1145DWT油污水接收船螺旋桨设计书.docx

1145 DWT油污水接收船螺旋桨设计书

指导老师：
专业班级：
学生姓名：
学 号：
邮 箱：
完成日期：2013/4/24

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 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 10
15．螺旋桨总图绘制 11
16．螺旋桨重量及转动惯量计算 11
17．螺旋桨设计总结 12
18．课程设计总结 12

1. 船 型
单甲板，流线型平衡舵，柴油机驱动，适于油污水接收的中机型单桨船。
设计水线长：
LWL=63.00m
垂线间长：
LBP=60.00m
型宽：
B=10.00m
型深：
D=4.55m
设计吃水：
Td=4.00m
方型系数：
CB=0.698
排水量：
Δ=1780t
棱型系数：
CP=0.756
纵向浮心坐标
Xb= 0.3m
纵向浮心位置
xc=0.5%
L/Δ1/3
4.95
Δ0.64
120
宽度吃水比B/T
2.62
减速比：
i = 2

1.1艾亚法有效功率估算表：（按《船舶原理（上）》P285实例计算）（可以自主选定一种合适的估算方法，例如泰勒法。）

2．主机参数（设计航速约11kn）
型号：
6L350PN
标定功率：
PS2 = 650kw
标定转速：
362 r/min

3．推进因子的确定
(1)伴流分数w
本船为单桨内河船，故使用巴甫米尔公式估算
=0.165*CBx
x=1
=0.1×(Fr-0.2)=0.1*(0.228-0.2)=0.0028
ω=0.185
(2)推力减额分数t
本船为有流线型舵使用商赫公式
t=k=0.111 k=0.6
(3)相对旋转效率： 近似地取为ηR =1.00
(4)船身效率
ηH ==1.091

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
按公式AE/A0 = (1.3+0.3×Z)×T / (p0-pv)D2 + k进行估算，
其中：T=PE/(1-t)V= 346/((1-0.111)*11*0.515)=68.7028kN
水温15℃时汽化压力pv=174 kgf/m2=174×9.8 N/m2=1.705 kN/m2
静压力p0=pa+γhs=(10330+1000×2.5)×9.8 N/m2=125.734kN/m2
k取0.2
D允许=0.7×T=0.7×4=2.8m （单桨船）
AE/A0 =(1.3+0.3×Z)×[T/ (p0-pv)D2 ]+ k
=（1.3+0.3×4）×68.7/[(125.734-1.705)×2.82]+0.2 =0.377
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=0.377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
=650×0.9×1×0.98×0.96= 550.368kw = 748.804 hp
螺旋桨转速 n=j n=362/2=181rpm
按√Bp-δ图谱设计计算表
项目
单位
数值
假定航速 V
kn
10
11
12
VA=(1-w)V
kn
8.2
9.0
9.8
BP=NPD00.5/VA2.5

26
20.5
16.8
√BP’

5.1
4.5
4.06

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。

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2.5m
p0-pv = pa+γhs-pv =(10330+1000×2.5-174) kgf/m2 = 12656 kgf/m2
计算温度t =15℃, pv = 174 kgf/m2 PDO = 544.75 kw = 741.16 hp
ρ= 101.87 kgf s2/m4

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=0.453， P/D=0.785， D=2.683m， η0=0.655， VMAX=11.43kn

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=0.785的敞水性征曲线内插得到MAU 4-45.3、P/D=0.785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
0.9
0.96
KT
0.35
0.30
0.28
0.25
0.21
0.18
0.14
0.1
0.05
0

10KQ
0.39
0.36
0.34
0.33
0.28
0.25
0.21
0.18
0.10
0.06
0
η0
0
0.15
0.27
0.40
0.50
0.60
0.67
0.7
0.66
0

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=0.34, KQ=0.038
计算功率 PD= Ps×ηS=650×0.97=630.5kw=463.42hp
系柱推力减额分数取 t0=0.04,
主机转矩Q=PD×60×75/(2πN)= 1834.63 kgf.m
系柱推力T=(KT/KQ)×(Q/D)=(0.34/0.038)×(1834.63/2.683)=6118.19 kgf
系柱推力T0=T×（1- t0）=6118.19×（1- 0.04）=5873.46 kgf
车叶转速N0=60×√T/(ρ×D4×KT)=60×(5873.46/(101.87×2.6834×0.34))0.5
=108.54 rpm

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==650 kW
Ad=AE/A0=0.453，P/D=0.785,D=2.683 m,ε=10º， ne=N=181 rpm,Z=4
b0.66R=0.226DAd/(0.1Z)=0.226×2.683×0.453/(0.1×4)=0.687 m
在0.25R、0.6R处剖面的桨叶宽度b
b0.25R=0.7212b0.66R=0.7212×0.687=0.495 m

13．桨叶轮廓及各半径切面的型值计算
轴线处最大厚度 = 0.05D=0.05×2.683×1000=134.15 mm
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）

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PD0=463.42 hp，此时N=181 rpm
(PD/N)1/3= (463.42/181) 1/3= 1.368
根据《船舶原理（下）》P157图8-40可查得螺旋桨桨轴直径dt=187 mm
采用整体式螺旋桨，则螺旋桨的毂径dh=1.8dt=1.8×187=336.6 mm
毂前后两端的直径d2=0.88×dh=0.88×336.24=295.9 mm
d1=1.10×dh=1.10×336.24=369.9 mm
桨毂长度 l0=dh=336.2 mm
减轻孔的长度 l1=0.3×l0=0.3×336.24=100.9mm
轴孔锥度取 K=0.1
毂部筒圆厚度 δ=0.75×t0.2R=0.75×108.93=81.7mm
叶面、叶背与毂连接处的圆弧半径:
r1=0.033D=0.033×2.683×1000=88.5 mm，
r2=0.044D=0.044×2.683×1000=118.1 mm
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=0.59m，
螺旋桨直径D=2.68 m，t0.2R=0.11 m， t0.6R= 0.06 m
最大连续功率PD=463.4 hp，此时N=181 rpm
毂径d=1.8×dt=1.8×0.187=0.34 m， 毂长LK=0.34 m
桨毂长度中央处轴径
d0 =0.05+0.11(PD/N)1/3-KLK/2
=0.05+0.108×(463.4/18)1/3-0.1×0.34/2=0.18 m
d/D=0.34/2.68=0.13
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(0.5t0.2R+t0.6R)(1-d/D)D(kgf)
=0.169×8410×4×0.685×(0.5×0.109+0.058)×(1-0.125)×2.683
=1028.5 kgf
桨毂重
Gn=(0.88-0.6d0/d)LKγd2(kgf)
=(0.88-0.6×0.176/0.336)×0.336×8410×0.3362
=180.5 kgf
螺旋桨重量
G= Gbl +Gn=1209 kgf
螺旋桨惯性矩
Imp=0.0948γZbmax(0.5t0.2+t0.6)D3
=4746.46 kgf·m·s2
17．螺旋桨设计总结

18．课程设计总结
首先，必须强调这一次课程设计对于我对船舶推进这门课的学习以及其中知识的认识理解有着十分重要的帮助。
整个课设的过程中，最让人头疼的就是知识点的不熟悉，上课老师讲过的内容如果不反复翻书查阅或者查看PPT，就完全没有头绪，加上课堂听讲并不认真，不少知识点还一窍不通，所以整个课程设计花费了十分多的精力和时间，倘若平时对于学习的知识点加以回顾理解，也许会减轻不少的时间花费。这也提醒我在之后的众多专业课学习中还是需要不断的回顾学习前面所学过的内容，不能学过就放，不然在不扎实的基础上建立的其他学术也是不牢靠的。
对于学习船舶工程的学生，船舶推进的知识无疑是十分重要的，不论是在目前的学习还是将来的工作或者研究中都将是需要不断钻研且实践的一项，而在之前的学习中，仅仅将目光停留在了课本之上，却没有自己动手实践、计算，对于整个螺旋桨设计的具体过程以及其中所包含的具体知识点也仅仅停留在字面上，没有真正的理解切记住它，翻过去就忘记其中重要的部分。所以，课程设计的作用是十分重要的，通过这次课程设计，我才得已将课本上的内容一步步的实践出来，并且在实践中也理解了整个设计过程的内容以及其中的各种计算公式以及定理的应用，同时也对知识点加深了记忆，相当于复习了一遍。尤其是在计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线的过程中，由于对于知识点的不熟练和软件操作的盲区，在这一块花费了十分多的精力和时间，通过不断的询问别的同学和查看课本PPT才最终得以完成。
课程设计不仅在推进课程的学习中让我得到了知识的巩固和加深理解，更重要的是对于我在以后的学习工作或研究中提供了更清晰的实践经历，这些收获对于我将是伴随一生的。所以在此，对于王老师的教育指导表示真挚的感谢。祝愿老师身体健康。

2014年4月24日