螺旋桨设计计算说明书.doc

某沿海单桨散货船螺旋桨设计计算说明书

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 = 5400 hp
额定转速 N = 165 rpm
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 = =0.9×5400×0.98×1.0=4762.8hp
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

76
70
64
61
P/D

0.62
0.65
0.69
0.71
ηO

0.56
0.583
0.605
0.625
PTE =PD·ηH·ηO
hp
2874.41
2992.46
3105.39
3208.04
MAU
4-55
δ

74
68
63
60
P/D

0.7
0.72
0.74
0.76
ηO

0.541
0.568
0.59
0.61
PTE =PD·ηH·ηO
hp
2776.88
2915.47
3028.39
3131.05
MAU
4-70
δ

74
67
62
59
P/D

0.71
0.73
0.76
0.78
ηO

0.521
0.546
0.57
0.588
PTE=PD·ηH·ηO
hp
2674.23
2802.55
2925.74
3018.13

据上表的计算结果可绘制PTE、δ、P/D及ηO对V的曲线，如图1所示。（见所附坐标纸）

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
15.1
0.69
63.5
4.19
0.61
4-55
15.0
0.74
63
4.13
0.59
4-70
14.8
0.755
62.5
4.04
0.56

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

p 0－p v = 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
Vmax
Kn

15.1
15
14.8
2
VA=0.5144Vmax(1-w)
m/s
5.6
5.56
5.49
3
(0.7πND/60)2
(m/s)2
641.43
623.19
596.33
4
V20.7R=V2A+32
(m/s)2
672.79
654.14
626.46
5
σ=(p 0- p v) / ρV0.7R2

0.41
0.42
0.44
6
Τc

0.165
0.167
0.173
7
T=PD·ηO·75/VA
kgf
38908.12
37883.32
36442.96
8
AP=T /ρV0.7R2·τc
m2
6.70
6.63
6.43
9
AE=AP / (1.067-0.229P/D)
m2
7.37
7.39
7.19
10
AE/AO=AE /πD2

0.534
0.551
0.561

按上述结果作图2(见所附坐标纸),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 = 0.55 P/D= 0.74 D=4.13m ηo=0.59 Vmax= 15.0kn

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 =0.55 , P/D= 0.74 , ，G=7.6gf/cm3 ,N=165rpm

b0.66R =0.226D·AE / AO/0.1Z=0.226×4.13×0.55÷0.4=1.2834m
b0.25R=0.7212b0.66R = 0.9256
b0.6R =0.9911b0.66R = 1.2720

项 目
单 位
数 值
0.25R
0.6R
弦长b
m
0.9256
1.272
K1

634
207
K2

250
151
K3

1410
635
K4

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

2301.62
828.09
Y=A1Ne/ZbN

19938.25
5219.94
K5

82
23
K6

34
12
K7

41
65
K8

380
330
A2=D/P(K5+K6ε)+K7ε+K8

1186.38
1010.81
材料系数K（铝镍合金）

1.179
1.179
X=A2GAdN2D3/1010Zb

0.257
0.159

mm
147.05
71.55
MAU标准桨叶厚度t′
mm
158
90
校核结果

满足要求
满足要求
实取桨叶厚度
mm
160
92

实取桨叶厚度按t1.0R=0.0035D=14.46mm与t0.25R=160mm连直线决定:
t0.2R = 169.7mm t0.3R =150.3mm
t0.4R = 130.9mm t0.5R =111.5mm
t0.6R = 92.1mm t0.7R = 72.7mm
t0.8R = 53.3mm t0.9R = 33.9mm

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 =0.0727/(0.9964×1.2834)=0.05685
标准桨 0.7R = 0.0171×4.13/(0.9964×0.31075×4.13)=0.05522
1－s = ==0.721×15×30.866/165/3.0526=0.6628
△0.7R =〔0.7R设－0.7R标×〕×0.75=-0.0000055
△t=－20(1－s) △0.7R =-2×0.74×0.6628×(-0.0000055)=0.000005395

修正后的螺距比：
=0＋△t =0.74+0.000005395=0.74

8.重量及惯性矩计算

每叶片重量=（1/3×1.613952÷10×2.065+0.166×0.02×2.065）×7600=896.39kgf
4个叶片重量=4×896.39=3585.56kgf
桨毂重量=2835.8kgf

整个螺旋桨重量=3585.56+2835.8=6421.36kgf

每叶片体积惯性矩=1/3×2.065÷10×1.951+0.166×0.02×2.065×0.19×2.065×0.19×2.065=0.135m5
每叶片质量惯性矩=7600/9.8×0.135=104.7kgf·m·s2
4个叶片质量惯性矩=4×104.7=418.8 kgf·m·s2
桨毂转动惯性矩=34.3 kgf·m·s2

整个螺旋桨的惯性矩=418.8+34.3=453.1 kgf·m·s2
=45310kgf·cm·s2

（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
0.854×0.1677
0.097
1
0.097
0.413
0.171
0.040
0.016
0.3
0.674
0.097×0.1483
0.099
4
0.396
0.620
0.384
0.247
0.153
0.4
0.674
1.118×0.1289
0.097
2
0.194
0.826
0.682
0.160
0.133
0.5
0.6745
1.21×0.1094
0.089
4
0.356
1.032
1.066
0.368
0.381
0.6
0.6745
1.271×0.09
0.077
2
0.154
1.239
1.535
0.191
0.237
0.7
0.677
1.279×0.071
0.061
4
0.244
1.446
2.089
0.355
0.514
0.8
0.683
1.193×0.051
0.042
2
0.084
1.652
2.729
0.137
0.227
0.9
0.695
0.945×0.032
0.021
4
0.082

1.859
3.454
0.156
0.290
1
0.7
0×0.0124
0
1
0
2.065
4.264
0
0

∑(6)=
1.614

∑(9)=
1.656
∑(10)=
1.951

9.敞水特性曲线
由于校核后所得盘面比AE / AO = 0.55，所以无需由MAU4-40,MAU4-55,P/D=0.74 的敞水特性曲线内插得到MAU4-55,P/D= 0.74 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
0.1
0.2
03
0.4
0.5
0.6
0.7
10KQ
0.37
0.34
0.32
0.28
0.25
0.21
0.16
0.12
KT
0.32
0.3
0.27
0.24
0.2
0.15
0.11
0.05

10.螺旋桨计算总结

螺旋桨直径 4.13m
螺距比 0.74
型式 MAU
叶数 Z=4
盘面比 0.55
纵倾角
螺旋桨效率 0.59
设计航速 15.0kn
毂径比 dh/D=0.18
旋向 右旋
材料 铝镍青铜
重量 6421.36kg
惯性矩 45310kgf·cm·s2