265总吨钢质围网渔船螺旋桨设计书解析.docx

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265总吨钢质围网渔船螺旋桨设计书解析

265总吨钢质围网渔船螺旋桨设计书

指导老师：

专业班级：

学生姓名：

学号：

完成日期：

2014/4/23

目录

1．船型3

2．主机参数4

3．推进因子的确定5

4．桨叶数Z的选取5

5．AE/A0的估算5

6．桨型的选取说明6

7．根据估算的AE/A0选取2～3张图谱6

8．列表按所选图谱（考虑功率储备）进行终结设计6

9．空泡校核7

10．计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线8

11.船舶系泊状态螺旋桨计算9

12．桨叶强度校核9

13．桨叶轮廓及各半径切面的型值计算10

14．桨毂设计11

15．螺旋桨总图绘制11

16．螺旋桨重量及转动惯量计算12

17．螺旋桨设计总结13

18．课程设计总结13

265总吨钢质围网渔船螺旋桨设计书

1.船型

单桨，单舵，前倾首柱，巡洋舰尾，柴油机驱动，尾机型钢质围网渔船。

设计水线长：

LWL=39.50m

垂线间长：

LBP=37.00m

型宽：

B=7.60m

型深：

D=3.80m

设计吃水：

Td=2.90m

方型系数：

CB=0.554

排水量：

Δ=463.3t

棱型系数：

CP=0.620

纵向浮心坐标

Xb=-1.08m

纵向浮心位置

xc=3.46%

L/Δ1/3

4.78

Δ0.64

50.83

宽度吃水比B/T

2.62

速度V（kn）

11

12

13

Froude数vs/√gLBP

0.295

0.324

0.357

标准C0查图7-3

265

218

196

标准Cbc,查表7-5

0.59

0.568

0.534

实际Cb（肥或瘦）（%）

4.48

0.717

2.4

Cb修正（%），瘦则查表7-6

4.38

0.300

1.478

Cb修正数量Δ1

9.45

6.22

2.96

已修正Cb之C1

248.8

220.12

201

B/T修正%

-2.53

-3.56

-2.51

B/T修正数量，Δ2

-7.16

-7.55

-5.13

已修正B/T之C2

276.412

211.001

172

标准xc,%L，船中后，查表7-5

1.92

2.39

2.51

实际xc，%L，船中后

3.33

3.67

2.11

相差%L，在标准后（+）前（-）

0.93

0.11

0.3

xc修正（%）,查表7-7

1.3

0.17

-0.23

xc修正数量，Δ3

-2.1

-2.48

2

已修正xc之C3

255.41

210.2

198

长度修正%=（Lwl-1.025Lpp）/Lwl*100%

4.15

0.041

0.046

长度修正Δ4

10.676

8.78

0.012

已修正长度之C4

265.1

217.28

199

V3

1331

1728

2199

PE=Δ0.64*V3/C4（hp）

255.6

404.3

512.9

2.主机参数

型号：

6300C

标定功率：

PS2=441kw

标定转速：

400r/min

减速比：

j=1.60

3．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=0.5×CB-0.05=0.5×0.555-0.05=0.0.2275

（2）推力减额分数t

使用汉克歇尔公式

t=0.50×CP-0.12=0.50×0.620-0.12=0.19

（3）相对旋转效率：

近似地取为ηR=0.98

（4）船身效率

ηH=

=（1-0.19）/（1-0.2275）=1.05

4．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。

5．AE/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+0.3×Z）×T/（p0-pv）D2+k进行估算，

其中：

T=

=297/（1-0.19）×12×0.5144）=59.43kN

水温15℃时pv=174kgf/m2=174×9.8N/m2=1.705kN/m2

静压力p0=pa+γhs=（10330+1025×2）×9.8N/m2=121.324kN/m2

k取0.2

D允许=0.7×T=（0.7～0.8）×2.90=2.03m～2.32m（单桨船）y.2682413_______________________________________________________________________________________________________________________

AE/A0=（1.3+0.3×Z）×T/（p0-pv）D2+k

=（1.3+0.3×4）×59.43/（（121.324-1.705）×2.032）+0.2=0.501

6．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2~3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ηS=0.98，齿轮箱效率ηG=0.96

螺旋桨敞水收到功率

PDO=Ps×（1-0.10）×ηR×ηS×ηG

=441×0.9×0.98×0.98×0.96=365.94kw=490.53hp

螺旋桨转速n=jn=400r/min/1.6=250r/min

列表查图谱可得：

项目

单位

数量

假定航速V

kn

11

12

13

VA=VS*（1-w）

kn

8.5

9.4

10.6

BP=n*（PDO）0.5/VA2.5

26.3

21.2

16.5

√Bp

5.01

4.61

3.2

MAU4-40

δ

61.200

56

49.210

P/D

0.725

0.74

0.700

η0

0.613

0.64

0.67

D=δ*VA/n

m

2.021

2.08

2.08

PTE=PD0*η0ηHηR

hp

312.9

324.7

336.8

MAU4-55

δ

61.1

54.1

47.2

P/D

0.778

0.818

0.854

η0

0.606

0.644

0.667

D=δ*VA/n

m

2.021

2.035

2.075

PTE=PD0*η0ηHηR

hp

310.939

319.5

332.32

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、δ、P/D、D及η0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η0如下表所列。

MAU

VMAX（kn）

P/D

δ

D（m）

η0

4-40

11.65

0.73

57.7

2.09

0.632

4-55

11.62

0.80

56.80

2.03

0.620

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、η0、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2.0m

p0-pv=pa+γhs-pv=（10330+1025×2-174）kgf/m2=12206kgf/m2

计算温度t=15℃,pv=174kgf/m2PDO=365.94kw=490.53hp

ρ=104.63kgfs2/m4

序号

项目

单位

数值

MAU4-40

MAU4-55

1

AE/A0

0.40

0.55

2

VMAX

kn

11.51

11.62

3

VA=0.5144*VMAX*（1-w）

m/s

4.71

4.642

4

（0.7πND/60）2

（m/s）2

362.3

350

5

V0.7R2=VA2+（4）

（m/s）2

385.2

370.0

1/2ρV0.7R2

20130.612

19387.12

6

σ=（p0-pv）/（1/2ρV0.7R2）

0.606

0.631

7

τc（查图6-20）

0.16

0.1668

8

推力T=75*PD*η0/VA

kgf

5020

4933

9

需要投射面积AP=T/（τc*1/2ρV0.7R2）

m2

1.56

1.523

10

需要展开面积AE=AP/（1.067-0.229*P/D）

m2

1.732

1.719

11

A0=πD2/4

m2

3.50

3.27

12

需要的AE/A0

0.5

0.53

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=0.52P/D=0.79，D=2.17m，η0=0.62，VMAX=11.6kn

10．计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线

由MAU4-40，MAU4-55，P/D=0.788的敞水性征曲线内插得到MAU4-524、P/D=0.788的螺旋桨无因次敞水性征曲线如图三所示，其数据如下：

J

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

KT

0.342

0.316

0.286

0.250

0.214

0.175

0.141

0.087

0.041

10KQ

0.40

0.376

0.351

0.317

0.284

0.248

0.201

0.152

0.094

η0

0.003

0.145

0.263

0.372

0.482

0.581

0.642

0.68

0.616

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=0.342,KQ=0.04

计算功率PD=Ps×ηS×ηG=441×0.98×0.96=414.8kw=564.7hp

系柱推力减额分数取t0=0.04,

主机转矩Q=PD×60×75/（2πN）=564.1×60×75/（2×3.1416×250）=1617kgf.m

系柱推力T=（KT/KQ）×（Q/D）=（0.339/0.0395）×（1835.5/2.24）=6684.9kgf

系柱推力T0=T×（1-t0）=7032.5×（1-0.04）=6428.5kgf

车叶转速N0=60×√T/（ρ×D4×KT）=60×（6418/（104.63×24×0.342））0.5

=194rpm

12．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=A1×Ne/（Z×b×N）,X=A2×G×Ad×N2×D3/（1010×Z×b）

计算功率Ne=441×0.98×0.96=414.86kw=564.2hp

Ad=AE/A0=0.53，P/D=0.79，ε=10º，G=7.6gf/cm3,N=250rpm

在0.6R处切面弦长

b0.6R=1×AE/A0×D/Z=0.63m

b0.25R=0.7212×b0.6R=0.46m

项目

单位

数值

0.25R

0.6R

弦长b

m

0.457

0.63

K1

634

207

K2

250

151

K3

1410

635

K4

4

34

A1=D/P（K1-K2D/P0.7）+K3D/P0.7-K4

2190

791.5

Y=A1*Ne/（Z*b*N）

3342.222

873.264

K5

82

23

K6

34

12

K7

41

65

K8

380

330

A2=D/P（K5+K6ε）+K7ε+K8

1654.1

1274.32

材料系数K（铝青铜）

kgf/cm3

1.2

1.2

X=A2*G*Ad*N2*D3/（1010*Z*b）

0.189

0.108

t=√Y/（K-X）

mm

48

24.4

MAU标准桨叶厚度t′,查表8-14

mm

78.6

44.4

校核结果

满足要求

满足要求

实取桨叶厚度

mm

78.6

44.4

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/A0×D/Z=2.26×0.53×2.048/4=0.617m

最大厚度在轴线处tmax=0.05D=0.05×2.047×1000=102.36mm

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/m

r/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

0.2

0.1753

0.24192

0.416

83.21

0.1335

0.3

0.2973

0.27745

0.487

73.5

0.1559

0.4

0.2434

0.30367

0.545

64.1

0.1748

0.5

0.2731

0.31856

0.591

54.35

0.1917

0.6

0.3111

0.31544

0.627

38.84

0.2372

0.66

0.3000

0.32012

0.621

44.56

0.2162

0.7

0.3217

0.30356

0.624

35.04

0.2512

0.8

0.3322

0.25332

0.583

25.71

0.2652

0.9

0.3051

0.15730

0.461

15.29

0.2251

0.95

0.2642

0.08291

0.337

11.43

0.1744

1

0.1081

6.18

14．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=565hp，此时N=225rpm

（PD/N）1/3=（565/250）1/3=1.35

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=1.8×185=333mm

毂前后两端的直径d2=0.88×dh=0.88×333=293mm

d1=1.10×dh=1.10×333=366mm

桨毂长度l0=dh+100=433mm

减轻孔的长度l1=0.3×l0=0.3×433=130mm

轴孔锥度取K=0.1

毂部筒圆厚度δ=0.75×t0.2R=0.75×84=62.4mm

叶面、叶背与毂连接处的圆弧半径

r1=0.033D=0.033×2.0×1000=67.56mm，

r2=0.044D=0.044×2.0×1000=90mm。

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γ=8410kgf/m3，

0.66R处叶切面的弦长（即最大弦长）b0.66=0.62m，

螺旋桨直径D=2.m，t0.2=0.08m，t0.6=0.0381m

最大连续功率PD=564.25hp，此时N=250rpm

毂径dh=d=1.8×dt=1.8×0.185=0.333m，毂长Lk=lo=0.433m

桨毂长度中央处轴径

d0=0.045+0.108（PD/N）1/3-0.5×KLK

=0.045+0.108×（565/250）1/3-0.1×0.433/2=0.165m

dh/D=0.333/2=0.16

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=0.169γZbmax（0.5t0.2+t0.6）（1-d/D）D（kgf）

=0.169×8410×4×0.63×（0.5×0.08+0.03883）×（1-0.1627）×2=489.2kgf

桨毂重

Gn=（0.88-0.6d0/d）LKγd2（kgf）

=（0.88-0.6×0.165/0.333）×0.433×8410×0.3332

=235.9kgf

螺旋桨重量

G=Gbl+Gn=723.7kgf

螺旋桨惯性矩

Imp=0.0948γZbmax（0.5t0.2+t0.6）D3

=0.0948×8410×4×0.63×（0.5×0.08+0.04383）×2.04×2.04×2.04

=1380.2kgf·m·s2

17．螺旋桨设计总结

螺旋桨直径：

D=2.04m

设计航速：

VMAX=11.64kn

螺距比：

P/D=0.79m

毂径比：

dh/D=0.163m

型式：

MAU

旋向：

右旋

盘面比：

AE/AO=0.53

材料：

铝青铜

叶数：

Z=4

总重量：

718.1kgf

螺旋桨效率：

η0=0.661

惯性矩：

1389.2kgf·m·s2

纵倾角：

ε=10°

18．课程设计总结

做课设时刚好刚上很多学科结课和写双学位论文，实在有点仓促，其中不足之处还请多多包涵。

感觉这次课设虽然格外繁琐，但做得却很有意义，让我全方位复习了平日所学，尤其是一些平时没自己动手算过的地方，另外也让我重温了一下许久没碰的CAD的使用。

做课设时最大的困难莫过于对公式对应情况和公式所用单位的核算不清楚，常常算出一些离谱的值，不得不多次返工。

最后，多谢老师尽心尽责的授课，平日的耳蘸目染使得我们获益良多。

2014年4月24日星期四