渔船螺旋桨设计.docx
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渔船螺旋桨设计
船舶推进课程设计
--渔船普通螺旋桨图谱设计计算书
1、已知拖网渔船主要要素:
垂线间长Lpp=37.00m
型宽B=7.60m
型深H=3.80m
平均吃水Tm=2.90m
棱形系数Cp=0.620
排水体积=452m3
排水量Δ=463.3t
主机功率MHP=600HP
转速RPM=400r/min
螺旋桨中心距基线高Zp=0.50m
主机轴带20KW发电机一台
2、船体阻力计算:
(按日本渔船阻力图谱)
B/T=2.73;/(L/10)3=9.26
1
0.26
0.30
0.32
0.34
0.36
2
马力系数Eo
0.050
0.107
0.150
0.197
0.251
3
144
309
433
569
725
4
航速Vs(Kn)
9.62
11.11
11.85
12.69
15.33
3、船身效率计算
根据汉克歇尔公式:
伴流分数ω=0.77Cp-0.28=0.1974
推力减额分数t=0.77Cp-0.30=0.1774
船身效率ȠH=(1-t)/(1-ω)=1.025
4、螺旋桨收到马力计算
扣除主机拖带6.5KW发电机一台,其轴带效率为0.916,轴系效率Ƞs取0.97,
螺旋桨的收到马力PD=(MHP-
)*0.97*0.96=553.2HP(公制)
5、假定设计航速下有效推进马力计算
根据B4-40,B4-55,B4-70的Bp-δ图谱列表计算
序号
项目
单位
数值
1
假定设计航速Vs
Kn
9
10
11
12
2
VA=(1-ω)Vs
Kn
7.223
8.026
8.829
9.631
3
BP=NPD0.5/γ0.5VA2.5
66.27
50.92
40.12
32.28
4
8.14
7.14
6.33
5.68
5
MAU-40
δ
91.5
81.1
74.2
67.6
6
P/D
0.597
0.621
0.651
0.677
7
η0
0.502
0.534
0.555
0.594
8
THP=PDȠHȠ0Ƞr
HP
284.6
302.8
314.7
336.8
9
MAU-55
δ
90.1
80.2
73.0
66.3
10
P/D
0.631
0.660
0.692
0.720
11
η◦
0.480
0.514
0.547
0.578
12
THP=PDȠHȠ0Ƞr
HP
272.2
291.5
309.6
327.7
13
MAU-70
δ
89.1
79.6
72.0
65.4
14
P/D
0.642
0.675
0.703
0.739
15
η◦
0.465
0.497
0.527
0.554
16
THP=PDȠHȠ0Ƞr
HP
263.7
281.8
298.8
314.1
将假定设计航速下推马力计算结果,按适当的比例绘制在有效马力曲线图上,从不同盘面比的THP曲线与EHP的曲线交点处,作垂线与横坐标VS相交一点,从而可查处不同面比所对应的各自航速VS,如图所示
MAU-40:
Vs=11.17Kn
MAU-55:
Vs=11.13Kn
MAU-70:
Vs=11.10Kn
6、初步确定桨的要素
从THP-Vs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,根据不同盘面比所对应的设计航速列表继续查MAU图谱进行计算,可获得不同盘面比状态下的螺旋桨要素,即:
桨的直径D,螺距比P/D,桨的效率η0,
如下表所示:
MAU
Vs
P/D
δ
D
ηO
4—40
11.17
0.659
72.91
1.634
0.561
4—55
11.13
0.695
72.07
1.609
0.550
4—70
11.10
0.704
71.72
1.597
0.528
7、拖力计算(拖网航速Vs=4Kn)
序号
计算项目
MAU4-40
MAU4-55
MAU4-70
1
直径D(m)
1.634
1.609
1.597
2
VA=0.5145·Vs(1-ω)(m/s)
1.65
1.65
1.65
3
Q=DHP·75·60/2πN
991
991
991
4
假定转速N1
250
300
360
250
300
360
250
300
360
5
J=60VA/N1D
0.242
0.202
0.168
0.246
0.205
0.171
0.248
0.207
0.172
6
KQ=3600Q
/ρN12D5
0.045
0.031
0.023
0.051
0.035
0.024
0.053
0.036
0.025
7
J(查图谱)
0.185
0.187
0.188
8
KQ
0.026
0.028
0.029
9
KT
0.239
0.248
0.251
10
N=60·VA/JD
328
329
330
11
T拖=(P/D)·
(KT/KQ)(kgf)
5575.0
5455.2
5370.9
8、空泡校核
按瓦根宁根限界线,计算不发生空泡之最小展开面积比。
桨轴沉深:
hs=T-Zp=2.9-0.50=2.40m
计算温度:
15℃时:
Pv=174kgf/m2
ρ=104.63kgfS2/m4
Po-Pv=Pa+γhs-Pv=10330+1025×2.4-174
=12616kgf/m2
序号
项目
数值
MAU4-40
MAU4-55
MAU4-70
1
VS
4
4
4
2
VA=0.5145×(1-ω)VS
1.65
1.65
1.65
3
(0.7πnD/60)2
573.9
556.4
548.2
4
V0.7R2=VA2+(3)
576.6
559.1
550.9
5
σ=(P0-PV)/(0.5ρV0.7R2)
0.418
0.431
0.438
6
τc
0.169
0.175
0.178
7
T=PD·η0·75/VA
5575.0
5455.2
5370.9
8
Ap=T/(0.5ρV0.72τc)
1.094
1.066
1.047
9
AE=AP/(1.067-0.229P/D)
1.194
1.174
1.156
10
AE/AO=AE/(πD2/4)
0.569
0.577
0.577
11
Ap’
0.418
0.431
0.438
9、确定螺旋桨的要素
根据以上表格的计算结果作图,可求得不发生空泡最小盘面比以及所对应的最佳螺旋桨要素,确定如下:
AE/A0=0.578P/D=0.698D=1.606
Ƞ0=0.548VS=11.14KnN=329r/min
10、强度校核:
根据1983年《钢制海船入级与建造规范》校核t0.25R及t0.6R(见下表),应不小于按下式计算之值:
t=
Y=
X=
计算功率:
Ne=Ps×ηs=600×0.97=582HP
D=1.606mAd=AE/AO=0.578P/D=0.698
ε=10°G=7.6g/cm3N=ne=329r/min
t0.66R=0.226DAd/(0.1Z)=0.524m
t0.25R=0.7212b0.66R=0.378m
t0.6R=0.9911b0.66R=0.519m
根据0.25R、0.6R、1.0R处的实际桨叶厚度,按t1.0R=0.003D=4.8mm与t0.25R=58.7mm连成光顺曲线,称之为最大厚度曲线,如上图所示,从图中可以得到各切面最大厚度为:
t0.2R=62mmt0.3R=55mmt0.4R=48mm
t0.5R=41mmt0.6R=34mmt0.7R=26mm
t0.8R=19mmt0.9R=12mm
项目
数值
0.25R
0.6R
舷长b
0.378
0.519
k1
634
207
k2
250
151
k3
1410
635
k4
4
34
A1=D/P(k1-k2D/P0.7R)+k3D/P0.7R-k4
2411.2
862.4
Y=1.36A1Ne/Zbne
2821.0
734.9
k5
82
23
k6
34
12
k7
41
65
k8
380
330
A2=(D/P)(k5+k6ε)+k7ε+k8
1394.6
1184.9
材料系数K(锰铁黄铜)
1
1
X=A2GAdN2D3/(1010Zb)
0.182
0.112
t=
58.7
28.8
MAU标准桨厚度t’
33.220
校核结果
满足要求
满足要求
实取桨叶厚度
59
29
11、螺距修正:
根据尾轴直径大小,决定毂径比dh/D=0.18,此值与MAU桨标准毂径比相同,故对此项螺距无需修正。
由于实际桨叶厚度大于MAU桨标准厚度,故需因厚度差异进行螺距修正。
设计桨(
)0.7R=0.025/(0.9964×0.524)=0.05171
标准桨(
)0.7R=0.0171D/(0.9964×0.31075D)=0.05523
对于MAU型螺旋桨,切面的无升力角:
α0=57.3k(
)=57.3×0.735×0.05523=2.326
修正后的螺距角:
θ`=θ+α0-α0`=θ+57.3k(
-
)
=tan-1(P`/0.7πD)
=tan-1(P/0.7πD)+57.3k(
-
)
=tan-1(0.67/0.7π×1.48)+57.3×0.735×(0.05523-0.05171)=17.76o
修正后的螺距为:
P`=0.7πDtanθ`=0.7π×1.606×tan17.26o=1.131
修正后的螺距比:
=0.70
12、重量及惯性矩计算:
1、桨毂尺寸
(1)螺旋桨桨轴的轴径dt=164mm
(2)螺旋桨的毂径dh=(1.8~2.1)dt=1.8×150=290mm
(3)毂前后两端的直径:
毂前:
d1/dh=(1.055~1.15)得d1=310mm
毂后:
d2/dh=(0.75~0.90)得d2=232mm
(4)减轻孔的长度,一般在最大值约为0.3l0(l0为毂长),得l1=0.3l0=122mm
(5)毂部筒圆厚度,最小值约为0.75t0.2R,得δ=0.75t0.2R=25mm。
(6)叶面、叶背与毂连接处的圆弧半径:
r1=0.033D=53mm
r2=0.044D=71mm。
(7)桨毂长度,l0=2.5dt=410mm
(8)轴孔之锥度,K=1/10
2、桨毂重量(采用船舶与海洋工程设计研究院公式)
Gn=(0.88-0.6
)Lkγd2=(0.88-0.6×
)×0.410×7600×(0.29)2=147.7kg
=0.045+0.108
-
=0.045+0.108×
-
=0.1529
3、桨叶重量
Gb1=0.169γZbmax(0.5t0.2+t0.6)(1-
)D
=0.169×7600×4×0.524×(0.5×0.062+0.034)×(1-0.18)×1.606
=230.44kg
4、螺旋桨总重量
G=Gb1+Gn=230.44+147.7=378.14kg
5、螺旋桨惯性矩
Im=0.0948γZbmax(0.5t0.2+t0.6)D3
=0.0948×7600×4×0.524×(0.5×0.062+0.034)×1.6063
=406.66kgf·cm·s2
14、螺旋桨计算总结
螺旋桨直径D=1.606m
螺距比P/D=0.7
叶数Z=4
型式MAU型
盘面比AE/Ao=0.578
纵倾角ε=10°
螺旋桨效率η0=0.548
设计航速Vs=11.14kn
毂径比dh/D=0.18
旋向右旋
材料锰铁黄铜
重量378.14kg
惯性矩406.66kgf·cm·s2
15、螺旋桨型值计算
伸张轮廓型值表
γ/R
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.66
0.7
0.8
0.9
0.95
1.0
辐射基线至随边(mm)
147
175
203
228
251
261
269
274
254
220
91
辐射基线至导边(mm)
202
232
253
266
268
263
253
212
132
71
叶片宽度(mm)
349
407
456
494
519
524
522
487
386
291
叶片厚度(mm)
62
55
48
41
34
29
26
19
12
8
5
基线最厚处至导边(mm)
112
130
146
161
181
199
210
221
220
189
146