Введение
Пропеллер с лопастями, которые могут вращаться для регулирования шага во время работы. В морском движении пропеллер с переменным шагом – это тип пропеллера с лопастями, которые могут вращаться вокруг своей продольной оси для изменения шага лопастей. Обратимые пропеллеры – те, у которых шаг может быть установлен в отрицательные значения, – также способны создавать обратный ход для торможения или движения назад без необходимости изменения направления вращения вала. Пропеллер с регулируемым шагом (CPP) может быть эффективен во всем диапазоне скоростей вращения и условий нагрузки, поскольку его шаг изменяется для поглощения максимальной мощности, которую способен выдавать двигатель. Когда судно полностью загружено, ему требуется больше тяги, чем когда оно пустое. Регулируя лопасти пропеллера до оптимального угла, можно добиться более высокой эффективности и, следовательно, сэкономить топливо. Судно с CPP может быстрее разгоняться с места и эффективнее замедляться, что делает остановку более быстрой и безопасной. CPP также может улучшить маневренность судна, направляя более сильный поток воды на руль. Однако пропеллер с фиксированным шагом (FPP) дешевле и надежнее, чем CPP. Кроме того, FPP обычно более эффективен, чем CPP, для конкретной скорости вращения и условий нагрузки. Соответственно, суда, которые обычно работают с постоянной скоростью (например, крупные сухогрузы, танкеры и контейнеровозы), оснащаются FPP, оптимизированным для этой скорости. С другой стороны, у канального судна будет FPP по двум причинам: скорость ограничена 4 милями в час (для защиты берегов канала), и пропеллер должен быть прочным (при столкновении с подводными препятствиями). Суда со средне- или высокоскоростными дизельными или бензиновыми двигателями используют редуктор для снижения выходной скорости двигателя до оптимальной скорости пропеллера, хотя большие низкооборотные дизельные двигатели, с крейсерскими оборотами в диапазоне 80–120 об/мин, обычно имеют прямой привод с двигателями прямого/обратного хода. Судно с FPP требует либо реверсивного механизма, либо реверсивного двигателя для движения задним ходом, в то время как судно с CPP может обходиться без них. На большом судне для управления CPP требуется гидравлическая система для регулирования положения лопастей. По сравнению с FPP, CPP более эффективен при движении задним ходом, поскольку передние кромки лопастей остаются таковыми и в обратном направлении, обеспечивая оптимальную гидродинамическую форму для движения вперед и достаточную для движения назад. В середине 1970-х годов верфь "Ульянник" в Югославии построила четыре судна с CPP – танкер и три рудовоз/нефтевоза, каждое из которых оснащалось двумя дизельными двигателями B & W мощностью 20 000 л.с., напрямую приводящими в движение пропеллеры Kamewa с переменным шагом. Из-за высокой стоимости строительства ни одно из этих судов не принесло прибыли за время эксплуатации. Для этих судов более подходящими были бы пропеллеры с фиксированным шагом. Пропеллеры с регулируемым шагом обычно используются на гаванях или океанских буксирах, земснарядах, круизных судах, паромах, грузовых судах и крупных рыболовных судах. До разработки CPP некоторые суда чередовали использование "скоростного" и "мощного" пропеллеров в зависимости от задачи. Современные конструкции CPP выдерживают максимальную мощность 44 000 кВт (60 000 л.с.).
In marine propulsion, a variable pitch propeller is a type of propeller with blades that can be rotated around their long axis to change the blade pitch. Reversible propellers—those where the pitch can be set to negative values—can also create reverse thrust for braking or going backwards without the need to change the direction of shaft revolution. A controllable pitch propeller (CPP) can be efficient for the full range of rotational speeds and load conditions, since its pitch will be varied to absorb the maximum power that the engine is capable of producing. When fully loaded, a vessel will need more propulsion power than when empty. By varying the propeller blades to the optimal pitch, higher efficiency can be obtained, thus saving fuel. A vessel with a VPP can accelerate faster from a standstill and can decelerate much more effectively, making stopping quicker and safer. A CPP can also improve vessel maneuverability by directing a stronger flow of water onto the rudder. However, a fixed pitch propeller (FPP) is both cheaper and more robust than a CPP. Also, an FPP is typically more efficient than a CPP for a single specific rotational speed and load condition. Accordingly, vessels that normally operate at a standard speed (such as large bulk carriers, tankers and container ships) will have an FPP optimized for that speed. At the other extreme, a canal narrowboat will have a FPP for two reasons: speed is limited to 4 mph (to protect the canal bank), and the propeller needs to be robust (when encountering underwater obstacles). Vessels with medium or high speed diesel or gasoline engines use a reduction gear to reduce the engine output speed to an optimal propeller speed—although the large low speed diesels, whose cruising RPM is in the 80 to 120 range, are usually direct drive with direct reversing engines. While an FPP equipped vessel needs either a reversing gear or a reversible engine to reverse, a CPP vessel may not. On a large ship the CPP requires a hydraulic system to control the position of the blades. Compared to an FPP, a CPP is more efficient in reverse as the blades' leading edges remain as such in reverse also, so that the hydrodynamic cross sectional shape is optimal for forward propulsion and satisfactory for reverse operations. In the mid 1970s, Uljanik Shipyard in Yugoslavia produced four VLCCs with CPPs – a tanker and three ore/oil carriers – each powered by two 20,000 bhp B & W diesel engines directly driving Kamewa variable pitch propellers. Due to the high construction cost none of these vessels ever returned a profit over their lifetimes. For these vessels, fixed variable pitch propellers would have been more appropriate. Controllable pitch propellers are usually found on harbour or ocean going tugs, dredgers, cruise ships, ferries, cargo vessels and larger fishing vessels. Prior to the development of CPPs, some vessels would alternate between "speed wheel" and "power wheel" propellers depending on the task. Current VPP designs can tolerate a maximum output of 44000 kW (60,000 hp).
Парусные лодки
Парусник или моторный парусник, идущий только под парусами, получит выгоду от сниженного сопротивления, и, подобно авиационному винту, морской VPP может быть "переведен в угол нулевого шага" (feathered) для обеспечения минимального сопротивления воде при движении без использования двигателя. VPP особенно полезен при моторном парусном ходе (т.е. при движении как под двигателем, так и под парусами), поскольку VPP можно установить с более крупным шагом, чтобы учесть вклад ветра. Если бы винт оставался в "нормальном" положении, он был бы слишком мелким, и двигатель не давал бы существенного прироста; но, установив винт с более крупным шагом, двигатель обеспечивает полезную тягу, что приводит к увеличению скорости и снижению расхода топлива благодаря сопротивлению, создаваемому парусами.