船舶螺旋桨课程设计--ck

1、1500吨载运煤船螺旋桨设计书指导老师：dyz 学生姓名：ck 学 号： * 完成日期：*给定资料（1）船 型：单桨，单舵，柴油机驱动，中机型运煤船。设计水线长：LWL=143.65m垂线间长：LBP=142.00m型宽：B=23.00m型深：D=13.20m设计吃水：Td=8.50m方型系数：CB=0.807排水量：=22400t棱型系数：CP=0.811纵向浮心坐标Xb= 0.71m纵向浮心位置xc=0.5%L/1/35.040.64 608宽度吃水比B/T2.6桨轴线距基线高5.0m（2）主机参数型号：SULZER 4RTA标定功率：PS2 = 4101hp标定转速：196 r/min艾

2、亚法有效功率估算表：速度V(kn)111213Froude数vs/gL0.152 0.166 0.179 标准C0464468453标准Cbc0.8230.80.778实际Cb(肥或瘦)(%)1.98（瘦）0.87（肥）3.59（肥）Cb修正(%)0.875-2.11 -8.69 Cb修正数量14.06 -9.87 -39.37 已修正Cb之C1468 458 414 B/T修正%-4.84 -4.84 -4.84 B/T修正数量，2-22.65 -22.17 -20.02 已修正B/T之C2445 436 394 标准xc,%L， 船中后1.9731.91.788实际xc，%L，船中后0.5

3、0.50.5相差%L，在标准后1.4731.41.288xc修正(%)-7.42-6.16-4.95已修正xc之3-33-27-19已修正xc之C3412 409 373 长度修正%=(Lwl-1.025Lpp)/Lwl*100%-1.3-1.3-1.3长度修正4-5.40 -5.30 -4.80 已修正长度之C4407 404 368 V3133117282197PE=0.64*V3*0.735/C4 (kW)1461 1911 2668 1推进因子的确定(1)伴流分数本船为单桨海上运输船，故使用泰勒公式估算=0.5×CB-0.05=0.5×0.807-0.05=0.35

4、4(2)推力减额分数t使用汉克歇尔公式t=0.50×CP-0.12=0.50×0.811-0.12=0.0.286(3)相对旋转效率近似地取为R =1.0(4)船身效率H =(1-t)/(1-)=(1-0.286)/(1-0.354)=1.1052桨叶数Z的选取论证根据一般情况，参考母型船，单桨船多采用四叶，加之四叶图谱资料较为详尽、方便查找，故选用四叶。3AE/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=1911/(1-0.286)×12×0.51

5、5)=433kN 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+hs=(10330+1025×3.5)×9.8 N/m2=136.39 kN/m2 k取0.2 D允许=0.7×T=0.7×8.50=5.95my.268241333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333 AE/A0 =

6、 (1.3+0.3×Z)×T / (p0-pv)D2 + k=（1.3+0.3×4）×433/(136.39-1.705)×5.95²)+0.2 = 0.4274. MAU桨型的选取说明该船为海洋运输船，MAU型图谱刚好适用于海水情况。MAU型浆性能较好，实际应用广泛，故采用MAU型浆。5. 在估算的AE/A0左右选取23张Bp图谱根据AE/A0=0.427，选取MAU4-40和MAU4-55两张图谱。6. 列表按所选的2个AE/A0图谱考虑功率储备进行螺旋桨终结设计，得到2组螺旋桨的要素及Vsmax。  

7、0;     功率储备取10%，轴系效率S=0.97（中机型），齿轮箱效率G=0.96螺旋桨敞水收到功率： PDO = Ps×0.9×S×G×R = 4101hp×0.9×0.97×0.96×1.0= 3437 hp 由图谱可查得：项目单位数量假定航速Vkn11.000 12.000 13.000 VA=VS*(1-)kn7.106 7.752 8.398 BP=n*(PDO)0.5/VA2.585.366 68.677 56.222 Bp9.239 8.287 7.498

8、MAU4-40101.200 93.000 85.800 D3.699 3.678 3.676 P/D0.565 0.581 0.604 00.466 0.492 0.522 PTE=PD0*0HRhp1769.814 1868.559 1982.496 MAU4-55100.300 91.800 83.800 D3.636 3.361 3.591 P/D0.598 0.622 0.658 00.448 0.475 0.504 PTE=PD0*0HRhp1701.452 1803.995 1914.134 据上表结果可绘制PE、PTE、P/D及0对V的曲线，如图一所示：图一从PTE-f(V)曲

9、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0如下表所列。MAUVsmax (kn)P/DD04-4011.910.57996.86 3.802 0.490 4-5511.780.61596.94 3.764 0.468 7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、0、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=8.5-5.0=3.5m计算温度t =15, pv = 174 kgf/m2 , =104.63 kgf×s2/m4p0-pv = pa+hs-pv =

10、(10330+1025×3.5-174) kgf/m2 = 13743.5 kgf/m2PDO = 3437 hp 序号项目单位数值MAU4-40MAU4-551AE/A00.40 0.55 2VMAXkn11.91 11.78 3VA=0.515*VMAX*(1-)m/s3.962 3.919 4(0.7ND/60)2(m/s)2745.99 731.15 5V0.7R2=VA2+(4)(m/s)2761.69 746.51 1/2V0.7R239848 39054 6=(p0-pv)/(1/2V0.7R2)0.345 0.352 7c(查图6-20）0.137 0.140 8推力

11、T=75*PD*0/VAkgf31878 30782 9需要投射面积AP=T/(c*1/2V0.7R2)m25.839 5.630 10需要展开面积 AE=AP/(1.067-0.229*P/D)m26.249 6.079 11A0=D2/4m211.353 11.127 12需要的AE/A00.550 0.546 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=0.546， P/D=0.614， D=3.765m， 0=0.469， Vsmax =11.78kn图二 空泡校核曲线8计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线 由MAU4-40,MAU4-55,P/D=

12、0.614的敞水性征曲线内插得到MAU4-54.6, P/D=0.614的敞水性征曲线，其数据如下：J00.10.20.30.40.50.60.7KT0.2670.2430.2080.170.1310.0990.050.0004KQ0.02750.02540.0220.0190.0160.01280.00840.0039000.15230.30090.42720.52120.61550.56840.0114图三 螺旋桨无因次敞水性征曲线9. 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=0.267, KQ=0.0275计算功率 PD=4101×

13、0.97=3978hp系柱推力减额分数取 t0=0.04,主机转矩：Q=PD×60×75/(2N)=3978×60×75/(2×3.1416×196)= 14535.88 kgf.m系柱推力：T=(KT/KQ)×(Q/D)=(0.267/0.0275)×(14535.88/3.765)= 37484.78 kgf车叶转速：N0=60×T/(×D4×KT)=60×(37484.78/(104.63×3.7654×0.267)0.5 = 155.0 rpm10

14、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=4101×0.97=3978hpAd= AE/A0=0.546， P/D=0.614， =8º， G=7.6 gf/cm3, N=196 rpm在0.66R处切面弦长 b0.66R=0.226×D×Ad /（0.1Z）=0.226&

15、#215;3.765×0.546/(0.1×4)=1.1615m因此, b0.25R=0.7212×b0.66R=0.7212×1.1615=0.8376 m b0.6R =0.9911×b0.66R=0.9911×1.1615=1.1511 m项目单位数值0.25R0.6R弦长bm0.83761.1511K1634207K2250151K31410635K4434A1=D/P(K1-K2D/P0.7)+K3D/P0.7-K42662 937 Y=A1*Ne/(Z*b*N)16124.8674 4129.3614 K58223K634

16、12K74165K8380330A2=D/P(K5+K6)+K7+K81285 1044 材料系数K（铝青铜）kgf/cm31.200 1.200 X=A2*G*Ad*N2*D3/(1010*Z*b)0.3262 0.1929 t=Y/(K-X)mm135.843 64.032 B标准桨叶厚度tmm144.0 82.1 校核结果满足要求满足要求实取桨叶厚度mm14482.111桨叶轮廓及各半径切面的型值计算叶片最大宽度在0.66R处，b0.66R=0.226×D×Ad /（0.1Z）=0.226×3.765×0.546/(0.1×4)=1.16

17、15m叶片最大厚度在螺旋桨轴线处，tmax = 0.05D=0.05×3.765×1000=188.25mm实际桨叶厚度MAU型4叶螺旋桨尺度表列表计算如下： （单位：mm）12 桨毂设计最大连续功率PD=3978hp，此时N0=155 rpm(PD/N)1/3= (3978/155) 1/3= 2.951) 根据课本P157图8-40可查得：螺旋桨桨轴直径dt=345mm2) 采用整体式螺旋桨，则螺旋桨的毂径dh=1.95dt=1.95×345=672.75mm3) 浆毂前后两端的直径;d2=0.83×dh=0.83×672.75=558.3

18、8mmd1=1.10×dh=1.10×672.75=740.03mm4）桨毂长度l0=dh+100=772.75mm减轻孔的长度 l1=0.3×l0=0.3×772.75=231.83mm5）毂部筒圆厚度=0.75×t0.2R=0.75×（4.06%×3.765×1000）=114.6mm6）叶面、叶背与毂连接处的圆弧半径:r1=0.033D=0.033×3.765×1000=124.2mm,r2=0.044D=0.044×3.765×1000=165.7mm13. 螺旋桨总

19、图绘制（详见螺旋桨设计总图） 图四 螺旋桨总图绘制14. 螺旋桨重量及转动惯量计算铝青铜材料重量密度=8410kgf/m3 ，bmax = b0.66R=1.1615mD=3.765m，t0.2=0.15286 m， t0.6= 0.08208m最大连续功率PD=3978hp，此时N0=155 rpm毂径d=0.67275m， 毂长LK=0.77275m，d/D=0.179桨毂长度中央处轴径d0 =0.045+0.108(PD/N)1/3-KLK/2 =0.045+0.108×2.95-0.1×0.77275/2=0.325m 根据我国船舶及海洋工程设计研究院提出的公式：桨叶重Gbl =0.169Zbmax(0.5t0.2+t0.6)(1-d/D)D(kgf)=0.169×8410×4×1.1615×(0.5×0.15286+0.08208)×(1-0.179)×3.765=3235.4 kgf桨毂重Gn =(0.88-0.6d0/d)LKd2(kgf)=(0.88-0.6×0.325/0.67275)×0.77275×8410×0.672752 =