【《14700DWT成品油船的螺旋桨设计计算案例》2700字】

DWT成品油船的螺旋桨设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u284714700DWT成品油船的螺旋桨设计计算案例 1247201.1推进因子 1147091.1.1主机及螺旋桨 114831.1.2有效马力曲线 1132261.1.3推进因子 2270361.2可达最大航速计算 3247121.3空泡校核 5274351.4强度校核 740911.5重量及惯性矩计算 9231881.1.1桨叶重 9312651.1.2桨毂重 10240971.1.3螺旋桨惯性矩 10266511.6敞水性征 10282671.6.1敞水性征曲线 10236031.6.2系柱特性计算 1121411.7航行特性计算 12318211.8螺旋桨计算总结 131.1推进因子1.1.1主机及螺旋桨1）主机参数主机型号为5S40ME-B9，共一台；最大持续功率（MCR）为5675kW（7721.1hp），额定转速为146r/min。2）螺旋桨根据设计任务书要求，本设计船舶采用的螺旋桨为AU（MAU）系列5叶螺旋桨，材料为镍铝青铜。1.1.2有效马力曲线本次螺旋桨设计主要计算工况为满载状态下相关性能的校核，因此有效马力曲线计算只考虑满载状态下的数值。对于设计船舶在满载载况下的不同航速有效马力估算采用艾亚法[5]。设计船舶要求服务航速为13.8kn，故不同的航速有效马力估算范围选取为12kn、12.5kn、13kn、13.5kn、14kn、14.5kn。计算结果如表5-1所示：表5-1艾亚法有效功率估算项目数值速度ν(kn)1212.51313.51414.5傅汝德数Fr0.17080.17790.18510.19220.19930.2064标准C0455450446439428423标准Cbc0.7920.780.7670.7570.7450.737实际Cb（肥或瘦）（%）0.379，肥1.923，肥3.651，肥1.02，肥6.711，肥7.87，肥Cb修正（%）-0.9039-4.586-8.708-11.973-16.006-18.770Cb修正数量Δ1-4-21-39-53-69-79已修正Cb之C1451429407386359344B/T修正（%）-7.0437-7.0437-7.0437-7.0437-7.0437-7.0437B/T修正数量Δ2-32-30-29-27-25-24已修正B/T之C2419399378359334319标准xc，%L，舯前或舯后1.861.801.71531.61331.48951.3447续表5-1项目数值实际xc，%L，舯前或舯后1.6461.6461.6461.6461.6461.646相差%L，在标准前或后0.214，后0.154，后0.0693，后0.0327，前0.1565，前0.3013，前xc修正（%）-0.681-0.462-0.2079-0.0327-0.1717-0.3336xc修正数量Δ3-3（免）-2（免）-1（免）0-1(免）-1(免）已修正xc之C3419399378359334319长度修正（%）-0.122-0.122-0.122-0.122-0.122-0.122长度修正数量Δ4-100000已修正长度C4418399378359334319Vs³17281953.12521972460.37527443048.625Pe1756.362084.682471.262918.703498.814070.011.1.3推进因子1）伴流分数对于伴流分数估算采用式（5-1）[5]：ω=0.5C计算得：ω=0.3475。2）推力减额分数推力减额分数采用汉克歇尔公式即式（5-2）[5]估算：t=0.5C计算得：t=0.282。3）相对旋转效率取相对旋转效率为ηR=1.0[5]。4）船身效率船身效率与伴流分数、推力减额分数数值相关，采用式（5-3）[5]计算：ηH计算得：ηH=1.1004。5）轴系效率由于设计船舶为尾机型船舶，故轴系效率为ηS=0.98[5]。1.2可达最大航速计算螺旋桨为AU/MAU系列5叶桨，利用相关图谱计算。根据母型船资料取功率储备15%，螺旋桨收到功率PD=7721.1*0.85*1.0*0.98=6431.7hp。根据AU5-50、AU5-65、MAU5-80图谱列表5-2计算[5]：表5-2按图谱设计计算表项目单位数值假定航速Vkn1212.51313.51414.5进速VA=V(1-ω)kn7.8308.1568.4838.8099.1359.46168.25161.62951.87350.84346.42442.5258.2617.8507.4757.1306.8146.521AU5-50δ88.07784.38381.22877.69174.88471.133P/D0.624360.636550.649170.662270.675760.68971η00.4750.4890.5030.5140.5280.539PTE=PD*ηH*η0hp3359.5983459.3883557.0553639.8603736.8193812.546AU5-65δ86.49782.79879.41376.14973.14770.251P/D0.682730.695530.708470.722220.736910.75224η00.4660.4810.4940.5070.5200.538PTE=PD*ηH*η0hp3300.8573402.0623491.4833589.6113681.6163801.469MAU5-80δ86.45182.84579.30176.16673.49670.493P/D0.691070.703160.715680.728570.741600.75494η00.4590.4720.4840.4940.5050.515PTE=PD*ηH*η0hp3250.6083341.9053426.1253499.0213572.6253646.937根据表5-2可以绘制图5-1：图5-1AU/MAU5叶桨图谱设计计算结果从PTE–f(V)曲线与船体满载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、η0，如表5-3所示：表5-3按图5-1设计计算的最佳要素VmaxP/DδDη0VA14.2380.68273.2214.6590.5339.29014.1950.74372.0144.5690.5279.26214.0710.74373.0944.5970.5069.1811.3空泡校核按柏利尔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[5]。由总布置设计知，螺旋桨桨轴中心距基线高度为2.5m，设计吃水为8.079m，则桨轴沉深为：hs=T-Zp=8.079-2.5=1.579m。p0=pa+γhs=10330+1025×1.795=16048kgf/m²计算海水温度取为15℃，则汽化压力pv=174kgf/m²，ρ=104.63kgf·s²/m4。故：p0-pv=16048-174=15874kgf/m²计算过程及结果如表5-4所示：表5-4空泡校核计算结果序号项目单位数值AU5-50AU5-65MAU5-801Vmaxkn14.23814.19514.0712VA=0.5144Vmax(1-ω)m/s4.7794.7644.7233(0.7πND/60)2(m/s)2620.966597.055604.4294V(m/s)2643.803619.755626.7365σ=(0.4710.4900.4846τc0.18250.18750.18657T=PD·η0·75/VAkgf53846.78053308.42951710.3318Am28.7608.7698.4569AE=AP/(1.067-0.229P/D)m29.6199.7779.43010A0.5640.5970.569根据表5-4可作图5-2：图5-2空泡校核计算结果由图5-2可得出不发生空泡的最小盘面比以及所对应的最佳螺旋桨要素如表5-5所示：表5-5最佳螺旋桨要素项目数值AE/A00.5897P/D0.725D4.593η00.531Vmax14.2201.4强度校核按第三版《船舶设计实用手册》校核t0.25R及t0.6R，应不小于按式（5-4）～（5-6）[8]计算之值：t=YY=1.36X=A其中：Ne为主机最大持续功率，值为7721.1hp；G为桨叶材料密度（g/cm³）,值为7.6g/cm³；Z为桨叶数，计为5；ε为桨叶后倾角，取为10°；ne为螺旋桨转速（r/min）；由于设计船舶为低速运输船舶，不安装减速装置，取为主机转速146r/min。0.7R处的螺距：P0.7=0.7×4.593=3.215m最大弦长位置处于0.66R处：bmax=b0.66=0.226×4.593×0.5897/（0.1×5）=1.224m0.25R及0.6R处切面的弦长为：b0.25=0.7212×1.224=0.883mb0.6=0.9911×1.224=1.213m计算过程如表5-6所示：表5-6强度校核计算表项目单位数值0.25R0.6R弦长bm0.8831.213K1634207K2250151K31410635K4434A1=（D/P）（K1-K2D/P0.7）+K3D/P0.7-K42392.179861.122续表5-6项目单位数值0.25R0.6RY=1.3628642.8347502.838K58223K63412K74165K8380330A2=（D/P）（K5+K6ε）+K7ε+K81372.1011177.252材料系数K1.3801.380X=0.28770.1797t=mm161.93779.060AU/MAU标准桨叶厚度tˑmm176100校核结果满足要求满足要求由于实际桨叶厚度为标准桨叶厚度，因此后续不需要进行螺距修正。1.5重量及惯性矩计算按我国船舶与海洋工程设计研究院提出的经验公式计算。1.1.1桨叶重对于桨叶重量可采用式（5-7）[5]估算：Gbl式中：t0.2为0.2R处螺旋桨叶片厚度，螺旋桨为AU/MAU系列标准螺旋桨，值为0.1865m；计算得：Gbl=6671.483kgf。1.1.2桨毂重估算桨毂重量采用式（5-8）[5]：Gn式中：d0为桨毂长度中央处轴径，可采用式（5-9）[5]估算得：d0其中：LK为毂长（m）。计算得：d0=0.827m，Gn=2876.880kgf。因此整个螺旋桨的重量为：G=Gbl+Gn=6671.483+2876.880=9552.363kgf。1.1.3螺旋桨惯性矩因为AU/MAU系列螺旋桨的d/D=0.18，故采用式（5-10）[5]估算螺旋桨惯性矩：Imp计算得：Imp=82663.716kgf·cm·s²。1.6敞水性征1.6.1敞水性征曲线由AU5-50、AU5-65、P/D=0.725的敞水性征曲线内插值得到AU5-59，P/D=0.725的敞水性征曲线，其数据如表5-7所示：表5-7设计桨的敞水特性数据表项目数据J00.10.20.30.40.50.60.70.80.9KT0.3450.3130.2810.2450.2040.1450.1130.0680.01810KQ0.3970.3660.3360.3010.2650.2210.1760.1260.0740.036根据表5-7可绘制设计桨的敞水性征曲线图即图5-3：图5-3设计桨的敞水性征曲线1.6.2系柱特性计算由表5-7及图5-3可知，当J=0时，KT=0.345，KQ=0.0397。计算功率：PD=7721.1×0.98=7566.678hp。系柱推力减额分数取t0=0.04。主机转矩计算采用式（5-11）[5]：Q=P计算得：Q=37118.04kgf·m。系柱推力采用式（5-12）[5]计算：T=K计算得：T=70223kgf。螺旋桨转速采用式（5-13）[5]计算：N=60T计算得：N=121.43r/min。1.7航行特性计算取转速为146r/min、140r/min、135r/min进行计算，结果如表5-8所示[5]：表5-8航行特性计算表项目单位数值Vkn1212.51313.51414.5VA=0.5144V(1-ω)m/s4.0284.1964.3634.5314.6994.867N=146r/minJ=VA/nD0.3600.3750.3900.4050.4200.435KT0.2220.2160.2090.2010.1920.182KQ0.02800.02750.02690.02630.02570.0250PTE=KTρn2D4(1-t)V/141.6hp3622.5603661.3743688.9313687.2313651.6643598.480PS=KQ2πnρn2D5/75ηSηRhp7383.9677238.8377088.4406930.9316766.0466594.577N=140r/minJ=VA/nD0.3760.3910.4070.4230.4380.454KT0.2150.2080.2000.1900.1810.170KQ0.02740.02690.02620.02560.02490.0242PTE=KTρn2D4(1-t)V/141.6hp3181.6673206.2573198.9813162.9793114.3353041.162PS=KQ2πnρn2D5/75ηSηRhp6373.9596240.8886092.0245931.9615783