【船海讲坛】可调桨的工作原理你知道么？带动画和轮机长视频讲解

1. CPP简介

可调螺距螺旋桨，简称可调桨或调距桨，以下为了方便描述全部简称CPP。它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从而调节螺距，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。

2. CPP和FPP对比

CPP的优点：

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。

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。

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。

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。

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。

CPP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。

3. CPP的原理

CPP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。

3.1 推进系统

CPP典型典型推进系统包括主机、高弹性联轴器、齿轮箱、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。

齿轮箱：中速机额定转速一般500~1000转，而桨的转速一般约200转，所以需要设置减速齿轮箱。一般CPP配备的齿轮箱会带有PTO，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，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。

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，通常采用液氮或干冰冷冻安装。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。

3.2 桨毂的原理

CPP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。

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。

3.3 桨叶

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。

最后再来看看大连海事大学轮机长，王忠忱副教授讲解的CPP组成和船上的实践培训。

本期编辑：船之骄子

文稿信息：船海人平台笔记

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