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近日，由中国船舶工业综合技术经济研究院主导制定、中国船舶工业行业协会发布的团体标准T/CANSI 6-2019《船用中空螺旋桨》成功入选工信部2020年团体标准应用示范项目。该标准涉及船用中空螺旋桨创新型产品和制造技术，标准的制定与发布为这项新技术的应用和新产品的推广奠定了基础。一新技术研发背景
船用中空螺旋桨是一项创新型产品和制造技术，全称为船用不锈钢焊接中空螺旋桨。传统的船用螺旋桨生产工艺多采用铜合金熔炼后浇铸到砂型（箱）中成型，冷却后切去冒口，再经过型面修正加工（如抛光、车削）成为合格的产品。该方式不仅铸造工艺很复杂，且属于高能耗和高污染行业。目前螺旋桨制造企业都使用电炉来熔炼铜合金。铜合金在熔炼和浇铸的过程中不仅损耗大，还会产生渣和废弃的冒口，难以回收再利用，增加碳排放。此外，该铸造工艺较复杂，且难以实现机械化和自动化，工人的工作环境也极为恶劣。螺旋桨制造对环境的影响主要是型砂的采挖和处置。目前用于制造螺旋桨的型砂资源日渐枯竭，我国用于铸造螺旋桨的型砂产地主要在福建河道中，但大规模开挖必将导致自然生态的改变，故不可能持续长久。此外，由于这种型砂在使用时添加了水玻璃固化剂，故无法再生利用，而废弃的型砂一般多用于填海、填埋沟壑。虽然水玻璃废砂对环境的危害目前还不十分清楚，但至少会使农田土地沙化。此外，其中残存的水玻璃，又是一种含氧化钠的强碱性物质，可使土壤碱化、板结，污染水源或地下水。为克服传统螺旋桨铸造工艺的缺陷，需开发一种新颖的螺旋桨机加工制造技术来替代传统的螺旋桨铸造技术，不锈钢焊接中空螺旋桨就是在此背景和指导思想下诞生的。该新型不锈钢焊接中空螺旋桨的特征是采用新的材料（不锈钢板）、新的制造方式（机加工+焊接组装）和新颖结构（桨叶内部呈空心结构）来取代目前市场上主流的铜质铸造实心螺旋桨，结构如图所示。
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中空螺旋桨桨叶结构图中空螺旋桨优势：
1.以先进的焊接工艺（包含自动化焊接技术）来取代铸造工艺，有效降低能耗、减少碳的排放、减少贵重金属在熔炼铸造过程中的损耗；
2.中空结构的螺旋桨实现模块化制造与组装，材料的利用率更高，更适应数控机床加工；
3.不锈钢板材质的稳定性好，在海水中不易被腐蚀，更为经久耐用，受到多工况作业船舶（如拖网渔船、工程船舶）船东的普遍欢迎。然而，依据目前的工艺制造水平，不锈钢焊接中空螺旋桨比较适合吨位不大的中、小型船舶，尚不适合大吨位船舶和对螺旋桨性能有较高要求的船舶。二标准主要内容。
T/CANSI 6-2019《船用中空螺旋桨》在多年实践的基础上规定了叶片结构的形式，使用材料的物理特性和化学成分要求以及保证强度的最小板厚要求。在制造工艺上摒弃了传统的整体铸造工艺，开发了一种数控叶面铣型，再焊接组装的新颖工艺，具有节能、环境友好、自动化程度高的优势。该标准规定了焊接工艺的要求和焊脚高度的要求。作为一项产品标准，内容还涵盖术语和定义、制造精度等级的区分、产品的检验规则和检验要求、包装、运输和贮存要求。船用中空螺旋桨的叶片形状和水动力性能是和常规螺旋桨一致的，其设计原理和计算方法并无区别，唯叶片由实心结构改变为中空结构后，其强度校核方法超出了船舶检验规范规定的条件，在这种情况下，规范允许采用理论计算方法来校核其强度，为此，根据规范的原则要求，该标准开发了“船用中空螺旋桨强度校核方法”作为规范性附录。三标准预期效益
节能减排传统的螺旋桨生产方式是把铜在电炉中熔化后浇铸到砂型中，然后毁掉砂型，将螺旋桨剥离出来，切掉冒口，再修整抛光，形成最终产品。生产过程中，电炉熔化金属是非常耗能的设备，使螺旋桨生产厂成为耗能大户。同时熔化金属产生炉渣，加上浇铸损耗，铜是一种有色金属，损耗很大，增加了碳的排放量，既耗能又增加排放。不锈钢中空螺旋桨采用厚钢板切削成型，大大降低了能耗，而且切屑可以回收利用。单从中空螺旋桨的重量能减轻1/3来说，减少碳排放量的指标也是可观的。
环保效益传统螺旋桨铸造工艺需要的型砂要求比较高，所以只有少数地方可采集，以福建省河道中的型砂最为理想，由于常年开采，资源日渐枯竭，对环境造成破坏。型砂只能一次性使用，由于使用时在型砂中添加凝固剂，废弃后对环境造成污染，成为可持续发展的障碍。本标准涉及的制造技术采用机加工+焊接组装工艺，符合螺旋桨制造工艺发展的方向，摒弃了型砂开挖和废弃带来的环境损害。为环境的可持续发展带来社会效益。
使用效益螺旋桨是船舶推进装置的主要设备，一旦失效会带来严重的后果。中空螺旋桨采用的材料为热轧不锈钢板材，其耐海水腐蚀性和韧性都比铸铜好，因此使用寿命长。船舶螺旋桨遭遇航道中障碍物的碰撞是常有的事，铸铜桨的叶片碰撞后易脱落，导致整个推进装置瘫痪。而对于不锈钢焊接中空螺旋桨来说，遭遇碰撞后，即使叶片打歪变形也不致脱落，船依然能够依靠残损的螺旋桨开回来，这是船东看好的一个原因。3.4 经济效益中空螺旋桨的结构形式和工艺设计便于采用机加工和柔性制造生产方式，适合数控加工和自动化，有利于实现“工业4.0”，提高生产效率，降低制造成本。目前螺旋桨的价格普遍按重量计算，即使铸造铜质桨和不锈钢中空焊接螺旋桨的单位重量价格一致，那么同样尺度的桨，中空螺旋桨的重量轻了1/3，价格下降了33%，对于船东来说也带来经济效益。四结论
T/CANSI 6-2019《船用中空螺旋桨》是在总结我国船用中空螺旋桨多年来的设计制造经验基础上编制的，代表了我国目前船用中空螺旋桨技术要求的先进水平。该标准为“船舶工业标准体系”中的船用配套设备类补充标准项目，该标准主要内容符合国内现行法规和标准的要求，与其他类型的船用金属螺旋桨产品标准处于同一体系中，并具有针对性，该标准与相关标准和船级社规范的要求协调一致。总体而言，T/CANSI 6-2019《船用中空螺旋桨》的制定和发布为船用中空螺旋桨创新型产品和制造技术提供了助力，填补了标准空白，为产品应用和技术推广奠定了基础。
来源：中国船舶标准化
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发表于 2021-3-2 10:01
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