可调螺距螺旋桨CPP

可调螺距螺旋桨CPP ---之生产商篇

可调螺距螺旋桨CPP （Controllable Pitch Propeller)，一般称为可调桨或调距桨，此称呼是相对于定距桨FPP （Fixde Pitch Propeller）而言的，在推进器中属于高端产品，性能好，价格高。

可调桨技术来源于国外，世界知名的推进器制造商有：瑞典的卡梅瓦

(KAMEWA)、芬兰的瓦锡兰（WASILTA ）、德国的肖特尔（SCHOTTEL ）、挪威的博格（BERG ）。卡梅瓦的调距桨技术全世界首屈一指，“Aquamaster”是其旗下世界知名的全回转舵桨品牌，现在卡梅瓦被英国罗尔斯-罗伊斯（Rolls-Royce ）兼并，但是人们一直对“卡梅瓦”津津乐道，当初卡梅瓦是世界上生产调距桨最大的公司，根据生产卡普兰水轮机的经验，该公司从1937年即生产出第一台船用调距桨，全球多家公司均引进卡梅瓦专利进行生产，如日本三菱公司、美国伯德. 约翰逊公司等。肖特尔的产品有可调桨、侧向推进器、舵桨、喷水推进器等，其SRP 舵桨是世界第一品牌。瓦锡兰不但生产推进器，还是世界上最著名的柴油机制造商，兼并了荷兰的列泼斯（LIPS ）推进器，列泼斯是专门生产推进器的厂商，创立于1928年，是世界上从事调距桨生产较早的公司之一，在日本、法国、美国、意大利、西班牙、加拿大等地均有该公司子公司或制造商，其产品涵盖侧推、调距桨、定距桨、舵桨、喷水推进器等，并入瓦锡兰后其推进器品牌仍为LIPS 。

国内从事可调桨生产的公司数量很少，整体技术实力不强，均处于起步、探索之阶段。

国内70年代引进了瑞典卡梅瓦和德国肖特尔的技术，以上海704船舶研究所为设计单位，苏州船用机械厂和武汉船用机械厂（即编号461厂）为生产单位，三家单位均有卡梅瓦和肖特尔的整套图纸，是国内最早从事可调桨设计、生产的单位。但是早期无论704所还是苏船和461厂均是国企的性质，企业的发展没有竞争机制，满足于现状，不求进取，对技术不够重视，推进器技术的发展与国家重金引进的投入不成正比，导致国内推进器技术一直比较落后，大量船舶所需推进器仍然严重依赖进口。后来由于企业改制，及经营不善等原因，苏船内部人员出来创业单干，大量技术人员流失，于是出现了苏州通顺、苏州金页、苏州考斯克等生产推进器的小公司，均源自苏船的技术。

之后704所也单独成立了上海推进器公司，负责推进器的设计，并与461厂合作，按照上推设计，461厂生产的模式，开展可调桨的生产。461厂随着技术的进步，人员素质的提高，也有了独立生产的能力，最近又和德国MAN 公司合作，引进MAN 的可调桨技术。2008年刚出现的上海汉力士船用机械有限公司（HELICE ），部分技术人员来自704所，并聘请了原苏船的一部分技术人员，因市场开发做的成功，并具有低廉的成本优势，汉力士公司成了推进器市场上的一匹给力的黑马。

随着中国成为世界造船中心，造船量超过韩国，跃居世界第一，国内推进器具有无限的市场，吸引着全球的船配商的眼光，国外推进器制造商纷纷瞄准中国市场，或在中国寻找合作伙伴，或成立分公司，从事推进器的生产、安装、服务，但一般不在国内设计，仅在中国从事代加工或安装。如罗尔斯-罗伊斯在中国上海原南汇区有一个工厂，从事侧推的安装、调试等。

德国ZF 海事集团，2006年与南京高速齿轮箱厂（NGC ）即中国传动集团，合作生产船用齿轮箱及可调桨，ZF 提供图纸，NGC 组织生产。经过几年的努力，NGC 的技术人员也掌握了可调桨的设计、生产技术，其技术直接来源于ZF 图纸的模仿、摸索，具备了国外齿轮箱、可调桨的整体打包能力，完全按ZF 标准生产。杭州齿轮箱厂与法国马森公司合作，引进马森公司的可调桨技术，包括毂内油缸式和推拉杆式可调桨。杭齿可调桨起步晚，处于技术吸收阶段，还有待于技术的进一步消化。

可调螺距螺旋桨CPP---之原理篇

可调螺距螺旋桨CPP （简称可调桨或调距桨）通过设置于桨毂中的操纵机构使桨叶能够相对于桨毂转动调节螺距的螺旋桨，它是通过转动桨叶来改变螺距，从而改变船舶航速或正车、倒车，调距桨装置由桨叶、桨毂机构、轴系（艉轴、艉管、中间轴等）、配油器、液压系统和电子遥控系统等几大部件或系统组成。

调距桨结构形式可以分为毂内油缸式和推拉杆式，毂内油缸式CPP 其伺服油缸布置在桨毂内部，而推拉杆式CPP 其伺服油缸布置在轴系上，前者一般用于大马力船舶，但油缸维修不方便，后者一般用于小马力船舶，油缸维修方便。

可以在驾驶室、集控室、机旁控制CPP 。在驾驶室操纵控制杆，电液伺服控制系统通过配油机构，将来自液压站的高压油输入到位于螺旋桨桨毂中的伺服油缸，并通过转叶机构，驱动桨叶，在全正车和全倒车范围内，无级调节螺距角。对于任一规定的螺距角，由主机驱动的以某一转速运转的螺旋桨将吸收的扭矩转化为推船前进的力或拉船倒退的力。

可调螺距螺旋桨与定距桨相比具有以下优点：

1. 调距桨能够在不改变螺旋桨和主机转向的情况下，仅用改变螺距的方法得到从最大正值到最大负值的各种推力值，既可以省去换向装置，又可缩短船舶换向航行的时间。

2. 对于多工况船舶，可以在不同航行工况下充分吸收主机的功率，利用无级变速，如若螺旋桨与主机处于联合控制模式下即同时改变主机转速和螺距比并使之匹配适当，可以使船舶在单位时间内消耗的燃料最少。

3. 可以使船舶微速前进，如海洋调查船、布缆船、扫雷舰等工程船和军用辅助船，要求船舶能够微速稳定航行，利用调距桨可以实现。

4. 改善船舶操纵性能。装有调距桨的船舶可以提高靠离码头、改变航向、紧急停车或倒车、避免碰撞的机动性能。使用调距桨的船舶停船时间大约比定距桨减少1/3，滑行距离缩短一半，这对于改善船舶操纵性能十分重要。

5. 在部分螺旋桨工作状态下，用置桨叶于顺水位的方法可使螺旋桨所受阻力减少。

调距桨具有诸多优点，但是同时也有自身的缺点：如毂径比大，螺旋桨效率降低；桨叶易产生空泡等；可调桨构造复杂，造价昂贵；维护技术要求高等。

广泛采用调距桨的船型有：拖船、渔船、工程船（布缆船、挖泥船等）、调查船、科学考察船、油船、渡船、滚装船、破冰船等。

关于可调螺距螺旋桨CPP---之桨毂篇

可调螺距螺旋桨的桨毂起到支持、连接桨叶与轴系、传递功率的作用。目前大功率螺旋桨桨毂的结构多是毂内油缸式，即桨毂内置伺服油缸。桨毂内转叶机构一般是单曲柄--滑块机构，主要零件有油缸、活塞、桨壳体、导架、桨叶盘根、滑块、防转条、螺栓等。

其工作原理：来自配油器的高压油进入伺服油缸的左侧，推动活塞轴向运动，活塞与导架连接为一体，导架与活塞一起运动，导架与桨叶盘根之间有一曲柄--滑块，此机构将导架的轴向运动转变成旋转运动，桨叶盘根与桨叶通过高强度的螺栓连接成一体，桨叶与盘根同时旋转，进而改变桨叶螺距，船向正车方向航行；当高压油进入伺服油缸右侧时，船向倒车方向航行。

桨毂内部分高压腔和低压腔，高压腔调距用，低压腔润滑用，各腔之间通过密封件密封。如活塞外圆上设置格莱圈使正倒车两个高压腔密封，活塞杆上有活塞杆密封如“U”形圈等使高压腔与低压腔密封，叶根通过“O”形圈或方形圈与外接密封，防止海水进入桨毂内部。

为了防止海水腐蚀，与海水接触的零件，如油缸、桨壳体材料需选择耐海水腐蚀的材料Cu3(镍铝青铜) 或Cu4（锰铝青铜）。油缸与桨壳体通过螺栓连接，桨叶盘根与桨叶也通过螺栓连接，为了防止海水腐蚀，螺栓选择不锈钢螺栓。

可调螺距螺旋桨CPP---之桨叶篇

调距桨桨叶数量有3叶、4叶、5叶等，通常以4叶为标准设计，无特殊要求者均考虑4叶。

因桨叶浸泡在海水中，要求材料耐海水腐蚀和海洋生物的污损，桨叶运转时承受较大的周期性的载荷，且桨叶易碰到礁石、冰块等。所以调距桨桨叶材料一般为Cu3(镍铝青铜) 、Cu4(锰铝青铜) ，这种材料不但难腐蚀而且强度高，疲劳特性好，同时较容易加工。

调距桨桨叶叶型多设计成侧斜桨，侧斜是指桨叶剖面偏离螺旋桨平面，一般当侧斜角大于或等于两个桨叶之间夹角的一半时，可称为大侧斜。螺旋桨直径不变，采用大侧斜桨叶叶型可使振动脉冲减小50%以上，而螺旋桨效率并不降低。因此在保持螺旋桨振动水平不变时，可增大螺旋桨直径，提高螺旋桨效率。(一般可增加9%-10%，而效率提高5%-6%)。调距桨桨叶叶型同时还设计成纵斜，纵斜即0.9R 叶梢处偏离母线的夹角，纵斜可以增大叶梢与船体板之间的间隙，从而减小振动。

螺旋桨按桨叶直径可以分为大、中、小三个类型：

大型螺旋桨，桨叶直径D ＞3.5m

中型螺旋桨，桨叶直径1.5m ＜D ＜3.5m

小型螺旋桨，桨叶直径D ＜1.5m

桨叶加工精度按ISO848的要求，分为S 、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ四级，一般按Ⅰ级要求（高精度）。

可调螺距螺旋桨CPP---之轴系篇

可调桨典型轴系配置：一般包括主机（M.E. ）、高弹性联轴器、齿轮箱（G.B. ）、CPP 轴系、螺旋桨等。

主机：有高速机、中速机和低速机，一般工程船CPP 优先配备中速机。国内船用柴油机厂家有宁动、广柴、陕柴、镇柴、淄柴、河柴、安庆大发、玉柴、潍柴...... ，都是引进国外技术，授权贴牌生产，不具备独立研发能力，与国外柴油机厂家如曼恩、瓦锡兰、卡特彼勒、康明斯、马克、大发...... 技术实力差距较大。

齿轮箱：中速机额定转速一般500~1000rpm，而桨的转速一般~200rpm，所以需要设置减速齿轮箱。国内船用齿轮箱厂家主要有，杭齿、重齿、南高齿、杭州发达等，国内齿轮箱技术已经发展比较成熟，达到了技术独立研发的能力，能够基本满足船舶推进系统要求，近年来随着技术的进步，主推进系统的双机并车齿轮箱也已经开发出来了。一般CPP 配备的齿轮箱会带有PTO （Power Take Out），如果是一个PTO ，此PTO 一般用于带轴带发电机，此轴发发出的电可以供船上艏（艉）侧推用电；如果齿轮箱带有两个PTO ，另一个PTO 一般带消防泵。齿轮箱输出轴设置推力轴承，用于承受螺旋桨的推力，将螺旋桨的推力传递给船体，此推力轴承可以是滑动轴承也可以是滚动轴承。有些船上齿轮箱与轴发部位设置PTI （Power Take In），即当主机有严重问题无法工作时，齿轮箱将主机脱开后，此轴发逆向工作驱动螺旋桨运转。

高弹性联轴器：主机和齿轮箱之间通过高弹性联轴器（简称高弹）连接，高弹只传递扭力，不传递轴向推力，可以减轻主机振动对齿轮箱的影响，还可以补偿主机和齿轮箱安装时的径向误差。高弹与主机输出轴、高弹与齿轮箱输入轴之间通过法兰连接。齿轮箱PTO 与轴发或消防泵也用高弹连接。目前使用最多的、被大部分船东认可的高弹产品是德国伏尔康高弹，在无锡有工厂，主要部件靠进口，国内组装。一般船舶轴系扭振强度计算书由高弹厂家负责计算。

CPP 轴系：包括中间轴、桨轴、艉管、配油器、轴系附件（轴系接地装置、隔舱填料函、轴系测速装置、锁轴装置等）、液压联轴器、连接螺栓等。中间轴与齿轮箱、中间轴与中间轴之间连接的螺栓一般是铰制孔螺栓，可以采用液氮或干冰冷装也可以采用外力敲击的方法。中间轴与桨轴通过液压联轴器连接，液压联轴器是带有锥度的内外套（也有不带内套的），通过摩擦力抱紧轴，传递轴向推力和扭力，分为套筒式和法兰式，安装拆卸方便，且可以多次反复拆装。