螺旋桨设计计算说明书1.docx
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螺旋桨设计计算说明书1
某沿海单桨散货船螺旋桨设计计算说明书
姓名:
XXX
班级:
XXX
学号:
XXX
联系方式:
XXX
日期:
XXX
1.已知船体的主要参数
船长L=118.00米
型宽B=9.70米
设计吃水T=7.20米
排水量△=5558.2吨
方型系数CB=0.658
桨轴中心距基线高度Zp=3.00米
由模型试验提供的船体有效马力曲线数据如下:
航速V(kn)
13
14
15
16
有效马力PE(hp)
2160
2420
3005
4045
2.主机参数
型号6ESDZ58/100柴油机
额定功率Ps=5400hp
额定转速N=165rpm
转向右旋
传递效率ηs=0.98
3.相关推进因子
伴流分数w=0.279
推力减额分数t=0.223
相对旋转效率ηR=1.0
船身效率
4.可以达到最大航速的计算
采用MAU四叶桨图谱进行计算。
取功率储备10%,轴系效率ηs=0.98
螺旋桨敞水收到马力:
PD=5400×0.9×ηsηR
=5400×0.9×0.98×1.0
=4762.8(hp)
根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的
--δ图谱列表计算:
项目
单位
数值
假定航速V
kn
13
14
15
16
VA=(1-w)V
kn
9.373
10.094
10.815
11.536
Bp=NPD0.5/VA2.5
42.337
35.177
29.604
25.193
6.507
5.931
5.441
5.019
MAU
4-40
δ
75.73
70.17
65.08
60.53
P/D
0.640
0.667
0.694
0.720
ηO
0.558
0.582
0.605
0.627
PTE=PD·ηH·ηO
hp
2864
2987
3105
3218
MAU
4-55
δ
74.3
68.6
63.4
59.1
P/D
0.686
0.713
0.741
0.772
ηO
0.542
0.567
0.591
0.612
PTE=PD·ηH·ηO
hp
2782
2910
3033
3141
MAU
4-70
δ
73.7
67.8
63.2
58.5
P/D
0.693
0.723
0.753
0.790
ηO
0.522
0.545
0.565
0.584
PTE=PD·ηH·ηO
hp
2679
2797
2900
2997
据上表的计算结果可绘制PTE、δ、P/D及ηO对V的曲线,如下图所示。
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及ηO如下表所列。
MAU
Vmax
P/D
δ
D
ηO
4-40
15.096
0.697
64.42
4.249
0.607
4-55
15.039
0.745
63.52
4.174
0.591
4-70
14.847
0.752
63.69
4.132
0.561
5.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。
桨轴沉深hf=T-Zp=7.2-3.00=4.2m
p0-pv=pa+γhs-pv=10300+1025×4.2-174
=14461kgf/m2
计算温度t=15°C,Pv=174kgf/m2,PD=4762.8hp,ρ=104.63kgfs2/m4
序号
项目
单位
数值
MAU4-40
MAU4-55
MAU4-70
1
VA
Kn
15.096
15.039
14.847
2
VA=0.5144Vmax(1-w)
m/s
5.599
5.578
5.506
3
(0.7πND/60)2
(m/s)2
660.29
637.19
624.43
4
V20.7R=V2A+(3)
(m/s)2
691.6
668.2
654.7
5
σ=(p0-pv)/
ρV0.7R2
0.400
0.414
0.422
6
τc
0.161
0.166
0.170
7
T=PD·ηO·75/VA
kgf
38726
37847
36396
8
AP=T/
ρV0.7R2·τc
m2
6.648
6.522
6.251
9
AE=AP/(1.067-0.229P/D)
m2
7.327
7.276
6.986
10
AE/AO=AE/
πD2
0.517
0.531
0.521
按上述结果作图,可求得不发生空泡的最小盘面比以及对应的最佳螺旋桨要素
AE/AO=0.530P/D=0.741D=4.182mηo=0.594Vmax=15.053kn
6.强度校核
按1983年<<规范>>校核t0.25R及t0.6r,应不小于按下式计算之值:
t=
X=A2GAdN2D3/1010Zb
计算功率Ne=5400×0.98=5292hp
AD=AE/AO=0.530,P/D=0.741,
,G=7.6gf/cm3,N=165rpm
b0.66R=0.226D·AE/AO/0.1Z=1.2523m
b0.25R=0.7212b0.66R=0.9032m
b0.6R=0.9911b0.66R=1.2412m
项目
单位
数值
0.25R
0.6R
弦长b
m
0.9032
1.2412
K1
634
207
K2
250
151
K3
1410
635
K4
4
34
A1=D/P(K1-K2D/P0.7)+K3D/P0.7-K4
2299
827
Y=A1Ne/ZbN
20409.4
5342.4
K5
82
23
K6
34
12
K7
41
65
K8
380
330
A2=D/P(K5+K6ε)+K7ε+K8
1186
1011
材料系数K(铝镍合金)
1.179
1.179
X=A2GAdN2D3/1010Zb
0.2633
0.1633
mm
149.29
72.52
MAU标准桨叶厚度t′
mm
160
91.17
校核结果
满足要求
满足要求
实取桨叶厚度
mm
161
92.7
实取桨叶厚度按t1.0R=0.0035D=14.64mm与t0.25R=161mm连直线决定:
t0.2R=170.8mmt0.3R=151.2mm
t0.4R=131.7mmt0.5R=112.2mm
t0.6R=92.7mmt0.7R=73.2mm
t0.8R=53.7mmt0.9R=34.2mm
7.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=0.0732/(0.9964*1.2523)=0.05866
标准桨
0.7R=0.0171*D/(0.9964*0.31075*D)=0.05522
1-s=
=
=
=0.655
△
0.7R=〔
0.7R设-
0.7R标×
〕×0.75=-0.000668
△
t=-2
0(1-s)△
0.7R=-2*0.741*0.655*(-0.000668)=0.000648
修正后的螺距比:
=
0+△
t=0.741+0.000648=0.7416
8.重量及惯性矩计算
根据MAU桨切面的面积数据用积分方法计算得:
桨叶重量3641kgf
桨毂重量
螺旋桨重量
桨叶惯性矩440kgf•m•s2
桨毂惯性矩
螺旋桨总惯性矩
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
r/R
面积系
数Ka
弦长╳最大
厚度b╳t
切面面
积(m2)
S=Kabt
辛式
系数
SM
(4)╳(5)
r
r2
(6)╳(7)
(6)╳(8)
0.2
0.674
0.833*0.171
0.0960
1
0.096
0.2R
0.04R2
0.0192R
0.00384R2
0.3
0.674
0.973*0.151
0.0990
4
0.396
0.3R
0.09R2
0.1188R
0.03564R2
0.4
0.674
1.091*0.132
0.0971
2
0.194
0.4R
0.16R2
0.0776R
0.03104R2
0.5
0.6745
1.181*0.112
0.0892
4
0.357
0.5R
0.25R2
0.1785R
0.08925R2
0.6
0.6745
1.241*0.093
0.0788
2
0.156
0.6R
0.36R2
0.0936R
0.05616R2
0.7
0.677
1.248*0.073
0.0617
4
0.247
0.7R
0.49R2
0.1729R
0.12103R2
0.8
0.683
1.164*0.054
0.0429
2
0.086
0.8R
0.64R2
0.0688R
0.05504R2
0.9
0.695
0.922*0.034
0.0218
4
0.087
0.9R
0.81R2
0.0783R
0.07047R2
1
0.7
0
0
1
0
R
R2
0
0
∑(6)=
1.619
∑(9)=
0.8077R
∑(10)=
0.46247R2
9.敞水特性曲线
由MAU4-40,MAU4-55,P/D=0.741的敞水特性曲线内插得到MAU4-53,P/D=0.741的敞水特性曲线,其数据如下:
Z
设计桨的敞水特性数据表
J
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
10KQ
0.365
0.349
0.326
0.298
0.262
0.221
0.173
0.112
KT
0.3217
0.301
0.272
0.247
0.209
0.160
0.110
0.049
ηo
0
0.153
0.272
0.400
0.502
0.595
0.661
0.672
10.螺旋桨计算总结
螺旋桨直径D=4.182
螺距比P/D=0.7416
型式MAU
叶数Z=4
盘面比AE/AO=0.530
纵倾角
螺旋桨效率ηo=0.594
设计航速15.053kn
毂径比dh/D=0.18
旋向右旋
材料铝镍青铜
重量
惯性矩
11.附录
螺旋桨制图数据。
高度
母线距随边
母线距导边
叶宽
实
际
尺
寸
高度
母线距随边
母线距导边
叶宽
画
图
尺
寸
t0.2r
418.2
350.1431
483.1373
833.2804
t0.2r
41.8
35.0
48.3
83.3
t0.3r
627.3
418.8943
554.1427
973.037
t0.3r
62.7
41.9
55.4
97.3
t0.4r
836.4
485.3914
605.1113
1090.503
t0.4r
83.6
48.5
60.5
109.1
t0.5r
1045.5
545.2514
636.1683
1181.42
t0.5r
104.6
54.5
63.6
118.1
t0.6r
1254.6
600.603
640.5514
1241.154
t0.6r
125.5
60.1
64.1
124.1
t0.66r
1380.06
622.894
629.4059
1252.3
t0.66r
138.0
62.3
62.9
125.2
t0.7r
1463.7
642.8055
604.9861
1247.792
t0.7r
146.4
64.3
60.5
124.8
t0.8r
1672.8
656.0799
507.5571
1163.637
t0.8r
167.3
65.6
50.8
116.4
t0.9r
1881.9
607.2402
314.703
921.9432
t0.9r
188.2
60.7
31.5
92.2
t0.95r
1986.45
526.8426
169.6866
696.5292
t0.95r
198.6
52.7
17.0
69.7
t1.0r
2091
216.5227
0
0
t1.0r
209.1
21.7
0.0
0.0
叶切面实际尺寸
0.2r
0.4r
0.6r
0.7r
0.9r
x
y0
yu
x
y0
yu
x
y0
yu
x
y0
yu
x
y0
yu
0
59.78
0
46.10
0
31.52
0
21.96
0
2.84
16.67
88.10
41.42
21.81
67.93
31.94
27.06
45.98
21.88
31.32
31.40
15.01
28.21
7.22
1.37
33.33
102.05
32.54
43.62
78.69
25.09
54.11
53.77
16.78
62.76
38.21
11.31
56.33
10.77
0.92
50.00
112.98
25.62
65.43
87.12
19.76
81.17
60.02
13.21
94.08
43.85
8.75
84.54
13.99
0.70
83.33
129.89
17.08
109.05
100.16
13.17
135.41
69.71
8.76
156.72
52.45
5.64
140.87
19.65
0.41
124.99
145.61
9.22
163.58
112.27
7.11
203.05
78.61
4.64
235.08
60.28
3.00
211.31
25.55
0.24
166.66
157.48
4.01
218.10
121.43
3.09
270.70
85.10
2.09
313.45
66.32
1.28
281.75
29.91
0.10
249.98
170.46
0
327.15
131.44
0
406.11
92.51
0
470.29
73.05
0
422.71
34.10
0
266.65
170.80
0
348.96
131.70
0
433.16
92.70
0
526.57
73.20
0
450.83
34.20
0
333.31
166.96
0
436.20
128.74
0
528.24
90.61
0
589.33
71.55
0
506.24
33.74
0
416.64
153.63
0
545.25
118.46
0
647.01
83.38
0
699.14
65.84
0
575.48
31.72
0
499.97
133.48
0
654.30
102.92
0
766.54
72.45
0
808.82
57.21
0
644.81
28.39
0
583.30
107.86
0
763.35
83.17
0
897.11
58.54
0
918.62
46.23
0
714.14
23.72
0
666.62
77.29
0
872.40
59.59
0
1003.47
41.95
0
1028.31
33.12
0
783.38
17.64
0
749.95
43.21
0
981.45
33.32
0
1122.38
23.45
0
1138.11
18.52
0
852.71
10.53
0
791.62
25.62
0
1035.98
19.76
0
1181.70
13.91
0
1192.89
10.98
0
887.28
6.63
0
833.28
7.69
0
1090.50
5.93
0
1241.15
4.17
0
1247.79
5.01
0
921.94
2.34
0
叶切面画图尺寸
0.2r
0.4r
0.6r
0.7r
0.9r
x
y0
yu
x
y0
yu
x
y0
yu
x
y0
yu
x
y0
yu
0
6.0
0
4.6
0
3.2
0
2.2
0
0.3
1.7
8.8
4.1
2.2
6.8
3.2
2.7
4.6
2.2
3.1
3.1
1.5
2.8
0.72
0.1
3.3
10.2
3.3
4.4
7.9
2.5
5.4
5.4
1.7
6.3
3.8
1.1
5.6
1.08
0.1
5.0
11.3
2.6
6.5
8.7
2.0
8.1
6.0
1.3
9.4
4.4
0.9
8.5
1.40
0.1
8.3
13.0
1.7
10.9
10.0
1.3
13.5
7.0
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