姚逸峰螺旋桨设计.docx

15000吨载运煤船螺旋桨设计书指导老师：王赤中 学生姓名：姚逸峰 学 号： u201112288 完成日期：2014-4-23给定资料（1）船 型：单桨，单舵，柴油机驱动，中机型运煤船。设计水线长：LWL=143.65m垂线间长：LBP=142.00m型宽：B=23.00m型深：D=13.20m设计吃水：Td=8.50m方型系数：CB=0.787排水量：=22400t棱型系数：CP=0.811纵向浮心坐标Xb= 0.71m纵向浮心位置xc=0.5%L/1/35.040.64 608宽度吃水比B/T2.6桨轴线距基线高5.0m（2）主机参数（设计航速约12KM）型号：SULZER 4RTA标定功率：PS2 = 4100hp标定转速：196 r/min艾亚法有效功率估算表：速度V(kn)111213Froude数vs/gL0.152 0.166 0.179 标准C0464468453标准Cbc0.8230.80.778实际Cb(肥或瘦)(%)1.98（瘦）0.87（肥）3.59（肥）Cb修正(%)0.875-2.11 -8.69 Cb修正数量14.06 -9.87 -39.37 已修正Cb之C1468 458 414 B/T修正%-4.84 -4.84 -4.84 B/T修正数量，2-22.65 -22.17 -20.02 已修正B/T之C2445 436 394 标准xc,%L， 船中后1.9731.91.788实际xc，%L，船中后0.50.50.5相差%L，在标准后1.4731.41.288xc修正(%)-7.42-6.16-4.95已修正xc之3-33-27-19已修正xc之C3412 409 373 长度修正%=(Lwl-1.025Lpp)/Lwl*100%-1.3-1.3-1.3长度修正4-5.40 -5.30 -4.80 已修正长度之C4407 404 368 V3133117282197PE=0.64*V3*0.735/C4 (kW)1461 1911 2668 1推进因子的确定(1)伴流分数本船为单桨海上运输船，故使用泰勒公式估算=0.5CB-0.05=0.50.807-0.05=0.354(2)推力减额分数t使用汉克歇尔公式t=0.50CP-0.12=0.500.811-0.12=0.0.286(3)相对旋转效率近似地取为R =1.0(4)船身效率H =(1-t)/(1-)=(1-0.286)/(1-0.354)=1.1052桨叶数Z的选取论证根据一般情况，参考母型船，单桨船多采用四叶，加之四叶图谱资料较为详尽、方便查找，故选用四叶。3AE/A0的估算按公式AE/A0 = (1.3+0.3Z)T / (p0-pv)D2 + k进行估算，其中：T=PE/(1-t)V=1911/(1-0.286)120.515)=433kN 水温15时汽化压力pv=174 kgf/ m2=1749.8 N/m2=1.705 kN/m2 静压力p0=pa+hs=(10330+10253.5)9.8 N/m2=136.39 kN/m2 k取0.2 D允许=0.7T=0.78.50=5.95my.268241333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333 AE/A0 = (1.3+0.3Z)T / (p0-pv)D2 + k=（1.3+0.34）433/(136.39-1.705)5.95)+0.2 = 0.4274. MAU桨型的选取说明该船为海洋运输船，MAU型图谱刚好适用于海水情况。MAU型浆性能较好，实际应用广泛，故采用MAU型浆。5. 在估算的AE/A0左右选取23张Bp图谱根据AE/A0=0.427，选取MAU4-40和MAU4-55两张图谱。6. 列表按所选的2个AE/A0图谱考虑功率储备进行螺旋桨终结设计，得到2组螺旋桨的要素及Vsmax。 功率储备取10%，轴系效率S=0.97（中机型），齿轮箱效率G=0.96螺旋桨敞水收到功率： PDO = Ps0.9SGR = 4101hp0.90.970.961.0= 3437 hp 由图谱可查得：项目单位数量假定航速Vkn11.000 12.000 13.000 VA=VS*(1-)kn7.106 7.752 8.398 BP=n*(PDO)0.5/VA2.585.366 68.677 56.222 Bp9.239 8.287 7.498 MAU4-40101.200 93.000 85.800 D3.699 3.678 3.676 P/D0.565 0.581 0.604 00.466 0.492 0.522 PTE=PD0*0HRhp1769.814 1868.559 1982.496 MAU4-55100.300 91.800 83.800 D3.636 3.361 3.591 P/D0.598 0.622 0.658 00.448 0.475 0.504 PTE=PD0*0HRhp1701.452 1803.995 1914.134 据上表结果可绘制PE、PTE、P/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。MAUVsmax (kn)P/DD04-4011.910.57996.86 3.802 0.490 4-5511.780.61596.94 3.764 0.468 7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商船上限线，计算不发生空泡之最小展开面积比。桨轴沉深hs=8.5-5.0=3.5m计算温度t =15, pv = 174 kgf/m2 , =104.63 kgfs2/m4p0-pv = pa+hs-pv =(10330+10253.5-174) kgf/m2 = 13743.5 kgf/m2PDO = 3437 hp 序号项目单位数值MAU4-40MAU4-551AE/A00.40 0.55 2VMAXkn11.91 11.78 3VA=0.515*VMAX*(1-)m/s3.962 3.919 4(0.7ND/60)2(m/s)2745.99 731.15 5V0.7R2=VA2+(4)(m/s)2761.69 746.51 1/2V0.7R239848 39054 6=(p0-pv)/(1/2V0.7R2)0.345 0.352 7c(查图6-20）0.137 0.140 8推力T=75*PD*0/VAkgf31878 30782 9需要投射面积AP=T/(c*1/2V0.7R2)m25.839 5.630 10需要展开面积 AE=AP/(1.067-0.229*P/D)m26.249 6.079 11A0=D2/4m211.353 11.127 12需要的AE/A00.550 0.546 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:AE/A0=0.546， P/D=0.614， D=3.765m， 0=0.469， Vsmax =11.78kn图二 空泡校核曲线8计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线 由MAU4-40,MAU4-55,P/D=0.614的敞水性征曲线内插得到MAU4-54.6, P/D=0.614的敞水性征曲线，其数据如下：J00.10.20.30.40.50.60.7KT0.2670.2430.2080.170.1310.0990.050.0004KQ0.02750.02540.0220.0190.0160.01280.00840.0039000.15230.30090.42720.52120.61550.56840.0114图三 螺旋桨无因次敞水性征曲线9. 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=0.267, KQ=0.0275计算功率 PD=41010.97=3978hp系柱推力减额分数取 t0=0.04,主机转矩：Q=PD6075/(2N)=39786075/(23.1416196)= 14535.88 kgf.m系柱推力：T=(KT/KQ)(Q/D)=(0.267/0.0275)(14535.88/3.765)= 37484.78 kgf车叶转速：N0=60T/(D4KT)=60(37484.78/(104.633.76540.267)0.5 = 155.0 rpm10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=41010.97=3978hpAd= AE/A0=0.546， P/D=0.614， =8， G=7.6 gf/cm3, N=196 rpm在0.66R处切面弦长 b0.66R=0.226DAd /（0.1Z）=0.2263.7650.546/(0.14)=1.1615m因此, b0.25R=0.7212b0.66R=0.72121.1615=0.8376 m b0.6R =0.9911b0.66R=0.99111.1615=1.1511 m项目单位数值0.25R0.6R弦长bm0.83761.1511K1634207K2250151K31410635K4434A1=D/P(K1-K2D/P0.7)+K3D/P0.7-K42662 937 Y=A1*Ne/(Z*b*N)16124.8674 4129.3614 K58223K63412K74165K8380330A2=D/P(K5+K6)+K7+K81285 1044 材料系数K（铝青铜）kgf/cm31.200 1.200 X=A2*G*Ad*N2*D3/(1010*Z*b)0.3262 0.1929 t=Y/(K-X)mm135.843 64.032 B标准桨叶厚度tmm144.0 82.1 校核结果满足要求满足要求实取桨叶厚度mm14482.111桨叶轮廓及各半径切面的型值计算叶片最大宽度在0.66R处，b0.66R=0.226DAd /（0.1Z）=0.2263.7650.546/(0.14)=1.1615m叶片最大厚度在螺旋桨轴线处，tmax = 0.05D=0.053.7651000=188.25mm实际桨叶厚度MAU型4叶螺旋桨尺度表列表计算如下： （单位：mm）12 桨毂设计最大连续功率PD=3978hp，此时N0=155 rpm(PD/N)1/3= (3978/155) 1/3= 2.951) 根据课本P157图8-40可查得：螺旋桨桨轴直径dt=345mm2) 采用整体式螺旋桨，则螺旋桨的毂径dh=1.95dt=1.95345=672.75mm3) 浆毂前后两端的直径;d2=0.83dh=0.83672.75=558.38mmd1=1.10dh=1.10672.75=740.03mm4）桨毂长度l0=dh+100=772.75mm减轻孔的长度 l1=0.3l0=0.3772.75=231.83mm5）毂部筒圆厚度=0.75t0.2R=0.75（4.06%3.7651000）=114.6mm6）叶面、叶背与毂连接处的圆弧半径:r1=0.033D=0.0333.7651000=124.2mm,r2=0.044D=0.0443.7651000=165.7mm13. 螺旋桨总图绘制（详见螺旋桨设计总图） 图四 螺旋桨总图绘制14. 螺旋桨重量及转动惯量计算铝青铜材料重量密度=8410kgf/m3 ，bmax = b0.66R=1.1615mD=3.765m，t0.2=0.15286 m， t0.6= 0.08208m最大连续功率PD=3978hp，此时N0=155 rpm毂径d=0.67275m， 毂长LK=0.77275m，d/D=0.179桨毂长度中央处轴径d0 =0.045+0.108(PD/N)1/3-KLK/2 =0.045+0.1082.95-0.10.77275/2=0.325m 根据我国船舶及海洋工程设计研究院提出的公式：桨叶重Gbl =0.169Zbmax(0.5t0.2+t0.6)(1-d/D)D(kgf)=0.169841041.1615(0.50.15286+0.08208)(1-0.179)3.765=3235.4 kgf桨毂重Gn =(0.88-0.6d0/d)LKd2(kgf)=(0.88-0.60.325/0.67275)0.7727584100.672752 =1735.8 kgf螺旋桨重量 G= Gbl +Gn= 4971.2 kgf螺旋桨惯性矩 Imp=0.0948Zbmax(0.5t0.2+t0.6)D3 =0.0948841041.1615(0.50.15286+0.08208)3.7653 =31335.4 kgfms215设计总结螺旋桨直径 D=3.765m螺距比P/D=0.614型式 MAU盘面比AE/A0=0.546纵倾角=8螺旋桨效率0=0.469设计航速Vsmax =11.78kn毂径比dh/D =0.179旋向右旋材料铝青铜重量4971.2 kgf惯性矩31335.4 kgfms216设计体会这次课程设计是大学以来第一次一个人独立完成的课程设计。