集装箱船螺旋桨设计计算说明书.doc

集装箱船螺旋桨设计计算说明书

班级：船舶11-3

学号：

姓名：孙凯凯

指导老师：刘大路

1.已知船体的重要参数
设计水线长 Lwl=91.6
垂线间长 Lpp=90.0m
型宽 B = 16.7m
设计吃水 T = 5.3m
排水体积 ▽ =6253.2m³
排水量 △ = 6409.6t
方型系数 CB = 0.785
桨轴中心距基线高度 Zp = 1.90m
棱形系数 Cp = 0.790

由模型实验提供的船体有效马力曲线数据如下：

航速V（kn）
10
11
12
13
14
有效马力PE（hp）
763
1066
1535
2254
1922

2. 主机参数

主机功率 Ps=2900kw
主机转速 N = 755r/min
转向 右旋
减速比 i=3.355:1
传递效率 ηs=0.97(已将减速箱考虑在内）

3.相关推动因子

伴流分数 w = 0.3425
推力减额分数 t = 0.275
相对旋转效率 ηR = 1.0
船身效率

4.可以达成最大航速的计算

采用MAU四叶桨图谱进行计算。取功率储备10%，轴系效率ηs = 0.97
螺旋桨敞水收到马力：
PD = =0.9×2900×1.36×0.97×1.0=2531.7hp
r/min
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
11
12
13
14
VA=(1-w)V
kn
7.2325
7.89
8.5475
9.205
Bp=NPD0.5/VA2.5

96.3526
77.516
63.458
52.726

9.816
8.239
7.966
7.261
MAU
4-40
δ

106.5
97.5
89.8
83
P/D

0.562
0.575
0.592
0.612
ηO

0.451
0.4775
0.505
0.525
PTE =PD·ηH·ηO
hp
1712.261
1812.870
1917.277
1993.208
MAU
4-55
δ

106
96.5
88.5
81.8
P/D

0.598
0.615
0.635
0.655
ηO

0.4332
0.46
0.487
0.51
PTE =PD·ηH·ηO
hp
1644.682
1746.430
1848.938
1936.260
MAU
4-70
δ

104.5
95.5
87.5
80.67
P/D

0.6
0.618
0.638
0.661
ηO

0.42
1.4475
0.4725
0.495
PTE=PD·ηH·ηO
hp
1594.567
1698.973
1793.887
1879.311

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相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
13.91
0.58
85.6
3.30
0.53
4-55
13.78
0.623
85.6
3.27
0.496
4-70
13.71
0.631
84.9
3.22
0.479

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 hs =T－Zp=5.1—1.90=3.2m

p 0－p v = pa + γhs－pv = 10300+1025×3.2-174
= 13406kgf/m2

计算温度t = 15°C ,Pv = 174kgf/ m2 , PD = 3443.1hp, ρ= 104.63kgfs2/m4

序号
项目
单位
数值
MAU4-40
MAU4-55
MAU4-70
1
Vmax
Kn
13.91
13.78
13.71
2
VA=0.5144Vmax(1-w)
m/s
4.58
4.54
4.51
3
(0.7πND/60)2
(m/s)2
780.63
766.5
743.24
4
V20.7R=V2A+（序号3)
(m/s)2
801.77
787.11
763.58
5
σ=(p 0- p v) / ρV0.7R2

0.32
0.325
0.336
6
τc

0.13
0.135
0.142
7
T=PD·ηO·75/VA
kgf
29882.8
28212.2
27426.5
8
AP=T /ρV0.7R2·τc
m2
5.48
5.08
4.84
9
AE=AP / (1.067-0.229P/D)
m2
5.87
5.50
5.24
10
AE/AO=AE /πD2

0.69
0.65
0.64

按上述结果作图如下,可求得不发生空泡的最小盘面比以及相应的最佳螺旋桨要素

AE / AO = 0.64 P/D= 0.63 D=3.24m ηo=0.48 Vmax= 13.73kn

6.强度校核

按2023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=3944×0.97=3826hp
Ad = AE / AO =0.64, P/D= 0.63 , ，G=7.6g/cm3 ,N=ne=231r/min

b0.66R =0.226D·Ad/(0.1Z)=0.226×3.24×0.64÷0.4=1.1716m
b0.25R=0.7212b0.66R = 0.845m
b0.6R =0.9911b0.66R = 1.1612m

项 目
单 位
数 值
0.25R
0.6R
弦长b
m
0.845
1.1612
K1

634
207
K2

250
151
K3

1410
635
K4

4
34
A1=D/P(K1-K2D/P0.7)+K3D/P0.7-K4

3922
1494
Y=A1Ne/(Zbne)

19218.69
5327.42
K5

82
23
K6

34
12
K7

41
65
K8

380
330
A2=D/P(K5+K6ε)+K7ε+K8

1358.79
1038.89
材料系数K（铝镍合金）

1.179
1.179
X=A2GAdN2D3/1010Zb

0.355
0.197

mm
152.72
73.66
MAU标准桨叶厚度t′
mm
123.9
70.6
校核结果

不满足规定
不满足规定
实取桨叶厚度
mm
153
74

实取桨叶厚度按t1.0R=0.0035D=11.34mm与t0.25R=153mm连直线决定:
t0.2R =162.4mm t0.3R =143.6mm
t0.4R = 134.7mm t0.5R =105.8mm
t0.6R = 86.9mm t0.7R = 67mm
t0.8R = 49.1mm t0.9R = 30.2mm

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 =0.067/(0.9964×1.1716)=0.05739
标准桨 0.7R = 0.0171×3.24/(0.9964×0.3616×3.24)=0.04746
(取MAU4—55为基准桨）
1－s = ==0.64×13.73×30.866/（231×2.0412）=0.5744
△0.7R =〔0.7R设－0.7R标×〕×0.75=0.012453
△t=－20(1－s) △0.7R =-2×0.63×0.5744×0.012453 =-0.009013

修正后的螺距比：
=0＋△t =0.63+0.009013=0.64

8.重量及惯性矩计算

桨叶重

桨毂重

螺旋桨重量
2688.23+869.22=2557.45
螺旋桨惯性矩
=19304.7

9.敞水特性曲线
由于校核后所得盘面比AE / AO = 0.64，所以无需由MAU4-55,MAU4-70,P/D=0.63 的敞水特性曲线内插得到MAU4-64,P/D= 0.63 的敞水特性曲线，可以直接从课本附录中MAU4-55KT,KQ-J图查得数据，其数据如下：

设计桨的敞水特性数据表
J
0
0.2
0.4
0.6
10KQ
0.28
0.2328
0.1668
0.1181
KT
0.2759
0.2157
0.1378
0.0502

设计桨的敞水性征曲线

10. 系柱特性计算

由上图得J=0时，KT=0.2759，KQ=0.028.
计算功率 PD=3944×0.97=3825.68hp
系柱推力减额分数取t0=0.04
主机转矩
系数推力
螺旋桨转速

11.螺旋桨计算总结

螺旋桨直径 D=3.24m
螺距比 P/D=0.64
型式 MAU
叶数 Z=4
盘面比 AE/A0=0.64
纵倾角
螺旋桨效率 ηo=0.48
设计航速 Vmax= 13.73kn
毂径比 dh/D=0.18
旋向 右旋
材料 铝镍青铜
重量 2557.45kg
惯性矩 19304.7kgf·cm·s2