JS805钢质拖网渔船螺旋桨设计书.docx
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JS805钢质拖网渔船螺旋桨设计书
JS805钢质拖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4
4．桨叶数Z的选取4
5．AE/A0的估算4
6．桨型的选取说明5
7．根据估算的AE/A0选取2～3张图谱5
8．列表按所选图谱（考虑功率储备）进行终结设计5
9．空泡校核7
10．计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线9
11.船舶系泊状态螺旋桨计算9
12．桨叶强度校核10
13．桨叶轮廓及各半径切面的型值计算11
14．桨毂设计11
15．螺旋桨总图绘制12
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14
JS805钢质拖网渔船螺旋桨设计书
1.船型
单桨流线型舵，前倾首柱，巡洋舰尾，柴油机驱动，尾机型钢质拖网渔船。
设计水线长：
LWL=29.50m
垂线间长：
LBP=27.50m
型宽：
B=6.20m
型深：
D=2.70m
设计吃水：
Td=2.10m
方型系数：
CB=0.522
排水量：
Δ=192t
棱型系数：
CP=0.593
纵向浮心坐标
Xb=-0.78m
纵向浮心位置
xc=-2.84%
L/Δ1/3
4.77
Δ0.64
28.93
宽度吃水比B/T
2.95
1.1艾亚法有效功率估算表：
（按《船舶原理（上）》P285实例计算）。
由给定设计航速约10.5kn，取V为10,11,12kn估算。
速度V（kn）
10
11
12
Froude数vs/√gLBP
0.313
0.345
0.361
标准C0查图7-3
229
192
172
标准Cbc,查表7-5
0.565
0.549
0.544
实际Cb（肥或瘦）（%）
7.61
4.92
3.13
Cb修正（%），瘦则查表7-6
4.697
2.552
1.478
Cb修正数量Δ1
10.76
4.90
2.96
已修正Cb之C1
240
197
175
B/T修正%
-4.97
-4.97
-2.53
B/T修正数量，Δ2
-11.93
-9.79
-5.13
已修正B/T之C2
228
187
170
标准xc,%L，船中后，查表7-5
2.23
2.47
2.51
实际xc，%L，船中后
2.84
2.84
2.84
相差%L，在标准后（+）前（-）
0.61
0.37
0.33
xc修正（%）,查表7-7
—
—
-0.4
xc修正数量，Δ3
0
0
1
已修正xc之C3
228
187
171
长度修正%=（Lwl-1.025Lpp）/Lwl*100%
4.45
4.45
4.45
长度修正Δ4
10
8.3
5.7
已修正长度之C4
238
195
177
V3
1000
1331
1728
PE=Δ0.64*V3/C4（hp）
89.35
151.35
272.1
2．主机参数（设计航速约10.5kn）
型号：
8E150C
标定功率：
PS2=198kw
标定转速：
750r/min
减速比：
i=2.5
3．推进因子的确定
（1）伴流分数w
本船为单桨渔船，故使用汉克歇尔公式估算
w=0.77Cp-0.28=0.77*0.593-0.28=0.177
（2）推力减额分数t
使用汉克歇尔公式
t=0.77CP-0.30=0.77*0.593-0.30=0.157
（3）相对旋转效率：
近似地取为ηR=1.0
（4）船身效率
ηH=
=（1-0.157）/（1-0.177）=1.024
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=
=120.35/（1-0.157）×10.5×0.5144）=26.43kN
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=0.7~0.8×Td=（0.7～0.8）×2.10=1.47m～1.68m（单桨船）
取D=1.50my.2682413_______________________________________________________________________________________________________________________
AE/A0=（1.3+0.3×Z）×T/（p0-pv）D2+k
=（1.3+0.3×4）×26.43/（（121.324-1.705）×1.502）+0.2=0.445
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。
由于本船为近海渔船，故采用MAU4叶桨图谱进行设计计算。
7．根据估算的AE/A0选取2~3张图谱
根据AE/A0=0.445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
PD=Ps×（1-0.10）×ηR×ηS×ηG
=198×0.9×1.0×0.98×0.96=167.65kw=228.10hp
螺旋桨转速n=in=750r/min/2.5=300r/min
列表查图谱可得：
项目
单位
数量
假定航速V
kn
10
11
12
VA=VS*（1-w）
kn
8.23
9.053
9.876
BP=n*（PD）^0.5/VA^2.5
23.317
18.373
14.781
√Bp
4.828
4.286
3.844
MAU4-40
δ
58.658
52.78
48.02
P/D
0.734
0.778
0.825
η0
0.635
0.664
0.687
D=δ*VA/n
m
1.609
1.592
1.580
PTE=PD*η0ηHηR
hp
148.31
155.09
160.46
MAU4-55
δ
57.297
51.99
46.916
P/D
0.787
0.834
0.884
η0
0.621
0.65
0.675
D=δ*VA/n
m
1.571
1.568
1.544
PTE=PD*η0ηHηR
hp
145.04
151.82
157.66
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
11.061
0.779
52.74
1.591
0.666
4-55
11.008
0.837
51.55
1.567
0.650
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1.5m
p0-pv=pa+γhs-pv=（10330+1025×2-174）kgf/m2=12206kgf/m2
计算温度t=15℃,pv=174kgf/m2PD=167.65kw=228.10hp
ρ=104.63kgfs2/m4
序号
项目
单位
数值
MAU4-40
MAU4-55
1
AE/A0
0.4
0.55
2
VMAX
kn
11.061
11.008
3
VA=0.5144*VMAX*（1-w）
m/s
4.683
4.66
4
（0.7πND/60）2
（m/s）2
306.038
296.874
5
V0.7R2=VA2+（0.7πND/60）2
（m/s）2
327.968
318.590
1/2ρV0.7R2
17157.675
16667.048
6
σ=（p0-pv）/（1/2ρV0.7R2）
0.711
0.732
7
τc（查图6-20）
0.173
0.177
8
推力T=75*PD*η0/VA
kgf
2432.96
2386.23
9
需要投射面积AP=T/（τc*1/2ρV0.7R2）
m2
0.8196
0.8088
10
需要展开面积AE=AP/（1.067-0.229*P/D）
m2
0.9224
0.9240
11
A0=πD2/4
m2
1.988
1.928
12
需要的AE/A0
0.463
0.479
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=0.471，P/D=0.806，D=1.58m，η0=0.658，VMAX=11.036kn
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=0.806的敞水性征曲线内插得到MAU4-47.1、P/D=0.806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
0.330
0.315
0.301
0.275
0.242
0.210
0.177
0.128
0.078
10KQ
0.449
0.411
0.387
0.352
0.332
0.301
0.260
0.226
0.181
η0
0
0.138
0.264
0.376
0.477
0.564
0.653
0.708
0.705
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=0.330,KQ=0.0449
计算功率PD=Ps×ηS×ηG=198×0.98×0.96=186.28kw=253.4hp
系柱推力减额分数取t0=0.04,
主机转矩Q=PD×60×75/（2πN）=253.4×60×75/（2×3.1416×300）=604.95kgf.m
系柱推力T=（KT/KQ）×（Q/D）=（0.330/0.0449）×（604.95/1.58）=2814.038kgf
修正系柱推力T0=T×（1-t0）=2814.038×（1-0.04）=2701.48kgf
车叶转速N0=60×√To/（ρ×D4×KT）=60×（2701.48/（104.63×1.584×0.330））0.5
=212.6rpm
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=198×0.98×0.96=186.28kw=253.4hp
Ad=AE/A0=0.471，P/D=0.806，ε=10º，G=7.6gf/cm3,N=300rpm
Z=4D=1.58mP0.7=P/D*D=1.27m
在0.66R处切面弦长
b0.66R=bmax=0.226DAd/（0.1Z）=0.226*1.58*0.471/0.4=0.4205m
在0.6R处切面弦长
b0.6R=0.9911b0.66R=0.4168m
在0.25R处切面弦长
b0.25R==0.7212b0.66R=0.3033m
项目
单位
数值
0.25R
0.6R
弦长b
m
0.3033
0.4168
K1
634
207
K2
250
151
K3
1410
635
K4
4
34
A1=D/P（K1-K2D/P0.7）+K3D/P0.7-K4
2147.15
778.23
Y=1.36A1*Ne/（Z*b*N）
2033.08
536.22
K5
82
23
K6
34
12
K7
41
65
K8
380
330
A2=D/P（K5+K6ε）+K7ε+K8
1313.57
1157.42
材料系数K（铝镍青铜）
kgf/cm3
1.179
1.179
X=A2*G*Ad*N2*D3/（1010*Z*b）
0.1376
0.0882
t=√Y/（K-X）
mm
44.184
22.172
MAU标准桨叶厚度t′,查表8-4
mm
60.435
34.444
校核结果
满足要求
满足要求
实取桨叶厚度
mm
60.435
34.444
若采用标准桨的厚度极其分布，则可以满足强度要求，且有裕度
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=0.226DAd/（0.1Z）=0.226*1.58*0.471/0.4=0.4205m
最大厚度在轴线处tmax=0.05D=0.05×1.58×1000=79mm
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/m
从母线到叶片导边的距离/m
叶片宽度/m
0.2
0.117572
0.162229
0.279801
64.148
0.13456
0.3
0.140657
0.186071
0.326729
56.722
0.13456
0.4
0.162986
0.203186
0.366171
49.296
0.13456
0.5
0.183086
0.213614
0.3967
41.87
0.136663
0.6
0.201672
0.215086
0.416758
34.444
0.146755
0.66
0.209157
0.211343
0.4205
30.02
0.15937
0.7
0.215843
0.203144
0.418986
27.018
0.169041
0.8
0.2203
0.170429
0.390729
19.592
0.191328
0.9
0.2039
0.105672
0.309572
12.166
0.205625
0.95
0.176904
0.056978
0.233882
8.532
0.21025
1
0.072704
4.74
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=253.4hp，此时N=300rpm
（PD/N）1/3=（253.4/300）1/3=0.9453
根据《船舶原理（下）》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
毂前后两端的直径d2=0.88×dh=0.88×261=230mm
d1=1.10×dh=1.10×261=287mm
桨毂长度l0=dh+100=361mm
减轻孔的长度l1=0.3×l0=0.3×361=108mm
轴孔锥度取K=0.1
毂部筒圆厚度δ=0.75×t0.2R=0.75×64.148=48mm
叶面、叶背与毂连接处的圆弧半径
r1=0.033D=0.033×1.58×1000=52mm，
r2=0.044D=0.044×1.58×1000=70mm。
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）
铝镍青铜材料重量密度γ=7600kgf/m3，
0.66R处叶切面的弦长（即最大弦长）b0.66=0.4205m，
螺旋桨直径D=1.58m，t0.2=0.064148m，t0.6=0.034444m
最大连续功率PD=253.4hp，此时N=300rpm
毂径dh=d=1.8×dt=1.8×145=261mm=0.261m，毂长Lk=lo=0.361m
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×（253.4/300）1/3-0.1×0.361/2=0.129m
dh/D=0.261/1.58=0.1652
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）
=0.169×7600×4×0.4205×（0.5×0.064148+0.034444）×（1-0.1652）×1.58
=189.5kgf
桨毂重
Gn=（0.88-0.6d0/d）LKγd2（kgf）
=（0.88-0.6×0.129/0.261）×0.361×7600×0.2612
=109.1kgf
螺旋桨重量
G=Gbl+Gn=298.6kgf
螺旋桨惯性矩
Imp=0.0948γZbmax（0.5t0.2+t0.6）D3
=0.0948×7600×4×0.4205×（0.5×0.064148+0.034444）×1.58^3=317.95kgf·m·s2
17．螺旋桨设计总结
螺旋桨直径：
D=1.58m
设计航速：
VMAX=11.036kn
螺距比：
P/D=0.806
毂径比：
dh/D=0.1652
型式：
MAU
旋向：
右旋
盘面比：
AE/AO=0.471
材料：
铝镍青铜
叶数：
Z=4
总重量：
298.6kgf
螺旋桨效率：
η0=0.658
惯性矩：
317.95kgf·m·s2
纵倾角：
ε=10°
18．课程设计总结
本次课程设计，我是利用周末加三个晚上个人独立完成的。
虽然和一些优秀的同学相比，我的速度很慢，但能够静下心来独立做完全部的课设步骤，无疑加强加深了对课本的理解，也了解了更多工程图表的使用方法。
首先，我对船舶推进的知识有了一个比较好的回顾。
比如有效马力的估算方法、终结设计的过程、螺旋桨最佳要素的确定步骤、以及无因次敞水曲线的绘制方法等。
此外，对于利用Excel列值计算和使用Cad作图这两个在本次设计中常用的方法，我也花了很大的功夫去把以前的知识再捡起来。
然后，虽然设计中大都是通过直接查图表得到数据，这看似简单，但查图表和数据插值却是一个比较繁琐的过程。
在查图的过程中，自己就因为不理解图表而读取错误。
而且，书上的图表毕竟不是正式规范的图表，有些图的比例是不准的，所以有些值第一次读明显是不对的，之后还花了大量时间来得到每一个小格的比例。
船舶推进的课程和课设都已经结束了，也许我以后不会再进行这方面的设计，也不会再用到有关的知识，但这门课教会我的有关工程设计如何进行，这将使我受益一生。
2013年4月23日
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