螺旋桨课程设计模板.doc

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265吨围网渔船螺旋桨设计书

指导老师: 杜月中
学生姓名: 衡星
学 号: U 12224
完成日期: /05/01

1. 船 型
单桨流线型平衡舵, 前倾首柱, 巡洋舰尾, 柴油机驱动, 中机型围网渔船。
设计水线长:
LWL=39.50m
垂线间长:
LBP=37.00m
型宽:
B=7.60m
型深:
D=3.80m
设计吃水:
Td=2.90m
方型系数:
CB=0.554
排水量:
Δ=463.3t
棱型系数:
CP=0.620
纵向浮心坐标
Xb= -1.28m
纵向浮心位置
xc=3.46%
L/Δ1/3
4.78
Δ0.64
50.83
宽度吃水比B/T
2.62

2．主机参数
型号:
6300ZC
标定功率:
PS2 = 441kw
标定转速:
400 r/min

艾亚法有效功率估算表:
速度V(kn)
11
12
13
Froude数vs/√gL
0.297
0.325
0.352
标准C0查图9-4
260
215
160
标准Cbc,查表9-3
0.58
0.53
0.49
实际Cb(肥或瘦)(%)
-4.48
4.52
13.06
Cb修正(%)
2.29
-7.51
-21.70
Cb修正数量Δ1
5.95
-16.14
-34.70
已修正Cb之C1
266
199
125
B/T修正%
-3.44
-3.44
-3.44
B/T修正数量, Δ2
-9.15
-6.85
-4.30
已修正B/T之C2
257
192
121
标准xc,%L, 船中后
1.99
2.35
2.49
实际xc, %L, 船中后
3.46
3.46
3.46
相差%L, 在标准后
1.47
1.11
0.97
xc修正(%),查表9-5
0.6
0.2
1
已修正xc之C3
255
192
121
长度修正%=(Lwl-1.025Lpp)/Lwl*100%
4
4
4
长度修正Δ4
10.20
768.00
4.84
已修正长度之C4
265
200
126
V3
1331
1728
2197
PE=Δ0.64*V3*0.735/C4 (kW)
188
323
651

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。77×Cp-0.28=0.5×0.62-0.28=0.1974
(2)推力减额分数t
使用汉克歇尔公式
t=0.77×CP-0.3=0.77×0.62-0.3=0.1774
(3)相对旋转效率
近似地取为ηR =1.0
(4)船身效率
ηH =(1-t)/(1-w)=(1-0.1774)/(1-0.1974)=1.025
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, MAU图谱主要为四叶桨, 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=323/((1-0.1774)×12×0.5144)=63.6kN
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+1025×1.9)×9.8 N/m2=120.32 kN/m2
k取0.2
D允许=0.7×T=0.7×2.9=2.03y.2682413
AE/A0 = (1.3+0.3×Z)×T / (p0-pv)D2 + k
=( 1.3+0.3×4) ×63.6/((120.32-1.705)×2.03×2.03)+0.2 = 0.525
6．桨型的选取说明
由于本船为近海渔船, MAU型螺旋桨更常见。故选用MAU型。
7．根据估算的AE/A0选取2~3张图谱
根据AE/A0=0.525选取MAU4-40, MAU4-55,MAU4-70三张图谱。
8．列表按所选图谱( 考虑功率储备) 进行终结设计, 得到3组螺旋桨的要素及VsMAX
功率储备取10%, 轴系效率ηS=0.97,
螺旋桨敞水收到功率
PDO = Ps×0.9×ηS = 441×0.9×0.97
= 385kw = 523.8 hp (公制)。
由图谱可查得:

项目
单位
数值
1
假定设计航速Vs
Kn
11
12
13
2
VA=(1-ω)Vs
Kn
8.829
9.631
10.434
3
BP=NPD0.5/VA2.5

39.524
31.803
26.057
4
BP0.5

6.287
5.639
5.105
5
MAU4-40
δ

73.5
67.3
61.8
6
P/D

0.655
0.684
0.718
7
η0

0.568
0.596
0.622
8
THP=PDȠHȠ0Ƞr
HP
304.96
319.99
333.95
9
MAU4-55
δ

72.3
65.8
60
10
P/D

0.698
0.725
0.762
11
η◦

0.552
0.580
0.607
12
THP=PDȠHȠ0Ƞr
HP
296.37
311.40
325.90
13
MAU4-70
δ

71.7
65.1
59.7
14
P/D

0.706
0.74
0.778
15
η◦

0.53
0.558
0.578
16
THP=PDȠHȠ0Ƞr
HP
284.55
299.59
310.33
据上表结果可绘制PTE、 δ、 P/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
η0
4-40
11.98
0.684
67.4
1.62
0.595
4-55
11.92
0.723
66.3
1.59
0.578
4-70
11.84
0.734
66.1
1.57
0.554
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由船体型线图取2.0m
p0-pv = pa+γhs-pv =(10330+1025×1.9-174) kgf/m2 = 12103.5 kgf/m2
计算温度t =15℃, pv = 174 kgf/m2
PDO = 523.8 hp
ρ=104.63 kgf×s2/m4

校核如下列表:

序号
项目
单位
数值
MAU-40
MAU-55
MAU-70
1
AE/A0

0.4
0.55
0.7
2
VMAX
kn
11.98
11.92
11.84
3
VA=0.5144*VMAX*(1-ω)
m/s
4.95
4.92
4.89
4
(0.7πND/60)2
(m/s)2
564.08
543.38
529.8
5
V0.7R2=VA2+(4)
(m/s)2
588.58
567.59
553.71

1/2ρV0.7R2

30782.86
29684.77
28959.14
6
σ=(p0-pv)/(1/2ρV0.7R2)

0.393
0.408
0.418
7
τc(查图5-20)

0.16
0.165
0.168
8
推力 T=75*PD*η0/VA
kgf
4722
4615
4451
9
需要投射面积AP=T/(τc*1/2ρV0.7R2)
m2
0.959
0.942
0.915
10
需要展开面积 AE=AP/(1.067-0.229*P/D)
m2
1.053
1.045
1.018
11
A0=πD2/4
m2
2.061
1.986
1.936
12
需要的AE/A0

0.511
0.526
0.526
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:
AE/A0=0.524, P/D=0.718, D=1.59m, η0=0.581, VMAX=11.93kn

图二
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=0.718的敞水性征曲线内插得到MAU4-52.4 P/D=0.718的敞水性征曲线, 其数据如下:
J
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
KT
0.301
0.278
0.257
0.228
0.186
0.145
0.102
0.045
10KQ
0.325
0.312
0.282
0.253
0.225
0.185
0.152
0.098
η0
0
0.168
0.299
0.405
0.515
0.612
0.623
0.603

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=0.301, KQ=0.0325
计算功率 PD=441×0.97=427.77kw=582hp
系柱推力减额分数取 t0=0.04,
主机转矩
Q=PD×60×75/(2πN)=582×60×75/(2×3.1416×400)= 1042.07 kgf.m
系柱推力
T=(KT/KQ)×(Q/D)=(0.301/0.0325)×(1042.07/1.59)= 6070 kgf
车叶转速
N0=60×√T/(ρ×D4×KT)=60×(6070/(104.63×1.594×0.301))0.5
= 329.5 rpm
12．桨叶强度校核
按中国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=441×0.97=427.77kw=582hp
Ad= AE/A0=0.524, P/D=0.718, ε=8º, G=7.6gf/cm3, N=400rpm
b0.66R =0.226DAd/(0.1Z)=0.226*1.59*0.524/(0.1*4)=0.47m
在0.6R处切面弦长
b0.6=0.9911b0.66R=0.9911*0.47=0.466m
b0.25R=0.7212×b0.6R=00.7212*0.47=0.339m
项目
单位
数值
0.25R
0.6R
弦长b
m
0.339
0.466
K1

634
207
K2

250
151
K3

1410
635
K4

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

2358
846
Y=A1*Ne/(Z*b*N)

2607.5625
680.4398
K5

82
23
K6

34
12
K7

41
65
K8

380
330
A2=D/P(K5+K6ε)+K7ε+K8

1201
1016
材料系数K( 铝镍青铜)
kgf/cm3
1.179
1.179
X=A2*G*Ad*N2*D3/(1010*Z*b)

0.2269
0.1396
t=√Y/(K-X)
mm
52.332
25.586
B标准桨叶厚度t′
mm
60.8
34.7
校核结果

满足要求
满足要求
实取桨叶厚度
mm
60.8
34.7
13.桨毂设计
最大连续功率PD=582hp, 此时N0=329.5 rpm
根据中文课本P198图9-1可查得螺旋桨桨轴直径dt=159mm
采用整体式螺旋桨, 则螺旋桨的毂径dh=1.8dt=1.8×159=286.2mm
毂前后两端的直径d2=0.88×dh=0.88×286.2=251.9mm
d1=1.10×dh=1.10×286.2=314.82mm
桨毂长度l0=dh+100=396.2mm
减轻孔的长度l1=0.3×l0=0.3×396.2=118.86mm
毂部筒圆厚度δ=0.75×t0.2R=0.75×64.5=48.38mm
叶面、 叶背与毂连接处的圆弧半径
r1=0.033D=0.033×1.59×1000=52.47mm, r2=0.044D=0.044×1.59×1000=69.96mm
14．螺旋桨重量及转动惯量计算
铝青铜材料重量密度γ=8410kgf/m3 , 0.6R处叶切面的弦长 b0.6=0.466m,
螺旋桨直径D=1.59m, t0.2=0.0645 m, t0.6= 0.0347m
最大连续功率PD=582hp, 此时N0=329.5 rpm
毂长LK=0.3962m
桨毂长度中央处轴径
d0 =0.045+0.108(PD/N)1/3-KLK/2
=0.045+0.108×(582/329.5)/3-0.1×0.3934/2=0.148m
d/D=0.18
则根据中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)
=0.169×8410×4×0.466×(0.5×0.0645+0.0347)×(1-0.18)×1.59
=231.25kgf
桨毂重
Gn=(0.88-0.6d0/d)LKγd2(kgf)
=(0.88-0.6×0.148/0.2862)×0.3962×8410×0.2862×0.2862
=155.5kgf
螺旋桨重量
G= Gbl +Gn= 386.8kgf
螺旋桨惯性矩
Imp=0.0948γZbmax(0.5t0.2+t0.6)D3
=0.0948×8410×4×0.466×(0.5×0.0645+0.0347)×1.59×1.59×1.59
=400kgf·m·s2
15． 螺旋桨总图绘制( 详见螺旋桨设计总图)

16.设计总结
本次课程设计的内容较之以前几次课程设计来说是比较复杂的, 经过本次螺旋桨设计, 我对本课程的知识有了一个系统的了解, 这对于我们的后续课程学习很有帮助。这次做的是一个渔船螺旋桨设计, 在分析了给定的船型后, 接着就是照着图谱设计步骤一步一步做。如根据δ−pB图谱进行螺旋桨终结设计, 空泡校核确定最佳桨型参数, 计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线, 强度校核看是否满足要求好以此为是否修正螺距比的依据, 画螺旋桨总图等等。做这几步时给自己最大的感触是要认真对待, 仔细计算, 另外就是要特别注意老师提到的单位换算问题, 自己由于没有弄好功率的单位换算, 导致在计算和画图时出现了错误, 后来纠正后才得到满意结果。
在此次课程设计中遇到了各种问题, 经过各种办法最终也得到了解决。课程设计的独立完成, 从中体会到了不少平时无从得知的东西, 像方法、 态度等问题, 均有不少感触。事非亲历不知难, 像这种比较大的课程设计对一门课程的学习是一个很好的回顾, 也能有不少收获。