螺旋桨-课程设计

1、山东104总吨钢质拖网渔船1. 已知船体主要参数船型：单桨，转动导流管平衡舵，尾机型钢质拖网渔船。设计水线长 ： Lwl=27.50m垂线间长： Lpp=26.00m型宽 ： B=5.40m型深 ： D=2.50m平均吃水： Tm=1.90m尾吃水: Ta=2.40m方形系数 ： Cb=0.502 棱形系数： Cp=0.592宽吃水比： B/Tm=2.84排水量 ： =137.35t浮心纵向坐标 （LCB） ： Xb=-0.78m桨轴中心距基线 ： Zs=0.35m用艾亚法估算船体有效功率数据表：首先计算所需参数如下：L/1/3 = 5.04 0.64 = 23.346 Xc=-3%速度 v（

2、kn）91011速长比V/L1/20.9741.0831.191傅汝德数Vs/(gL)1/20.290 0.322 0.354 标准Co 查图7-3295243205标准Cbc,查表7-50.5930.560.546实际Cb（肥或瘦）（%）15.35，瘦10.36，瘦8.06，瘦Cb修正（%）11.217.1745.104Cb修正数量1331710已修正Cb之1328260215B/T修正（%）=-10Cb（B/T-2）%-4.2168-4.2168-4.2168B/T修正数量，2式7-23-14-11-9已修正B/T之C2314249206标准Xc，%L，船中前或后，查表7-51.838，船

3、中后2.3275，船中后2.4955，船中后实际Xc，%L，船中前或后3，船中后3，船中后3，船中后相差%L，在标准者前或后1.162，后0.6725，后0.5045，后Xc修正（%），查表7-7（b）0.220.50.96Xc修正数量，3式(7-24)-1-1-2已修正Xc之C3313248204长度修正（%）=（Lwl-1.025Lbp）/Lwl*100%3.23.23.2长度修正数量，4式(7-25)1087已修正长度C4323256211Vs372910001331Pe=0.64*Vs3/C4*0.735(KW)39681092. 主机参数主机型号6160A-123功率（KW）136转

4、速（转/分）850 齿 轮 箱型号2HC250减速比1.97:13. 推进因子的确定(1) 伴流分数 本船为单桨钢质拖网渔船，故使用汉克歇尔公式估算： =0.77*Cp-0.28=0.77*0.592-0.28=0.176(2)推力减额分数t 对于单螺旋桨渔船，也使用汉克歇尔公式估算：t=0.77*CP-0.30=0.77*0.592-0.30=0.156(3)相对旋转效率 缺少资料，故近似地取为R =1.0(4)船身效率H =(1-t)/(1-)=(1-0.156)/(1-0.176)=1.02434 桨叶数Z的选取根据一般情况，单桨船多用四叶，加之教材中四叶图谱资料较为详尽、方便查找，故选

5、用四叶。5 AE/A0的估算按公式AE/A0 = (1.3+0.3*Z)*T / (P0-Pv)D允许2 + k进行估算：其中：在设计航速时，PE=71.5KW,V=10.1kn T=PE/(1-t)V=71.5/(1-0.156）*10.1*0.5144)=16.306kN水温15时汽化压力Pv=174 kgf/m2=174*9.8 N/m2=1.705 kN/m2静压力为：P0=Pa+hs=(10330+1025*(2.4-0.35)*9.8 N/m2 =121.826 kN/m2k取0.2由型线图量得：D允许=1.5my.2682413 AE/A0 = (1.3+0.3*Z)*T / (

6、P0-Pv)D允许2 + k =（1.3+0.3*4）*16.306/(121.826-1.705)*1.52)+0.2 =0.3516 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型螺旋桨和日本AU型（当然包括其改进型，以MAU表示之）螺旋桨应用最为广泛。另外鉴于课本上只有AU型图谱资料，为方便螺旋桨制图选用MAU螺旋桨。7 根据估算的AE/A0选取23张图谱，计算可以达到最大航速 根据AE/A0=0.4003选取MAU4-40,MAU4-55,MAU4-70三张图谱。功率储备取10%，轴系效率S=0.98，齿轮箱效率G=0.96则螺旋桨敞水收到功率PDO=PS*0.9*S*G*

7、R=136*0.9*0.98*0.96*1.0 =115.154kW=156.67 hp 8.列表按所选图谱进行终结设计，得到3组螺旋桨的要素及最大航速VSMAX其中，螺旋桨转速为：N=n/i=850/1.97=431.47r/min根据MAU4-40,MAU4-55,MAU4-70的-图谱列表计算。项目单位数值假定航速Vkn9.000 10.000 11.000 VA=（1-）*Vkn7.416 8.240 9.064 Bp=N*PD0.5/VA2.536.059 27.709 21.835 Bp1/2 6.005 5.264 4.673 MAU4-4070.000 63.000 57.00

8、0 P/D0.680 0.710 0.750 O0.580 0.615 0.643 PTE=PDOHOhp93.077 98.693 103.187 MAU4-5568.500 61.000 55.000 P/D0.720 0.760 0.810 O0.565 0.595 0.630 PTE=PDOHOhp90.670 95.484 101.101 MAU4-7067.000 60.400 54.500 P/D0.730 0.770 0.830 O0.545 0.575 0.595 PTE=PDOHOhp87.460 92.274 95.484 根据表中的计算结果可绘制PTE,P/D及0对V的

9、曲线，如下图所示： 结论：从PTE-f(V)曲线与船体有效马力曲线之交点，可获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/knP/DD/m04-4010.1450 0.7152 62.0744 1.4595 0.6192 4-5510.0720 0.7633 60.5252 1.4129 0.5975 4-709.9942 0.7697 60.4363 1.3999 0.5750 用图形反映上述数据的变化趋势： 说明：由于空泡校核结果，所需盘面比小于0.40，故图中没有画要求的盘面比曲线（校核过程如下）。9空泡校核，由图解法求出不产生空泡的（AE/A0

10、）MIN及相应的VsMAX、P/D、0、D 按柏利尔空泡限界线中适用于拖船，拖网渔船的下限曲线，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 hs =2.4-0.35=2.05m p0-pv=pa+hs-pv=(10330+1025*2.05-174)kgf/m2 =12431.25kgf/m2 计算温度t=15, pv=174kgf/m2, PDO=PS*0.9*S*G*R=136*0.9*0.98*0.96*1.0 =115.154kW=156.67 hp空泡校核计算表如下：序号项目单位数值MAU4-40MAU4-55MAU4-701Vmaxkn10.145 10.072

11、9.994 2VA=0.5144*Vmax(1-)m/s4.300 4.269 4.236 3(0.7*N*D/60)2(m/s)2532.185 498.743 489.608 4V0.7R2=VA2+(3)2(m/s)2550.676 516.969 507.553 5=(p0-pv)/0.5*V0.7R20.426 0.453 0.462 6c(查图6-20)0.135 0.140 0.142 7T=PD*0*75/VAkgf1691.990 1644.527 1594.919 8Ap=T/0.5*V0.7R2*cm20.435 0.434 0.423 9AE=Ap/(1.067-0.2

12、29P/D)m20.482 0.487 0.475 10AE/A0=AE/(0.25*D*D)0.288 0.311 0.309 对上述计算结果进行分析可知，由于该船尾吃水较大，导致螺旋桨浸深足够大，不发生空泡所需盘面比较小，故直接选择MAU4-40螺旋桨。由此可求得不发生空泡的最小盘面比以及所对应的最佳螺旋桨要素： AE/A0=0.40， P/D=0.7152， D=1.4595m， 0=0.6192， VMAX=10.145kn。10计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线由MAU4-40的敞水性征曲线插值求得所需敞水性征曲线相关数据，列表如下：J00.10.20.30.40.50.60.70.

13、8KT0.3010.2690.2420.2120.1750.1380.10.0550.00810KQ0.3190.2920.2720.2460.2170.1850.1430.1020.055000.1510.2850.4170.5250.6170.6760.6330.267 由上述表格数据画出设计桨的敞水性征曲线：11计算船舶系泊状态时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=0.301,KQ=0.0319。计算功率PD=136*0.98*0.96=127.95kW=174.08hp系柱推力减额分数取t0=0.04,主机转矩 Q=PD*60*75/(2N)=174.

14、08*60*75/(2*3.1416*431.47) = 289.1kgf*m系柱推力 T=(KT/KQ)*(Q/D)=(0.301/0.0319)*(289.1/1.4595) = 1869.06kgf螺旋桨转速 N0=60*=60*(1869.06/(104.63*1.45954*0.301)0.5 = 217.02 rpm12桨叶强度校核按我国2001年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： （mm）式中：K为材料系数； Y=1.36*A1*Ne/(Z*b*N)； X=A2*G*Ad*N2*D3/(1010*Z*b)； A1=D/P(K1-K2*

15、D/P0.7)+K3*D/P0.7-K4 ； A2=(D/P)*(K5+K6*)+K7*+K8；计算功率Ne=136*0.98*0.96=127.95kW=174.08hpAd= AE/A0=0.40,P/D=0.7152,=10，G=8.3g/cm3,N=431.47rpm在0.66R处切面弦长b0.66R=0.226* AE/A0*D/(0.1*Z)=0.226*0.4*1.4595/0.4=0.3298mb0.25R=0.7212*b0.66R=0.7212*0.3298=0.2379m b0.6R=0.9911*b0.66R=0.9911*0.3298=0.3269m强度校核计算表如下

16、：项目单位数值0.25R0.6R弦长bm0.2379 0.3269 K1634 207 K2250 151 K31410 635 K44 34 A1=D/P(K1-K2*D/P0.7)+K3*D/P0.7-K42365.1938 848.0893 Y=1.36*A1*Ne/(Z*b*N)1002.3996 261.5744 K582 23 K634 12 K741 65 K8380 330 A2=(D/P)*(K5+K6*)+K7*+K81380.0447 1179.9441 材料系数K（Cu1锰青铜）1.0000 1.0000 X=A2*G*Ad*N2*D3/1010*Z*b0.2787 0

17、.1734 t=Y/(K-X)0.5mm37.2781 17.7889 MAU标准桨叶厚度tmm55.8259 31.8171 校核结果满足要求满足要求实取桨叶厚度mm55.8259 31.8171 13.桨叶轮廓及各半径切面的型值计算 a.叶片最大宽度在0.66R处，其值为： b0.66R=0.226* AE/A0*D/(0.1*Z) =0.226*0.4*1.4595/0.4=0.3298m b.叶片最大厚度在螺旋桨轴线处，其值为： tmax=0.05*D=0.05*1.4595*1000=72.975mm 其它桨叶尺寸见如下表格：（单位：m）叶片最大宽度0.33 螺旋桨直径1.46 r/

18、R0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 0.95 母线至叶片随边的距离0.09 0.11 0.13 0.14 0.16 0.17 0.17 0.16 0.14 母线至叶片导边的距离0.13 0.15 0.16 0.17 0.17 0.16 0.13 0.08 0.04 叶片宽度0.22 0.26 0.29 0.31 0.33 0.33 0.31 0.24 0.18 叶片厚度0.06 0.05 0.05 0.04 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01 导边至最厚点的距离0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.13 0.14 0.

19、12 0.09 14. 桨毂设计 最大连续功率PD=174.08hp，此时N0=217.02 rpm 则： (PD/N)1/3= (174.08/217.02) 1/3= 0.929 根据中文课本P157图8-40可查得螺旋桨桨轴直径： dt=145mm 采用整体式螺旋桨，则螺旋桨的毂径： dh=1.8dt=1.8*145=261mm 而按AU型螺旋桨毂径比为0.18计算所需桨毂直径为： dh=0.18*1.4595*1000=262.7mm 说明：实际生产过程中，为方便加工，尺寸都应该取为整数， 在此设计时没有完全参照课本上给的公式计算。毂前后两端的直径： d2=0.88*dh=0.88*2

20、62.7=232mmd1=1.10*dh=1.10*262.7=289mm根据实际情况取桨毂长度：l0=320mm其中，前半段长120mm，后半段长200mm减轻孔的长度：l1=0.3*l0=0.3*320=96mm毂部筒圆厚度：=0.75*t0.2R=0.75*0.0406*1459.5=44.44mm叶面、叶背与毂连接处的圆弧半径：r1=0.033D=0.033*1.4595*1000=48.16mm r2=0.044D=0.044*1.4595*1000=62.22mm15.螺旋桨总图绘制：伸张轮廓、切面形状、投射轮廓、展开轮廓、侧投影轮廓、限界轮廓、最大厚度线、包毂线、桨毂、标题栏、主

21、要要素、型值表、尺寸标注、技术要求（见总图）16.螺旋桨重量及转动惯性计算 Cu1锰青铜材料重量密度=8300kgf/m3; 0.6R处叶切面的弦长为： b0.6R=0.9911*b0.66R=0.9911*0.3298=0.3269m 螺旋桨直径D=1.4595m。 t0.2=0.0406*1.4595=0.0593 m, t0.6= 0.0218*1.4595=0.0318m; 最大连续功率PD=174.08hp，此时N0=217.02 rpm 毂径dh=0.18*D=0.18*1.4595*1000=262.7mm 毂长LK=0.32m 桨毂长度中央处轴径 d0=0.045+0.108(

22、PD/N)1/3-KLK/2 =0.045+0.108*(174.08/217.02)1/3-0.32/(2*15) =0.135m 毂径比 d/D=0.18 则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=0.169*Z*bmax*(0.5*t0.2+t0.6)*(1-d/D)*D =0.169*8300*4*0.3269*(0.5*0.0593+0.0318)*(1-0.18)*1.4595 =134.89kgf 桨毂重0/d)*LK*d2(kgf) =(0.88-0.6*0.135/0.2627)*0.32*8300*0.26272 =104.78kgf 螺旋桨重量 G= Gbl +Gn=134.89+104.78=239.67kgf 螺旋桨惯性矩Imp=0.0948*Z*bmax*(0.5t0.2+t0.6)D3 =0.0948*8300*4*0.3269*(0.5*0.0593+0.0318)*1