предоставляйте своевременные планы технического обслуживания. Например, производитель предоставляет услуги по техническому обслуживанию в течение всего времени для флота, проводит подводные проверки каждые шесть месяцев, заранее обнаруживает проблемы с коррозией лезвия и ремонтирует их, продляя срок службы пропеллера.

V. Меры предосторожности по использованию FPP

(I) Примечания к операции

Во время запуска и навигации корабля операторы должны управлять основной скоростью двигателя в строгом соответствии с рабочими процедурами, что является ключом к обеспечению безопасной и стабильной работы FPP. Поскольку шаг FPP фиксирован, тяга, которую он генерирует, пропорциональна квадрату основной скорости двигателя. Внезапное большое изменение скорости приведет к резкому изменению тяги, что делает пропеллер, подвергающийся чрезмерному крутящему моменту и воздействий, что может привести к повреждению лезвия, деформации вала винта или другим механическим сбою. Например, когда корабль ускоряется при выходе из порта, скорость должна быть постоянно увеличиваться. Как правило, требуется скорость изменения скорости не превышать 50 революций в минуту, чтобы избежать внезапного увеличения скорости слишком высокой. Если скорость внезапно увеличивается с скорости холостого хода (около 300 об / мин) до номинальной скорости (около 1000 об / мин), крутящий момент, приносящий лезвия пропеллера, увеличится несколько раз в одно мгновение, что, скорее всего, вызовет трещины или даже переломы в корне лезвий. При замедлении при прибегнуте, также необходимо постепенно снижать скорость, чтобы придать пропеллеру и системе питания буфер и процесс адаптации, и в то же время сотрудничать с операцией рулевого управления, чтобы обеспечить плавное судоходство.

В то же время операторы должны уделять пристальное внимание статусу навигации корабля и судить, работает ли FPP нормально через такую ​​информацию, как вибрация корабля, звук основного двигателя и отзывы. Если корабль имеет аномальную вибрацию (особенно низкочастотную вибрацию), значительное снижение тяги, ненормальное колебание скорости основной скорости двигателя и т. Д., Основная скорость двигателя должна быть немедленно снижена для проверки. Не продолжайте плавать насильно, чтобы избежать более серьезных повреждений. Аномальная вибрация может быть вызвана повреждением лезвий, дисбаланса или вмешательства в другие компоненты; Снижение тяги может быть вызвано большим количеством мусора, прикрепленного к поверхности лезвия, деформацией лезвия или недостаточной выходной мощностью основного двигателя. Во время осмотра, если корабль пришвартовался в порту, могут быть организованы дайверы, чтобы осмотреть внешний вид винта под водой; Если он находится на пути, предварительное суждение может быть вынесено на основе данных эксплуатации корабля и параметров оборудования, и, если необходимо, оно должно пристаться к ближайшему порту для получения подробной проверки и обслуживания.

(Ii) Рассмотрение факторов окружающей среды

Водная среда, где парусные корабли сложны и разнообразны. Различные условия воды оказывают различное влияние на FPP, и операторы и обслуживающий персонал должны принимать соответствующие меры в соответствии с конкретной средой.

При плавании на неглубоких районах воды следует уделять особое внимание между пропеллером и дном воды, чтобы предотвратить деформацию лезвия и перелом из -за заземления. Дно неглубоких водных зон является сложным, и могут быть препятствия, такие как осадок, скалы и затонувшие крушения корабля. Когда корабли плывут в этих областях, из -за мелкой воды, пропеллер свернет осадок внизу при вращении, образуя «эффект мелководья», увеличивая сопротивление корабля, а также может привести к тому, что пропеллер сталкивается с препятствиями на дне. Например, в некоторых внутренних водных путях или устье устья глубина воды может составлять всего несколько метров, в то время как диаметр пропеллера крупных кораблей может достигать 3-5 метров. В настоящее время разрыв между судовым проектом и глубиной воды невелик, и может произойти авария заземления, если вы не осторожны. Следовательно, перед входом в неглубокую водную зону корабль должен заранее проверить данные о морской диаграмме или водных путях, чтобы понять глубину воды и распределение подводных препятствий, осторожно управлять скоростью, при необходимости и поддерживать безопасную глубину воды. Если ненормальный шум от пропеллера или аномальная вибрация корабля обнаруживается при плавании на мелководье, немедленно остановитесь для проверки, чтобы подтвердить, поврежден ли винт.

В районах с высоким уровнем соленства, таких как Красное море и Средиземное море, высокая соленость морской воды ускорит коррозию FPP. В дополнение к выбору материалов с сильной коррозионной стойкостью, также требуется регулярное антикоррозионное обслуживание пропеллера. Например, проверяйте антикоррозионное покрытие на поверхности винта каждые 3-6 месяцев и восстанавливает его во времени, если обнаружену повреждение; В то же время регулярно используйте методы катодной защиты, чтобы применить определенный ток к пропеллеру, чтобы сделать пропеллер катодом, тем самым замедляя скорость коррозии. Кроме того, во время прилегания корабля в порту пропеллер может быть очищен и отброшен для удаления продуктов коррозии поверхности, чтобы гарантировать, что его производительность не затронута.

Для ледяных морских районов, таких как арктический маршрут, в дополнение к оснащению воздействия FPP, должен быть сформулирован полный план навигации по области льда. Перед парусным спортом необходимо провести комплексную проверку FPP, чтобы убедиться, что лезвия не имеют трещин, деформации и других дефектов, а соединительные детали являются твердыми и надежными. Во время навигации старайтесь избегать плотных зон льда. При столкновении с льдами, скорость может быть надлежащим образом увеличена, чтобы использовать инерцию корабля, чтобы спешить по области льда, уменьшая воздействие льдов льдом на пропеллер. Если пропеллер застрял от ледяных хлопьев, немедленно остановитесь, чтобы не заставлять начало нанести ущерб пропеллеру. Вы можете попытаться отрегулировать курс корабля и использовать поток воды или встряхивание корпуса, чтобы пропеллер отрывался от льдов.

В тропических морских районах, в дополнение к регулярной очистке морских организмов, прикрепленных к поверхности пропеллера, также могут быть приняты некоторые профилактические меры. Например, установите антибиофоволинг-электроды на поверхность винта, чтобы ингибировать прикрепление морских организмов путем освобождения слабых токов; Или во время дизайна корабля установите устройства для водяного оружия высокого давления вблизи пропеллера, чтобы регулярно промывать лопасти, чтобы предотвратить прикрепление большого количества морских организмов. В то же время, при выборе покрытий с антибиофообразующими функциями обеспечить их защиту окружающей среды и не загрязнять морскую среду.

VI Сравнение FPP с другими подобными продуктами

(I) Сравнение с пропеллерами переменной высоты (VPP)

Самым большим преимуществом VPP является то, что его шаг можно гибко скорректировать в соответствии с фактическими условиями труда во время работы корабля. Это позволяет кораблю поддерживать хорошие характеристики движения и маневренность в различных условиях навигации, таких как ускорение, замедление, поворот, тяжелая нагрузка или легкая нагрузка. Например, в узких портовых водах, регулируя шаг, VPP позволяет кораблю быстро реализовать рулевое управление и изменение скорости, что делает операцию более удобной. Тем не менее, VPP имеет сложную структуру, содержащую много движущихся деталей и гидравлических систем управления, которые не только увеличивают производственные затраты (обычно на 40% -60% выше, чем FPP той же спецификации), но и значительно увеличивает сложность и стоимость более позднего обслуживания. Гидравлическая система склонна к утечке нефти, заклиниванию и другими неисправностями, требуя регулярного проверки и технического обслуживания, что увеличивает эксплуатационные расходы корабля. Напротив, FPP имеет простую структуру, низкую стоимость производства и высокую надежность из -за отсутствия сложных механизмов переменного тона. В конкретных стабильных условиях труда FPP также может достичь высокого уровня эффективности движения (обычно на 5% -8% выше, чем VPP). Однако в случае переменных условий труда FPP не может регулировать производительность движения так же гибко, как VPP.

(Ii) Сравнение с пропеллерами Pod

Пропеллер POD представляет собой относительно новый тип двигателя, который интегрирует двигатель и винт в вращающуюся стручку, установленную на 360 °, установленную под нижней частью корабля. Этот тип винта обладает чрезвычайно высокой маневренностью, что позволяет кораблю достигать специальных операций, таких как рулевое управление на месте и боковое движение, которое очень подходит для судов, которые требуют частых начальных стоп и рулевого управления, таких как паромы и яхты. Более того, поскольку двигатель расположен в подводном стручке, он уменьшает шум и источники вибрации на корабле, улучшая комфорт экипажа и пассажиров. Тем не менее, эффективность движения винта POD относительно низкая, особенно при плавании на высокой скорости, с большим потерей энергии, а его эффективность движения на 10-15% ниже, чем у FPP. В то же время он имеет высокий технический контент, а его затраты на производство и техническое обслуживание находятся на высоком уровне (примерно в 2-3 раза больше, чем FPP с той же мощностью). С точки зрения эффективности движения, FPP не уступает пропеллерам Pod для судов с хорошо сопоставленными условиями проектирования и имеет очевидные преимущества затрат. Тем не менее, с точки зрения маневренности и снижения шума, FPP далеко уступает пропеллерам Pod. .