種類
船舶推進器種類很多,按照原理不同,有螺鏇槳、噴水推進器、特種推進器。
螺鏇槳
由槳轂和若干徑向地固定於轂上的槳葉所組成的推進器,俗稱車葉。螺鏇槳安裝於船尾水線以下,由主機(見船舶動力裝置)獲得動力而鏇轉,將水推向船後,利用水的反作用力推船前進。螺鏇槳構造簡單、重量輕、效率高,在水線以下而受到保護。
分類
螺鏇槳是現代船舶的主要推進工具,現在大多數船舶是用螺鏇槳來推進的。螺鏇槳又有許多類型。
按照槳葉多少,螺鏇槳有2、3或4個槳葉,甚至更多。一般槳葉數目越多吸收功率越大。
按照構造不同,螺鏇槳分為定(槳)距和變距螺鏇槳兩大類。
定距螺鏇槳,螺距是固定不變的其特點是構造簡單,重量輕,所以才船舶上得到廣泛套用。
變距螺鏇槳,螺距是可以調節的,通過螺鏇槳變距機構,有液壓或電力驅動來調節螺距。最初使用的是雙距螺鏇槳。高速時用高距,低速時用低距,以後又逐步增加了槳距的數目。
套用
普通運輸船舶有1~2個螺鏇槳。推進功率大的船,可增加螺鏇槳數目。大型快速客船有雙槳至四槳。螺鏇槳一般有3~4片槳葉,直徑根據船的馬力和吃水而定,以下端不觸及水底,上端不超過滿載水線為準。螺鏇槳轉速不宜太高,海洋貨船為每分鐘100轉左右,小型快艇轉速高達每分鐘400~500轉,但效率將受到影響。螺鏇槳材料一般用錳青銅或耐腐蝕合金,也可用不鏽鋼、鎳鋁青銅或鑄鐵。
60年代以來,船舶趨於大型化,使用大功率的主機後,螺鏇槳激振造成的船尾振動、結構損壞、噪聲、剝蝕等問題引起各國的重視。螺鏇槳激振的根本原因在於螺鏇槳葉負荷加重,在船後不均勻尾流中工作時容易產生局部的不穩定空泡,從而導致螺鏇槳作用於船體的壓力、振幅和相位都不斷變化。
在普通螺鏇槳的基礎上,為了改善性能,更好地適應各種航行條件和充分利用主機功率,發展了以下幾種特種螺鏇槳。①可調螺距螺鏇槳:簡稱調距槳,可按需要調節螺距,充分發揮主機功率;提高推進效率,船倒退時可不改變主機鏇轉方向。螺距是通過機械或液力操縱槳轂中的機構轉動各槳葉來調節的。調距槳對於槳葉負荷變化的適應性較好,在拖船和漁船上套用較多。對於一般運輸船舶,可使船-機-槳處於良好的匹配狀態。但調距槳的轂徑比普通螺鏇槳的大得多,葉根的截面厚而窄,在正常操作條件下,其效率要比普通螺鏇槳低,而且價格昂貴,維修保養複雜。②導管螺鏇槳:在普通螺鏇槳外緣加裝一機翼形截面的圓形導管而成。此導管又稱柯氏導管。導管與船體固接的稱固定導管,導管被連線在轉動的舵桿上兼起舵葉作用的稱可轉導管。導管可提高螺鏇槳的推進效率,這是因為導管內部流速高、壓力低,導管內外的壓力差在管壁上形成了附加推力;導管和螺鏇槳葉間的間隙很小,限制了槳葉尖的繞流損失;導管可以減少螺鏇槳後的尾流收縮,使能量損失減少。但導管螺鏇槳的倒車性能較差。固定導管螺鏇槳使船舶迴轉直徑增大,可轉導管能改善船的迴轉性能。導管螺鏇槳多用於推船。③串列螺鏇槳:將兩個或三個普通螺鏇槳裝於同一軸上,以相同速度同向轉動。當螺鏇槳直徑受限制時,它可加大槳葉面積,吸收較大功率,對減振或避免空泡有利。串列螺鏇槳重量較大,槳軸伸出較長,增加了布置及安裝上的困難,套用較少。④對轉螺鏇槳:將兩個普通螺鏇槳一前一後分別裝於同心的內外兩軸上,以等速反方向鏇轉。因可減小尾流鏇轉損失,效率比單槳略高,但其軸系構造複雜,大船上還未套用。⑤直葉推進器:由4~8片垂直的槳葉組成。直葉推進器上部呈圓盤形,槳葉沿圓盤周緣均勻安裝,圓盤底與船殼板齊平相接,圓盤轉動時,葉片除繞主軸轉動外,還繞本身的垂直軸系擺動,從而產生不同方向的推力,所以可使船在原地迴轉,不必用舵轉向,船倒退時也不必改變主機轉向。但因機構複雜,價格昂貴,槳葉易損壞,僅用於少數港務船或對操縱性能有特殊要求的船上。
風帆
自遠古時代至19 世紀的初期,風帆一直是船舶主要的推進器。風帆推進器雖然可以利用無代價的風力,但其所能得到的推力依賴於風向和風力,以致船的速度和操縱性能都受到限制。故自蒸汽機作為船舶主機以後,帆就被其他型式的推進器所代替,僅在遊艇、教練船和小漁船上仍有採用。目前由於燃料緊張,為節省能源,國內外又在研究風力的利用,提出了風帆助推方案,並已在一些船上實施,稱為風帆助航節能船。
明輪
明輪是局部沒水的推進器,外形略似車輪,其水平軸沿船寬方向置於水線之上,輪之周緣裝有蹼板(或稱槳板)。明輪在操作時,其蹼板撥水向後,而自身受到水流的反作用力,此反作用力經輪軸傳至船體,推船前進。安裝於舷側的明輪叫邊輪,安裝於船尾的叫尾輪。邊輪增大船寬,對橫穩性有利,但在風浪中不易保持航向。尾輪適用於狹窄航道。明輪有定蹼式和動蹼式兩種。定蹼式明輪的蹼板沿徑向固接在輪幅上。它構造簡單,造價低廉;但蹼板入水時易產生拍水現象,而在出水時又產生提水現象,因而效率較低。動蹼式明輪可以借偏心裝置控制蹼板,以調節出水和入水的角度,消除了上述缺點,故其效率較高。明輪曾廣泛用作海船的推進器,但由於本身的機構十分笨重,在波濤中不易保持一定的航速和航向,且蹼板易損壞,故目前僅用於部分內河船舶。
直葉推進器
直葉推進器也稱豎軸推進器或平鏇輪推進器,由若干垂直的葉片(4 葉至8 葉)組成,葉片在圓盤上是等間距的,圓盤與船體底部齊平。圓盤繞垂直軸鏇轉,各葉片以適當的角度與水流相遇,因而產生推力。直葉推進器的偏心裝置可以控制各葉片與水流相遇的角度,故能發出任何方向的推力。裝有直葉推進器船舶的操縱性能良好,且在船舶倒退時也無須逆轉主機。此外,直葉推進器的效率較高(約略與螺鏇槳相同) ;在洶濤海面下,工作情況也較好。其缺點是機構複雜,造價昂貴,葉片的保護性差,極易損壞。目前這類推進器常用於港口作業船或對操縱性有特殊要求的船舶。
噴水推進器
是利用噴出的水反作用來產生推力的推進器。噴水推進器由水泵、吸水管道、噴水管道所組成,利用水泵作動力,將水從船底孔吸入,經舷部管子,把水從船後方向排出,靠水的反作用力來推進船舶。其機械部分裝於船內,得到良好保護。噴管方向可變,便於船舶操縱。但噴管因直徑受限制、管路及水泵效率不高,所以整個系統效率較低,又因水泵及噴管中有水增加了船舶重量,所以很少使用。