螺旋桨设计（单桨海船）.doc

四川渝渡227短途客轮螺旋桨设计书 指导老师：XXX 专业班级：XXX 学生姓名：XXX 学 号：XXX 邮 箱：evangol_ 完成日期：2013/5/115目 录1船 型32主机参数43推进因子的确定54桨叶数Z的选取55AE/A0的估算56桨型的选取说明67根据估算的AE/A0选取23张图谱68列表按所选图谱（考虑功率储备）进行终结设计69空泡校核710计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线811. 船舶系泊状态螺旋桨计算912桨叶强度校核913桨叶轮廓及各半径切面的型值计算1014桨毂设计1115螺旋桨总图绘制1116螺旋桨重量及转动惯量计算1217螺旋桨设计总结1318课程设计总结13四川渝渡227短途客轮螺旋桨设计书1.船 型单桨，单舵，前倾首柱，巡洋舰尾，柴油机驱动，尾机型钢质短途客船。设计水线长：LWL=28.50m垂线间长：LBP=27.5m型宽：B=5.30m型深：D=1.65m设计吃水：Td=1.15m方型系数：CB=0.540排水量：=94.00t棱型系数：CP=0.617纵向浮心坐标Xb= -0.35m纵向浮心位置Xc=-1.23%L/1/36.050.64 18.3宽度吃水比B/T4.611.1艾亚法有效功率估算表：（按船舶原理（上）P285实例计算）（可以自主选定一种合适的估算方法，例如泰勒法。）速度V(kn)111210Froude数vs/gLBP0.345 0.3760.313 标准C0查图7-3285230330标准Cbc,查表7-50.5490.5380.566实际Cb(肥或瘦)(%)1.64 4.87 3.13 Cb修正(%)，瘦则查表7-64.7892.5221.478Cb修正数量112.93 6.18 2.96 已修正Cb之C1283 251 203 B/T修正%-2.53 -2.53 -2.53 B/T修正数量，2-7.16 -6.35 -5.13 已修正B/T之C2276 245 198 标准xc,%L，船中后，查表7-52.122.412.51实际xc，%L，船中后2.312.312.31相差%L，在标准后（+）前（-）-xc修正(%),查表7-71.8-0.11-0.4xc修正数量，3-5 0 1 已修正xc之C3271 245 199 长度修正%=(Lwl-1.025Lpp)/Lwl*100%0.046 0.046 0.046 长度修正40.12 0.11 0.09 已修正长度之C4271 245 199 V3133117282197PE=0.64*V3/C4 (hp)226 324 509 1.2 Guldhammer和Harvald图谱法有效功率估算：（按15海水环境进行计算，与艾亚法接近。详见译著：船舶阻力与推进，大连理工大学出版社）Vkn111213Vm/s5.7 6.2 6.7 LWLm37.637.637.6Lwlft123.328123.328123.328Re=VL/v1.791E+081.954E+082.116E+08Fr=V/gl0.29 0.32 0.35 L/1/35.2 5.2 5.2 Cp0.6160.6160.616B/T2.482.482.485.0的Cr查图0E-034.00E-034.60E-035.5的Cr查图8E-033.38E-033.88E-035.2的Cr插值0.0026920.0037520.004312Cr的B/T修正0.16*(B/T-2.5)/1000-0.0000032-0.0000032-0.0000032由于不知浮心位置及线型情况，不进行LCB修正和线性修正等其他修正000修正后Cr0.00268880.00374880.0043088Cf查图2E-031.90E-031.87E-03CA(即Cf）0.00040.00040.0004S=1.025LPP(CBB+1.7T)313.0 313.0 313.0 1/2*SV2kN5135.8 6112.0 7173.2 CT0.00500880.00604880.0065788RTkN26 37 47 PEhp198 310 429 1.3 泰勒法估算有效马力（按船舶原理（上）P276步骤计算）（由于受书中所给图表的数据限制，有些Fr数偏大的系数无法查得，处理时仅取图表已给的最大值（还是不够大），所以导致最后算得的Pe偏小）速度V(kn)111213宽度吃水比B/T2.482.482.48Cp0.6160.6160.616/L30.0072 0.0072 0.0072 Fr数Vs/gL0.295 0.321 0.348 标准Cs查P275图7-2(a)(b)后按B/T线性内插2.567 2.567 2.567 Re数LV/(106)179.0 195.3 211.6 Cf,桑海公式P165 (2-16)0.000219 0.000217 0.000214 Cf0.00040.00040.0004Cr查表7-2(a)(b)后横向纵向多次插值2.5862.9733.432Cts=Cf+Cf+Cr0.00321 0.00359 0.00405 S=CsL308.9 308.9 308.9 Rts=Cts*0.5*V2*S16261.0 21673.0 28671.5 Pe=Rts*V/1000/0.735(hp)125.2 182.0 260.9 2.主机参数型号：8300C 标定功率：PS2 = 441kw标定转速：450 r/min减速比：j = 2.063推进因子的确定(1)伴流分数w本船为单桨海上运输船，故使用泰勒公式估算w=0.5CB-0.05=0.50.527-0.05=0.214(2)推力减额分数t使用汉克歇尔公式t=0.50CP-0.12=0.500.616-0.12=0.188(3)相对旋转效率：近似地取为R =0.98(4)船身效率H =(1-0.188)/(1-0.214)=1.034桨叶数Z的选取根据一般情况，单桨船多用四叶，加之四叶图谱资料较为详尽、方便查找，故选用四叶。5AE/A0的估算（注意：对于内河船及大径深比螺旋桨的船不一定适用！）按公式AE/A0 = (1.3+0.3Z)T / (p0-pv)D2 + k进行估算，其中：T=237/(1-0.188)120.5144)=42.3kN 水温15时pv=174 kgf/m2=1749.8 N/m2=1.705 kN/m2 静压力p0=pa+hs=(10330+10252)9.8 N/m2=121.324 kN/m2 k取0.2 D允许=0.7T=（0.70.8）2.90=2.03m2.32m （单桨船）y.2682413 AE/A0 = (1.3+0.3Z)T / (p0-pv)D2 + k=（1.3+0.34）42.3/(121.324-1.705)2.032)+0.2 = 0.4156桨型的选取说明目前在商船螺旋桨设计中，以荷兰的楚思德B型和日本AU型（包括其改进型MAU型）螺旋桨应用最为广泛。由于本船为近海运输船，教科书例子为MAU型，且其图谱资料较齐全，故选用MAU型更方便设计出螺旋桨。7根据估算的AE/A0选取23张图谱根据AE/A0=0.415选取MAU4-40, MAU4-55两张图谱。8按所选图谱（考虑功率储备）进行终结设计得到2组螺旋桨的要素及VsMAX功率储备取10%，轴系效率S=0.98，齿轮箱效率G=0.96螺旋桨敞水收到功率 PDO = Ps(1-0.10)RSG = 4410.90.980.980.96= 365.94kw = 490.53 hp 螺旋桨转速 n=j n=450r/min/2.06=218r/min列表查图谱可得：项目单位数量假定航速Vkn11.000 12.000 13.000 VA=VS*(1-w)kn8.646 9.432 10.218 BP=n*(PDO)0.5/VA2.521.966 17.672 14.467 Bp4.687 4.204 3.804 MAU4-4056.200 52.200 48.200 P/D0.755 0.768 0.798 00.643 0.665 0.688 D=*VA/nm2.229 2.258 2.259 PTE=PD0*0HRhp318.376 329.269 340.657 MAU4-5556.000 51.000 46.400 P/D0.788 0.842 0.894 00.630 0.655 0.678 D=*VA/nm2.221 2.207 2.175 PTE=PD0*0HRhp311.939 324.317 335.706 据1.1中艾亚法估算的有效功率及上表计算结果可绘制PTE、P/D、D及0对V的曲线，如图一所示：图一从PTE-f(V)曲线与船体满载有效马力曲线之交点，可得不同盘面比所对应的设计航速及螺旋桨最佳要素P/D、D及0如下表所列。MAUVMAX(kn)P/DD(m)04-4012.0460.76951.90 2.259 0.666 4-5512.0020.84251.00 2.207 0.655 9空泡校核由图解法求出不产生空泡的（AE/A0）MIN及相应的VsMAX、P/D、0、D.按柏努利空泡限界线中渔船下限线，计算不发生空泡之最小展开面积比。桨轴沉深hs由船体型线图取2.0mp0-pv = pa+hs-pv =(10330+10252-174) kgf/m2 = 12206 kgf/m2计算温度t =15, pv = 174 kgf/m2 PDO = 365.94 kw = 490.53 hp =104.63 kgf s2/m4序号项目单位数值MAU4-40MAU4-551AE/A00.40 0.55 2VMAXkn12.05 12.00 3VA=0.5144*VMAX*(1-w)m/s4.870 4.853 4(0.7ND/60)2(m/s)2325.79 310.97 5V0.7R2=VA2+(4)(m/s)2349.51 334.51 1/2V0.7R218285 17500 6=(p0-pv)/(1/2V0.7R2)0.668 0.697 7c(查图6-20）0.170 0.175 8推力T=75*PD*0/VAkgf5031 4966 9需要投射面积AP=T/(c*1/2V0.7R2)m21.618 1.621 10需要展开面积 AE=AP/(1.067-0.229*P/D)m21.817 1.855 11A0=D2/4m24.008 3.826 12需要的AE/A00.453 0.485 据上述结果作图二，可求得不发生空泡的最小盘面比及对应的最佳螺旋桨要素:图二由上图得最佳要素为：AE/A0=0.468， P/D=0.802， D=2.24m， 0=0.661， VMAX=12.026kn10计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线 由MAU4-40，MAU4-55，P/D=0.802的敞水性征曲线内插得到MAU 4-46.8、P/D=0.802的螺旋桨无因次敞水性征曲线如图三所示，其数据如下：J00.70.8KT0.339 0.320 0.283 0.251 0.215 0.181 0.140 0.104 0.049 10KQ0.395 0.370 0.346 0.317 0.284 0.249 0.210 0.162 0.107 00.000 0.144 0.269 0.385 0.493 0.591 0.668 0.697 0.664 图三 螺旋桨无因次敞水性征曲线11. 计算船舶系泊状态螺旋桨有效推力与保持转矩不变的转速N0由敞水性征曲线得J=0时，KT=0.339, KQ=0.0395计算功率 PD= PsSG=4410.970.96=410.66kw=558.7hp系柱推力减额分数取 t0=0.04,主机转矩Q=PD6075/(2N)=5826075/(23.1416218)= 1835.5 kgf.m系柱推力T=(KT/KQ)(Q/D)=(0.339/0.0395)(1835.5/2.24)= 7032.5 kgf系柱推力T0=T（1- t0）=7032.5（1- 0.04）=6751.2 kgf车叶转速N0=60T/(D4KT)=60(6751.2/(104.632.2440.339)0.5 = 165 rpm12桨叶强度校核按我国1990钢质海船入级与建造规范校核t0.25R及t0.6R，应不小于按下式计算所的之值： t=Y/(K-X) (mm)式中Y=A1Ne/(ZbN),X=A2GAdN2D3/(1010Zb)计算功率Ne=4410.970.96=410.66kw=558.7hpAd= AE/A0=0.468， P/D=0.802， =8， G=7.6gf/cm3, N=218rpm在0.6R处切面弦长 b0.6R=2.1867 AE/A0D/Z=2.18670.4682.24/4=0.5731m b0.25R=0.7212b0.6R =0.72120.5731=0.4133m项目单位数值0.25R0.6R弦长bm0.41330.5731K1634207K2250151K31410635K4434A1=D/P(K1-K2D/P0.7)+K3D/P0.7-K42156 781 Y=A1*Ne/(Z*b*N)3342.222 873.264 K58223K63412K74165K8380330A2=D/P(K5+K6)+K7+K81149 998 材料系数K（铝青铜）kgf/cm31.200 1.200 X=A2*G*Ad*N2*D3/(1010*Z*b)0.1321 0.0827 t=Y/(K-X)mm55.9 28.0 MAU标准桨叶厚度t,查表8-14mm75.6 43.4 校核结果满足要求满足要求实取桨叶厚度mm75.6 43.4 13桨叶轮廓及各半径切面的型值计算最大切面在0.66R处，b0.66R=2.26 AE/A0D/Z=2.260.4682.24/4=0.59m最大厚度在轴线处tmax= 0.05D=0.052.241000=112mm实际桨叶厚度MAU型4叶螺旋桨尺度表列表计算如下：（单位：如表示）叶片宽度/m叶片厚度/mm从导边至最厚点的距离/mr/R从母线到叶片随边的距离从母线到叶片导边的距离叶片宽度0.20.1649640.2276220.39258690.9440.18880.30.1973550.2610750.4584380.4160.18880.40.2286840.2850880.51377269.8880.18880.50.2568860.299720.55660659.360.191750.60.2829640.3017850.58474948.8320.205910.660.2934660.2965340.5942.560.223610.70.3028470.2850290.58787638.3040.237180.80.3091010.2391270.54822827.7760.268450.90.2860910.1482670.43435817.2480.288510.950.2482130.0799450.32815812.0960.29510.1020116.7214桨毂设计按船舶原理（下）P156桨毂形状及尺度的相应公式计算最大连续功率PD=558.7hp，此时N=218 rpm(PD/N)1/3= (558.7/218) 1/3= 1.368根据船舶原理（下）P157图8-40可查得螺旋桨桨轴直径dt=185mm采用整体式螺旋桨，则螺旋桨的毂径dh=1.8dt=1.8185=333mm毂前后两端的直径d2=0.88dh=0.88333=293mmd1=1.10dh=1.10333=366mm桨毂长度l0=dh+100=433mm减轻孔的长度l1=0.3l0=0.3433=130mm轴孔锥度取K=0.1毂部筒圆厚度=0.75t0.2R=0.7590.94=68mm叶面、叶背与毂连接处的圆弧半径r1=0.033D=0.0332.241000=74mm，r2=0.044D=0.0442.241000=99mm。15 螺旋桨总图绘制（附A3图纸的螺旋桨设计总图与计算书一起装订成册）16螺旋桨重量及转动惯量计算(按船舶原理（下）P101（7-49）-(7-53)式计算）铝青铜材料重量密度=8410kgf/m3 ，0.66R处叶切面的弦长(即最大弦长） b0.66=0.59m，螺旋桨直径D=2.24m，t0.2=0.09094 m，t0.6= 0.04883m最大连续功率PD=558.7hp，此时N=218rpm毂径dh=d=1.8dt=1.80.185=0.333m， 毂长Lk=lo=0.433m桨毂长度中央处轴径d0 =0.045+0.108(PD/N)1/3-0.5KLK=0.045+0.108(558.7/218)1/3-0.10.433/2=0.171m dh/D=0.333/2.24=0.1487则根据我国船舶及海洋工程设计研究院（708所）提出的公式：桨叶重 Gbl=0.169Zbmax(0.5t0.2+t0.6)(1-d/D)D(kgf)=0.169841040.59(0.50.09094+0.04883)(1-0.1487)2.24=603.2kgf 桨毂重 Gn=(0.88-0.6d0/d)LKd2(kgf)=(0.88-0.60.171/0.333)0.43384100.3332=230.9kgf螺旋桨重量 G= Gbl +Gn= 834.1kgf螺旋桨惯性矩 Imp=0.0948Zbmax(0.5t0.2+t0.6)D3 =0.0948841040.59(0.50.09094+0.04883)4 =1994.2kgfms217螺旋桨设计总结螺旋桨直径：D=2.24m设计航速：VMAX=12.026kn螺距比：P/D=0.802m毂径比：dh/D=0.1487m型式：MAU旋向：右旋盘面比：AE/AO=0.468材料：铝青铜叶数：Z=4总重量：834.1kgf螺旋桨效率：0=0.661惯性矩：1994.2kgfms2纵倾角：=818课程设计总结本次课程设计，我是利用“五一”假期个人独立完成的。虽然错过了和朋友出游的机会，也没能好好休息，但能够静下心来踏实独立完成这样一份任务书，我觉得由之所得到的收获和体会比想象中的还要多。这些体会来自很多方面，比如对待困难的态度、解决问题的方法和寻求帮助的途径