Analyse complète des hélices à hauteur fixe (FPP)

Dans le vaste domaine de la technologie de la propulsion marine, le Hélice à pas fixe FPP A longtemps tenu une position centrale comme une étoile brillante. En tant que composant clé du système de propulsion du navire, FPP continue de stimuler le développement vigoureux de l'industrie du transport maritime mondial et de diverses opérations de navires avec sa conception unique et ses excellentes performances. De la navigation stable des pétroliers géants à travers les océans aux opérations flexibles des petits bateaux de pêche dans les eaux côtières, le FPP joue un rôle indispensable, et sa maturité technique et sa large application en font un classique dans le domaine de l'ingénierie maritime.

I. Principe de travail et conception structurelle du FPP

La hauteur d'un FPP est déterminée pendant la phase de fabrication et ne peut pas être ajustée pendant le fonctionnement du navire. Cette caractéristique signifie qu'il doit être précisément adapté aux exigences de navigation spécifiques du navire au stade de conception initial. Son principe de travail est basé sur la théorie spirale d'Archimède. Lorsque l'hélice tourne, les lames, comme un plan incliné rotatif, coupent en continu dans l'eau et poussent le débit d'eau vers l'arrière. Plus précisément, chaque lame de l'hélice présente une forme incurvée spécifique. Pendant la rotation, la lame exerce une composante de poussée axiale et un composant de force circonférentiel sur l'eau. Le composant de poussée axiale pousse l'eau vers l'arrière, et selon la troisième loi de Newton, l'eau donne à l'hélice une force de réaction égale et opposée, qui est la puissance centrale pour propulser le navire vers l'avant ou vers l'arrière. La composante de force circonférentielle fait tourner le débit d'eau, et cette partie de l'énergie est généralement gaspillée. Par conséquent, pendant la conception, la forme de la lame sera optimisée pour minimiser cette perte d'énergie et améliorer l'efficacité de la propulsion.

Structurellement, un FPP se compose principalement d'un hub et de lames. Le concentrateur est un composant clé reliant l'hélice à l'arbre de l'hélice du navire. Sa forme est généralement cylindrique ou conique, avec des claviers ou des brides à l'intérieur, qui sont étroitement connectés à l'arbre de l'hélice pour assurer une transmission efficace du couple du moteur aux lames. Le matériau du hub doit avoir une résistance élevée et une bonne ténacité pour résister à un couple énorme et à la force d'impact de l'eau. Les matériaux communs incluent l'acier forgé et l'acier à mouler. Les lames sont la partie centrale qui génère la poussée, et leur nombre est généralement de 3 à 7. Différents nombres de lames et des conceptions de forme ont un impact significatif sur les performances de l'hélice. Par exemple, une hélice à 3 lames a une structure relativement simple, un poids léger et une efficacité élevée à haute vitesse, ce qui le rend adapté à quelques petits bateaux à vitesse ou à des cargos à grande vitesse; Les hélices à 4 lames et 5 lames fonctionnent mieux en termes d'équilibre et de réduction du bruit et sont largement utilisés dans les grands navires marchands et les navires navals; tandis que les hélices à 6 lames et 7 lames sont plus couramment utilisées dans des navires spéciaux qui nécessitent une forte poussée et doivent supprimer la cavitation, comme les brise-glaces. La forme transversale de la lame est généralement un profil aérodynamique, qui peut générer un grand lifting (c'est-à-dire la poussée) tout en réduisant la résistance pendant la rotation. La longueur, la largeur, l'angle de torsion et d'autres paramètres de la lame sont tous calculés et optimisés avec précision pour garantir des performances de propulsion optimales dans des conditions de conception. De plus, il existe différentes façons de connecter les lames au centre, telles que la coulée intégrale et le soudage. Les hélices à coulé intégralement ont une résistance plus élevée et conviennent aux grands navires, tandis que les structures soudées sont plus utilisées dans les hélices de petites et moyennes, facilitant la fabrication et l'entretien.

Ii Large gamme d'applications

FPP possède un large éventail d'applications, couvrant de nombreux types de navires différents, et son application dans divers domaines est basée sur ses avantages de performance uniques.

Dans le domaine des navires marchands, de grands cargos, des pétroliers, des récipients, etc., utilisent souvent le FPP comme dispositif de propulsion. Ces navires effectuent généralement un transport à longue distance à des vitesses relativement stables, et leurs conditions de navigation sont relativement fixes. Prenant un pétrolier géant avec une capacité de charge de centaines de milliers de tonnes à titre d'exemple, il navigue principalement sur les principales voies de transport du pétrole brut dans le monde, avec une vitesse généralement maintenue à environ 15 à 18 nœuds. Le FPP a une efficacité élevée dans des conditions de vitesse de rotation et de charge aussi spécifiques, permettant au navire de naviguer de manière stable avec une faible consommation de carburant. Les statistiques montrent que les pétroliers équipés de FPP conçus de manière optimale ont une consommation de carburant de 5% à 10% de navires similaires à l'aide d'autres dispositifs de propulsion. Pour les pétroliers qui naviguent chaque année des dizaines de milliers de miles nautiques, cela peut réduire efficacement les coûts d'exploitation, et les avantages économiques accumulés sont considérables. Les navires à conteneurs sont également des cibles d'application importantes de FPP, en particulier les doublures qui voyagent sur des itinéraires fixes. Leur temps de navigation et leur vitesse sont strictement planifiés, et la stabilité et l'efficacité du FPP peuvent s'assurer qu'ils arrivent dans les ports à temps, assurant le fonctionnement fluide de la chaîne d'approvisionnement mondiale.

En termes de navires navals, le FPP joue également un rôle important. Les patrouilles doivent effectuer des tâches de patrouille fréquentes dans les zones côtières et avoir des exigences élevées pour la vitesse et la fiabilité. Le FPP peut fournir une poussée stable lorsque vous voyagez à grande vitesse, et sa structure simple est pratique pour la maintenance sur le navire, ce qui réduit la probabilité d'échecs. En tant que l'un des principaux navires navals, les frégates doivent effectuer diverses tâches telles que l'anti-submarine, l'anti-navire et l'escorte. Dans les opérations anti-sous-marine, les avantages du FPP sont particulièrement évidents. En optimisant la forme de la lame et la conception de tangage, la survenue de cavitation peut être effectivement supprimée. La cavitation se réfère au phénomène où l'eau se vaporise pour former des bulles lorsque la pression sur la surface de la lame tombe à un certain niveau lorsque l'hélice tourne, et les bulles produisent une force d'impact et un bruit énormes lorsqu'ils s'effondrent. La conception optimisée du FPP peut réduire la génération et l'effondrement de la cavitation, réduisant ainsi le bruit généré par l'hélice, améliorant la dissimulation du navire, permettant à la frégate de détecter et d'attaquer plus efficacement les sous-marins ennemis et d'améliorer les capacités de combat anti-sous-marine.

En outre, dans le domaine du développement des ressources marines, des navires spéciaux tels que les navires de fourniture offshore et les navires de recherche scientifique utilisent également largement le FPP. Les navires d'approvisionnement offshore doivent fournir des matériaux aux plates-formes pétrolières offshore, aux navires de forage, etc., et opèrent souvent dans des zones de mer peu profonde et des conditions de mer complexes. Le FPP peut être personnalisé en fonction de leurs caractéristiques de fonctionnement pour assurer la bonne maniabilité et les performances de propulsion lors de la navigation à basse vitesse et l'accosant à point fixe. Les navires de recherche scientifique marine doivent mener des recherches scientifiques à long terme dans différentes zones maritimes et peuvent avoir besoin d'effectuer des observations, un échantillonnage et d'autres opérations dans des zones maritimes spécifiques. La stabilité du FPP peut garantir que le navire maintient une position relativement fixe dans le vent et les vagues, offrant un environnement de travail stable aux chercheurs. Par exemple, certains navires de recherche scientifique utilisés pour l'exploration en haute mer sont équipés d'un FPP qui peut contrôler précisément le mouvement du navire à basse vitesse, coopérant avec l'équipement de détection à bord pour compléter la collecte de données marines de haute précision. Leurs lames adoptent une conception spéciale en accord large, qui peut former un champ d'écoulement d'eau plus stable à faibles vitesses de rotation, garantissant que la plage de fluctuation de la poussée du navire est contrôlée à 2% dans la plage à basse vitesse de 0,5 à 3 nœuds. Pour réduire l'adhésion des organismes marins, la surface de la lame est recouverte d'un revêtement anti-confection non toxique contenant de l'oxyde cuivreux. Ce revêtement peut lentement libérer les ions cuivrés pour inhiber l'adhésion des bernacles, des moules et d'autres organismes, de sorte que la zone de biofulage de surface de l'hélice ne dépasse pas 5% pendant 6 mois consécutifs d'opérations offshore, évitant efficacement une baisse significative de l'efficacité de la propulsion. Dans le même temps, les bords de la lame sont arrondis pour réduire le bruit de perturbation du débit d'eau pendant la rotation à basse vitesse, fournissant un environnement calme pour l'observation des instruments acoustiques de précision à bord.

Iii. Caractéristiques de base des produits FPP

(I) Caractéristiques de performance

Propulsion efficace : Dans les conditions de travail spécifiques conçues, le FPP peut convertir la puissance du moteur en propulsion du navire avec une grande efficacité. Cela bénéficie de l'optimisation précise des paramètres tels que la forme et la hauteur de la lame, de sorte que dans la vitesse de conception et les conditions de charge, le débit d'eau peut circuler à travers les lames de la manière la plus fluide avec une perte d'énergie minimale. Lorsque le navire navigue à la vitesse de conception, son efficacité de propulsion peut atteindre 60% à 70%, et certains FPP conçus de manière optimale peuvent même atteindre plus de 75%. Ce niveau d'efficacité est beaucoup plus élevé que celui de certains dispositifs de propulsion avec des performances équilibrées dans diverses conditions de travail mais pas d'avantages exceptionnels. Par exemple, dans la navigation normale des grands cargos, le FPP peut maintenir de manière stable un état de propulsion à haute efficacité. En supposant que la puissance du moteur d'un cargo est de 50 000 chevaux, FPP peut convertir 30 000 à 35 000 chevaux en propulsion efficace à la vitesse de conception, ce qui permet d'économiser beaucoup de coûts pour le transport à longue distance. De plus, cette efficacité élevée peut être maintenue au cours de la principale étape de navigation du navire et ne baissera pas de manière significative en raison de changements mineurs dans les conditions de travail.

Stabilité forte : En raison de la hauteur fixe, les performances de propulsion du navire sont relativement stables pendant le fonctionnement, et il n'y aura pas de fluctuations de poussée en raison des changements de pas. En effet, l'angle de lame et la hauteur du FPP sont fixés après la fabrication. Tant que la vitesse du moteur est stable, la poussée générée restera dans une plage relativement stable. Cette stabilité rend le navire plus stable pendant la navigation, et les membres de l'équipage peuvent contrôler le cours et accélérer plus précisément lors de la manœuvre du navire. Surtout dans des conditions de mer sévères, telles que la rencontre de vents et de vagues forts, le navire sera soumis à une grande interférence externe, et la sortie stable de la poussée du FPP peut aider le navire à résister à ces interférences, à réduire la secousse et la bosse du navire causées par une poussée instable et à réduire les risques de sécurité. Par exemple, pendant la saison du typhon, les cargos équipés de FPP peuvent maintenir une attitude de navigation relativement stable lors du passage dans les zones de vent et des vagues, réduisant le risque de déplacement de cargaison et de dommages causés par les navires.

Adaptabilité à des conditions de travail spécifiques : Bien que la hauteur ne puisse pas être ajustée, la conception sera entièrement optimisée dans le but spécifique et les conditions de travail courantes du navire. Les concepteurs détermineront le nombre le plus approprié de lames, de forme, de tangage et d'autres paramètres à travers un grand nombre de calculs et de tests de simulation en fonction de facteurs tels que le type de navire, le déplacement à pleine charge, la vitesse de conception et les conditions hydrologiques des voies courantes. Pour les navires avec des conditions de navigation relativement fixes, telles que les navires de fret et les navires d'ingénierie réguliers opérant dans des zones de mer fixes, le FPP peut exercer les meilleures performances. Prenant des revêtements de conteneurs qui voyagent régulièrement entre la Chine et l'Europe à titre d'exemple, leurs voies de navigation sont fixes, leur vitesse est essentiellement maintenue à 20-25 nœuds et leur charge est également relativement stable (pleine charge lors du départ, vide ou demi-charge au retour). Les concepteurs optimiseront les paramètres du FPP pour cette condition de travail spécifique pour qu'il ait l'efficacité de propulsion la plus élevée dans cette plage de vitesse et de charge. Pour les tugboats qui aident au chargement des cargaisons et au déchargement près des ports, bien que leur vitesse de navigation ne soit pas élevée, ils doivent démarrer, arrêter et changer fréquemment de direction. Les concepteurs se concentreront sur l'optimisation des performances de poussée et de la maniabilité du FPP dans des conditions de travail à basse vitesse et variables pour s'adapter à leurs caractéristiques de fonctionnement.

(Ii) le processus de fabrication

La fabrication de FPP est un processus complexe et précis impliquant un contrôle strict de plusieurs liens, chacun ayant un impact important sur les performances et la qualité du produit final.

Premièrement, la sélection de matériaux doit être déterminée en fonction de l'environnement d'exploitation et des exigences de performance du navire. Pour les FPP qui travaillent dans des environnements corrosifs tels que l'eau de mer, les matériaux avec une forte résistance à la corrosion sont généralement sélectionnés. Parmi les matériaux métalliques traditionnels, les alliages de cuivre (comme le bronze en nickel-aluminium) sont couramment utilisés. Ils ont une bonne résistance à la corrosion de l'eau de mer, une forte résistance et une ténacité, et peuvent résister à l'impact et à la friction de l'eau de mer. L'acier inoxydable est utilisé à certaines occasions avec des besoins en résistance à la corrosion plus élevés, mais son coût est relativement élevé. Ces dernières années, des matériaux composites tels que le plastique renforcé de fibre de carbone (CFRP) ont progressivement émergé. Les matériaux composites présentent les avantages du poids léger, de la forte résistance et de la forte résistance à la corrosion. Le FPP fait de matériaux composites peut réduire efficacement le poids du navire, réduisant ainsi la consommation d'énergie et améliorant l'économie de carburant. Par exemple, le FPP en CFRP est de 30% à 50% plus léger que les hélices de cuivre de la même taille, ce qui a un effet significatif sur l'amélioration des performances de navigation du navire et la réduction de la consommation d'énergie.

Pour les matériaux métalliques, des processus tels que la fusion et la coulée sont nécessaires. Pendant le processus de fusion, la proportion de composants en alliage doit être strictement contrôlée pour assurer la pureté et les propriétés mécaniques du matériau. Par exemple, lors de la fusion du bronze en nickel-aluminium, le contenu du nickel, de l'aluminium, du cuivre et d'autres éléments doit être contrôlé avec précision pour garantir que la résistance, la ténacité et la résistance à la corrosion du matériau répondent aux exigences de conception. Le processus de coulée consiste à verser le métal fondu dans un moule pour la formation. Au cours de ce processus, des paramètres tels que la température et la vitesse de versement doivent être strictement contrôlés pour éviter les défauts tels que les pores, les fissures et les cavités de rétrécissement. Pour la coulée de gros FPP, la coulée de sable ou la coulée de moisissure métallique est généralement utilisée. La coulée de sable convient aux grandes hélices avec des formes complexes, mais la qualité de la surface et la précision dimensionnelle sont relativement faibles; La coulée de moisissure métallique peut obtenir une précision dimensionnelle plus élevée et une qualité de surface, mais le coût du moule est élevé, ce qui convient à la production de masse.

Le traitement de la lame est un lien clé dans le processus de fabrication. Les blancs de lame après le moulage doivent être usinés avec précision pour répondre aux exigences de conception pour la forme et la précision dimensionnelle. En utilisant des équipements d'usinage de précision tels que des machines-outils CNC de liaison à cinq axes, les lames sont coupées, terrestres et autres transformées en fonction des dessins de conception. Les machines-outils CNC de liaison à cinq axes peuvent réaliser des mouvements complexes dans plusieurs directions, usinant avec précision les formes incurvées complexes des lames, garantissant que les performances aérodynamiques des lames répondent aux normes de conception. Pendant le traitement, les instruments de mesure de haute précision (tels que les machines de mesure des coordonnées) doivent être utilisés pour détecter en temps réel la taille et la forme des lames pour garantir que l'erreur se trouve dans la plage admissible. La qualité de surface des lames est également cruciale. Une surface lisse peut réduire la résistance au débit d'eau et améliorer l'efficacité de la propulsion. Par conséquent, après traitement, un traitement de surface tel que le polissage et le placage est nécessaire. Le polissage peut éliminer les marques de traitement sur la surface de la lame, réduisant sa rugosité de surface à RA0,8 μm; Le placage peut encore améliorer la résistance à l'usure et la résistance à la corrosion de la lame. Les plateaux communs incluent le placage chromé et le placage en nickel, qui peut former un film de protection dur sur la surface de la lame, prolongeant la durée de vie de l'hélice.

Enfin, le FPP fabriqué est soumis à une inspection de qualité stricte. L'inspection de la précision dimensionnelle garantit que la taille de chaque partie de l'hélice répond aux exigences de dessin de conception, évitant l'impact sur la coopération avec l'arbre de l'hélice et les performances de propulsion dues à des écarts dimensionnels. Le test d'équilibre vise à éliminer le déséquilibre de l'hélice. Une hélice déséquilibrée générera une grande force centrifuge lors de la rotation, ce qui fait vibrer le navire, affectant le confort de navigation et la vie de l'équipement. Le test d'équilibre est généralement effectué sur une machine d'équilibrage spéciale. En mesurant la vibration de l'hélice pendant la rotation, la position et la taille du déséquilibre sont déterminées, puis l'équilibre est corrigé en éliminant ou en ajoutant des poids. Le test de résistance consiste à inspecter les propriétés mécaniques de l'hélice lorsqu'elle est soumise au couple et à la poussée de conception maximale pour s'assurer qu'il ne se casse pas ou ne se déformera pas. Les méthodes de test de résistance commune comprennent le test de chargement statique et le test de fatigue dynamique. Le test de charge statique applique une certaine charge à l'hélice pour mesurer sa déformation et sa distribution de contrainte; Le test de fatigue dynamique simule la situation de force de l'hélice pendant le fonctionnement à long terme et inspecte sa durée de vie de fatigue grâce à une charge cyclique multiple. Seul le FPP qui transmet toutes ces inspections de qualité peut être assurée pour répondre aux normes et exigences pertinentes et être mis en usage pratique.

(Iii) Différences par rapport aux autres propulseurs

Le FPP diffère considérablement des autres types de propulseurs en termes de structure, de performance et de scénarios applicables. Comprendre ces différences aide à faire des choix appropriés dans la conception et la sélection des navires.

Par rapport à l'hélice de hauteur contrôlable (CPP), la plus grande différence de FPP est de savoir si la hauteur peut être ajustée. Le CPP peut modifier la hauteur des lames à tout moment pendant le fonctionnement du navire via un système de contrôle hydraulique complexe pour s'adapter à différentes exigences de vitesse et de charge. Par exemple, lorsque le navire doit accélérer, le CPP peut augmenter le terrain pour augmenter la poussée; Lorsque le navire doit décélérer ou inverser, il peut réduire la hauteur ou même modifier la direction de tangage, ce qui est flexible et pratique pour fonctionner, avec une meilleure maniabilité et une meilleure adaptabilité. Cette caractéristique rend le CPP adapté aux navires avec des conditions de navigation variables, tels que des tours et des bateaux de pêche. Les tugboats doivent changer fréquemment la taille et la direction de la poussée pour aider les grands navires à l'accostage et à l'alcool, et les bateaux de pêche doivent ajuster la vitesse et la force de propulsion à tout moment en fonction des besoins des opérations de pêche. Cependant, CPP a une structure complexe, contenant de nombreuses pièces mobiles (telles que des pistons, des bielles de connexion, des mécanismes de servomotes, etc.) et des systèmes de contrôle hydraulique, ce qui augmente non seulement le coût de fabrication (généralement 30% à 50% plus élevé que le FPP de la même spécification), mais augmente également considérablement la difficulté et le coût de la maintenance ultérieure. Le système hydraulique est sujet aux fuites d'huile, au brouillage et à d'autres défauts, nécessitant une inspection et une entretien régulières, augmentant les coûts d'exploitation du navire. En revanche, le FPP a une structure simple, pas de mécanisme de hauteur variable complexe, un faible coût de fabrication et en raison du petit nombre de composants, le taux de défaillance est faible et la fiabilité est élevée. Dans des conditions de travail stables spécifiques, le FPP peut également atteindre un niveau élevé d'efficacité de propulsion, adapté aux navires avec des conditions de navigation relativement fixes, telles que les grands cargos et les pétroliers.

Par rapport aux propulseurs à jet d'eau, le FPP génère la poussée en exerçant directement la force sur l'eau par la rotation de la lame, tandis que les propulseurs de jet d'eau génèrent une poussée en suçant de l'eau à travers une pompe à eau, puis en l'éjectant à grande vitesse à travers une buse. La buse du propulseur de jet d'eau peut être dirigée avec flexion pour réaliser la direction et l'inversion du navire, avec une bonne maniabilité. Le navire a un petit rayon de tournage et peut même atteindre un tournant sur place ，, ce qui convient très à des navires avec des exigences de maniabilité élevée, telles que les bateaux à vitesse et les navires militaires. Dans le même temps, les composants de propulsion du propulseur de jet d'eau sont situés à l'intérieur de la coque, réduisant les protubérances sous-marines, ce qui réduit le risque de dommages causés par la mise à la terre, et son bruit de fonctionnement est relativement faible, ce qui est propice à l'amélioration de la dissimulation du navire. Cependant, l'efficacité de propulsion du propulseur de jet d'eau est relativement faible, en particulier lors de la navigation à des vitesses élevées, en raison d'une grande perte d'énergie pendant l'aspiration et l'éjection de l'eau, son efficacité de propulsion est généralement de 10% à 20% inférieure à celle du FPP. De plus, le propulseur de jet d'eau a une structure complexe, y compris plusieurs composants tels que les pompes à eau, les buses et les systèmes de transmission, avec des coûts de fabrication et d'entretien élevés, et est facilement bloqué par des débris dans l'eau (comme les plantes aquatiques, les pierres, etc.), affectant un fonctionnement normal. Le FPP présente des avantages en termes d'efficacité et de coût de propulsion, avec une structure simple, pas facile à bloquer, et un entretien pratique, et est largement utilisé dans divers navires marchands et la plupart des navires militaires.

(Iv) Différences de performances et scénarios applicables de FPP avec différents matériaux

En plus des paramètres de conception susmentionnés, la sélection des matériaux du FPP a également un impact significatif sur ses performances. Différents matériaux ont leurs propres avantages et inconvénients en termes de résistance, de résistance à la corrosion, de poids, etc., et conviennent à différents navires et environnements de navigation.

Iv. Comment choisir FPP adapté à des navires spécifiques

Le choix d'une hélice fixe (FPP) adaptée à un navire spécifique nécessite de considérer plusieurs facteurs tels que le type de navire, le système électrique et l'environnement de navigation, et la réalisation de propulsion efficace grâce à une correspondance précise. Voici des méthodes de sélection spécifiques:

(I) Positionner les exigences de base basées sur le type de navire et le but

Les caractéristiques de fonctionnement de différents navires déterminent la direction de conception du FPP:

Navires marchands (comme les cargos, les pétroliers, etc.): principalement engagés dans une navigation stable à longue distance, avec la priorité accordée à l'efficacité de la propulsion et à l'économie de carburant. Il est nécessaire de correspondre à 4-5 FPP de grand diamètre (par exemple, un transporteur en vrac de 180 000 tonnes est équipé d'une hélice en bronze en nickel-aluminum de 5 à 6 mètres) pour réduire la consommation de carburant, ce qui représente 30% à 50% du coût opérationnel.
Navires militaires: les navires anti-sous-marins doivent supprimer le bruit de cavitation à travers une conception de profil aérodynamique supercavitant 5-7; Les bateaux de patrouille à grande vitesse utilisent 3-4 lame mince aérodrome pro Pro

Pellers (comme un bateau à 40 nœuds équipé d'un FPP de 1,8 mètre de diamètre) pour équilibrer la réponse et la maniabilité à grande vitesse.

Navires spéciaux: les navires d'approvisionnement offshore ont besoin d'une conception à lame large pour améliorer le coefficient de poussée à basse vitesse et assurer un positionnement précis; Les lames de navires de recherche scientifique ont besoin d'un revêtement nano-ceramique pour empêcher la biofoux (zone d'encrassement de 6 mois <5%), et la fluctuation de la poussée est ≤ 2% à basse vitesse (50-150 tr / min).

(Ii) Faire correspondre strictement les paramètres du système d'alimentation

Correspondance de puissance: la puissance absorbée par l'hélice doit correspondre à la puissance nominale du moteur avec une erreur contrôlée à ± 5%. Par exemple, un moteur diesel de 10 000 kW est adapté à un FPP qui absorbe 9 500-9 800 kW de puissance pour éviter le "surplus de puissance" ou la surcharge du moteur.
Correspondance de vitesse: la vitesse nominale du moteur détermine la vitesse de conception de l'hélice. La vitesse de l'hélice doit être adaptée à la vitesse du moteur à travers le rapport de transmission de l'arbre de l'hélice pour garantir que l'hélice peut générer la poussée de conception à la vitesse nominale. Différents types de moteurs ont des gammes de vitesse d'hélice applicables différentes: les moteurs diesel à grande vitesse (1500-2000r / min) conviennent aux petites hélices à grande vitesse. Par exemple, un moteur d'une vitesse de 1800R / min entraîne un FPP 900R / min à un rapport de transmission 2: 1, correspondant à un FPP 4 lames avec un diamètre de 2,5 mètres, ce qui peut atteindre une efficacité de propulsion de 68% à la vitesse nominale; Les moteurs diesel à moyenne vitesse (750-1500R / min) et les moteurs diesel à basse vitesse (vitesse inférieure à 750r / min) sont principalement utilisés dans les grands navires. Les moteurs à basse vitesse et à torque élevé doivent être assortis avec un FPP à basse vitesse en grand diamètre. Par exemple, un pétrolier de 300 000 tonnes avec une vitesse de moteur diesel à basse vitesse de 120R / min entraîne directement un FPP 5 lames avec un diamètre de 9 mètres sans dispositifs de transmission supplémentaires, réduisant la perte de puissance et l'efficacité de la propulsion peut atteindre 72%.

(Iii) optimiser les dimensions clés et les paramètres structurels

Diamètre et pas :

Les grands navires avec un projet profond peuvent choisir des hélices de grand diamètre pour augmenter la zone de poussée et améliorer l'efficacité de la propulsion. Généralement, pour chaque augmentation de 10% du diamètre, l'efficacité de la propulsion peut être augmentée de 3% à 5%, mais elle doit être adaptée à l'espace d'installation du navire. Les navires avec un projet peu profond doivent limiter le diamètre (navires de la rivière intérieure ≤ 3 mètres).

Le terrain doit correspondre à la vitesse de conception. Par exemple, un porte-conteneurs de 20 nœuds nécessite un pas de 3,5 mètres, et un remorqueur de 12 nœuds est adapté à un pas de 2,5 mètres, compte tenu de l'influence du rapport de glissement (0,1-0,2).

Conception de lame :

3 lames conviennent à la charge à grande vitesse et légère; 4-5 lames Balance Efficacité et stabilité (un cargo de 100 000 tonnes utilisant 5 lames peut réduire les vibrations de 15%); 6-7 Les lames se concentrent sur la réduction du bruit et la suppression de la cavitation. En termes de profil aérodynamique, les navires à grande vitesse utilisent la série NACA 66 à faible dragl (épaisseur 8% de longueur d'accords) et les navires à taille élevée utilisent la série NACA 44 à haut débit (épaisseur à 15% de longueur d'accords).

(Iv) s'adapter à l'environnement de navigation et aux conditions de travail

Optimisation de l'état de travail: Les navires avec des conditions de travail fixes (telles que la Chine-Europe Route Container Navires) optimisent les paramètres via CFD (peuvent réduire la consommation de carburant de 6%); Les navires avec des conditions de travail variables (tugboats de port) doivent prendre en compte les performances de la plage complète de 0 à 12 nœuds, avec une poussée à basse vitesse suffisante et une efficacité à grande vitesse ≥55%.

(Vi) évaluer les capacités techniques du fabricant

Le choix d'un fabricant avec une expérience riche et une forte force technique peut fournir des conceptions personnalisées en fonction des besoins spécifiques du navire, ce qui affecte directement la qualité et les performances du FPP.

Les fabricants de haute qualité ont des logiciels de conception avancés (tels que ANSYS, Star-CCM) et des équipements de fabrication (tels que les centres d'usinage à cinq axes, les lignes de production de casting de précision), qui peuvent réaliser une usinage à haute précision des surfaces de lame avec des erreurs contrôlées à ± 0,1 mm. Par exemple, un fabricant d'hélices bien connu utilise une technologie d'impression 3D pour fabriquer des moules à lame, ce qui améliore la précision de la forme de la lame de 50% par rapport à la coulée traditionnelle. Dans le même temps, il a un système de contrôle de la qualité sonore. De l'approvisionnement en matériaux à l'inspection des produits finis, chaque lien a des normes strictes. Par exemple, une analyse spectrale est effectuée sur des matériaux en alliage de cuivre pour s'assurer que la composition répond aux normes; Des tests d'équilibre statiques et dynamiques sont effectués sur l'hélice finie, et le déséquilibre est contrôlé en 5G · cm.

Le service après-vente est également un indicateur important pour l'évaluation, y compris les directives d'installation, la mise en service sur place et la réparation des défauts. Les fabricants professionnels peuvent envoyer des techniciens sur le site pour guider l'installation de l'hélice pour garantir la précision d'alignement avec l'arbre de l'hélice (le ruissellement radial ne dépasse pas 0,05 mm / m); Pendant l'essai en mer du navire, ajustez les paramètres de l'hélice en fonction des données de performance réelles, telles que l'ajustement de la poussée en broyant les bords de la lame; Pendant l'utilisation, fournissez des services d'inspection réguliers, vérifiez l'usure et la corrosion des lames par le biais de robots sous-marins et fournissent des plans de maintenance en temps opportun. Par exemple, un fabricant fournit des services de maintenance à vie pour une flotte, mène des inspections sous-marines tous les six mois, détecte à l'avance les problèmes de corrosion des lames et les réparations, prolongeant la durée de vie de l'hélice.

V. Précautions pour l'utilisation de FPP

(I) Notes d'opération

Pendant la start-up et la navigation du navire, les opérateurs doivent contrôler la vitesse principale du moteur en stricte conforme aux procédures de fonctionnement, qui est la clé pour assurer le fonctionnement sûr et stable du FPP. Étant donné que le pas FPP est fixé, la poussée qu'elle génère est proportionnelle au carré de la vitesse du moteur principal. Un grand changement de vitesse soudain entraînera un changement net de poussée, ce qui rend l'hélice soumise à un couple excessif et à une force d'impact, ce qui peut entraîner des dommages à la lame, une déformation de l'arbre de l'hélice ou d'autres échecs mécaniques. Par exemple, lorsque le navire accélère lorsque vous quittez le port, la vitesse doit être augmentée régulièrement. Généralement, le taux de variation de la vitesse est nécessaire pour ne pas dépasser 50 révolutions par minute pour éviter d'augmenter soudainement la vitesse trop élevée. Si la vitesse est soudainement augmentée de la vitesse du ralenti (environ 300 tr / min) à la vitesse nominale (environ 1000 tr / min), le couple porté par les lames d'hélice augmentera plusieurs fois en un instant, ce qui est très susceptible de provoquer des fissures ou même des fractures à la racine des lames. Lors de la décélération lors de l'accostage, il est également nécessaire de réduire progressivement la vitesse pour donner à l'hélice et au système d'alimentation un processus de tampon et d'adaptation, et en même temps coopérer avec l'opération de direction pour garantir les coulisses du navire en douceur.

Dans le même temps, les opérateurs devraient prêter une attention particulière au statut de navigation du navire et juger si le FPP travaille normalement grâce à des informations telles que les vibrations du navire, le son fonctionnant du moteur principal et les commentaires de poussée. Si le navire a des vibrations anormales (en particulier des vibrations à basse fréquence), une réduction significative de la poussée, une fluctuation anormale de la vitesse du moteur principal, etc., la vitesse du moteur principal doit être réduite immédiatement pour inspection. Ne continuez pas à naviguer de force pour éviter des dommages plus graves. Des vibrations anormales peuvent être causées par des dommages aux lames d'hélice, au déséquilibre ou à l'interférence avec d'autres composants; La réduction de la poussée peut être causée par une grande quantité de débris attachés à la surface de la lame, à la déformation de la lame ou à une puissance de sortie insuffisante du moteur principal. Lors de l'inspection, si le navire a accosté au port, les plongeurs peuvent être organisés pour inspecter l'apparence de l'hélice sous l'eau; S'il est en route, un jugement préliminaire peut être porté sur la base des données de fonctionnement et de l'équipement du navire, et si nécessaire, il doit accoster le port le plus proche pour une inspection et une maintenance détaillées.

(Ii) Examen des facteurs environnementaux

L'environnement de l'eau où les navires naviguent est complexe et diversifié. Différentes conditions d'eau ont des impacts différents sur le FPP, et les opérateurs et le personnel d'entretien doivent prendre des mesures correspondantes en fonction de l'environnement spécifique.

Lors de la navigation dans les zones d'eau peu profonde, une attention particulière doit être accordée à la distance entre l'hélice et le fond de l'eau pour éviter la déformation et la fracture des pales en raison de la mise à la terre. Le fond des zones d'eau peu profonde est complexe et il peut y avoir des obstacles tels que les sédiments, les roches et les épaves de navires enfoncés. Lorsque les navires naviguent dans ces zones, en raison des eaux peu profondes, l'hélice enroulera les sédiments en bas lors de la rotation, formant un "effet de banc", augmentant la résistance du navire et peut également provoquer un collision avec l'hélice avec des obstacles en bas. Par exemple, dans certaines voies navigables intérieures ou en estuaire, la profondeur de l'eau ne peut être que de quelques mètres, tandis que le diamètre de l'hélice des grands navires peut atteindre 3 à 5 mètres. À l'heure actuelle, l'écart entre le repêchage du navire et la profondeur de l'eau est faible, et un accident de mise à la terre peut se produire si vous ne faites pas attention. Par conséquent, avant d'entrer dans la zone d'eau peu profonde, le navire doit vérifier à l'avance le graphique nautique ou la voie navigable pour comprendre la profondeur de l'eau et la distribution des obstacles sous-marins, conduire attentivement, réduire la vitesse si nécessaire et maintenir une profondeur de l'eau. Si un bruit anormal de l'hélice ou une vibration anormale du navire est trouvé lors de la navigation dans des eaux peu profondes, arrêtez immédiatement pour inspection pour confirmer si l'hélice est endommagée.

Dans les zones marines de haute salinité, comme la mer Rouge et la mer Méditerranée, la forte salinité de l'eau de mer accélérera la corrosion du FPP. En plus de choisir des matériaux avec une forte résistance à la corrosion, un maintien régulier anti-corrosion de l'hélice est également nécessaire. Par exemple, inspectez le revêtement anti-corrosion sur la surface de l'hélice tous les 3 à 6 mois et réparez-le dans le temps en cas de dommage; Dans le même temps, utilisez régulièrement des méthodes de protection cathodique pour appliquer un certain courant à l'hélice pour faire de l'hélice une cathode, ralentissant ainsi le taux de corrosion. De plus, pendant l'accost du navire dans le port, l'hélice peut être nettoyée et déractée pour éliminer les produits de corrosion de surface pour garantir que ses performances ne sont pas affectées.

Pour les zones de mer glacées, telles que la voie de l'Arctique, en plus d'équiper le FPP résistant à l'impact, un plan de navigation sur la zone de glace complète doit être formulé. Avant la navigation, une inspection complète du FPP doit être effectuée pour s'assurer que les lames n'ont pas de fissures, de déformation et d'autres défauts, et les pièces de connexion sont ferme et fiable. Pendant la navigation, essayez d'éviter les zones de flux de glace denses. Lors de la rencontre de glaces, la vitesse peut être correctement augmentée pour utiliser l'inertie du navire pour se précipiter à travers la zone de glace, réduisant l'impact des glacières sur l'hélice. Si l'hélice est coincée par des floes de glace, arrêtez immédiatement pour éviter de forcer le début à endommager l'hélice. Vous pouvez essayer d'ajuster le parcours du navire et d'utiliser le débit d'eau ou la tremblement de coque pour faire en sorte que l'hélice se brise des floes de glace.

Dans les zones marines tropicales, en plus de nettoyer régulièrement les organismes marins attachés à la surface de l'hélice, certaines mesures préventives peuvent également être prises. Par exemple, installez des électrodes anti-biofouling à la surface de l'hélice pour inhiber la fixation des organismes marins en libérant des courants faibles; ou pendant la conception des navires, installez des dispositifs de pistolet à eau à haute pression près de l'hélice pour rincer régulièrement les lames pour empêcher un grand nombre d'organismes marins de se fixer. Dans le même temps, lors du choix des revêtements avec des fonctions anti-bifouling, assurez leur protection de l'environnement et ne polluez pas le milieu marin.

Vi. Comparaison du FPP avec d'autres produits similaires

(I) Comparaison avec les hélices de hauteur variables (VPP)

Le plus grand avantage de VPP est que son terrain peut être ajusté de manière flexible en fonction des conditions de travail réelles pendant le fonctionnement du navire. Cela permet au navire de maintenir de bonnes performances de propulsion et une maniabilité dans différentes conditions de navigation, telles que l'accélération, la décélération, le tournage, la charge lourde ou la charge légère. Par exemple, dans les eaux portuaires étroites, en ajustant le pas, VPP permet au navire de réaliser rapidement la direction et le changement de vitesse, ce qui rend l'opération plus pratique. Cependant, VPP a une structure complexe, contenant de nombreuses pièces mobiles et systèmes de contrôle hydraulique, ce qui augmente non seulement le coût de fabrication (généralement 40% à 60% plus élevé que le FPP de la même spécification), mais augmente également considérablement la difficulté et le coût de la maintenance ultérieure. Le système hydraulique est sujet aux fuites d'huile, au brouillage et à d'autres défauts, nécessitant une inspection et une maintenance régulières, ce qui augmente le coût de fonctionnement du navire. En revanche, le FPP a une structure simple, un faible coût de fabrication et une forte fiabilité en raison de l'absence de mécanismes de tangage variables complexes. Dans des conditions de travail stables spécifiques, le FPP peut également atteindre un niveau élevé d'efficacité de propulsion (généralement 5% à 8% plus élevé que VPP). Cependant, dans le cas de conditions de travail variables, le FPP ne peut pas ajuster les performances de propulsion aussi flexiblement que le VPP.

(Ii) Comparaison avec les hélices POD

L'hélice POD est un type de dispositif de propulsion relativement nouveau, qui intègre le moteur et l'hélice dans une gousse rotative à 360 ° installée sous le bas du navire. Ce type d'hélice a une maniabilité extrêmement élevée, permettant au navire d'atteindre des opérations spéciales telles que la direction sur place et les mouvements latéraux, qui convient très à des navires qui nécessitent un arrêt et une direction fréquents, tels que les ferries et les yachts. De plus, parce que le moteur est situé dans la gousse sous-marine, il réduit les sources de bruit et de vibration sur le navire, améliorant le confort de l'équipage et des passagers. Cependant, l'efficacité de la propulsion de l'hélice POD est relativement faible, en particulier lors de la navigation à grande vitesse, avec une forte perte d'énergie, et son efficacité de propulsion est de 10% à 15% inférieure à celle du FPP. Dans le même temps, il a un contenu technique élevé, et ses coûts de fabrication et de maintenance sont à un niveau élevé (environ 2-3 fois celui du FPP avec la même puissance). En termes d'efficacité de propulsion, le FPP n'est pas inférieur aux hélices POD pour les navires aux conditions de conception bien assorties et présente des avantages de coûts évidents. Cependant, en termes de maniabilité et de réduction du bruit, le FPP est de loin inférieur aux hélices de gousse.