船舶快速性螺旋桨设计

课程设计成果说明书题目：散货船螺旋桨设计学生姓名：杨再晖学号：101306119学院：东海科学技术学院班级：C10船舶1班指导教师：应业炬浙江海洋学院教务处2013年6月21日浙江海洋学院课程设计成绩评定表2012—2013学年第2学期学院东海科学技术学院班级C10船舶1班专业船舶与海洋工程学生姓名(学号)杨再晖101306119课程设计名称船舶快速性课程设计题目散货船螺旋桨设计指导教师评语指导教师签名：年月日答辩评语及成绩答辩小组教师签名：年月日

摘要螺旋桨是船舶的重要组成部分之一，没有它，船舶就无法快速的前行，是造船行业必备的推进部位。螺旋桨设计是船舶设计过程中有关船舶快速性性能设计的重要组成部分，它的设计精度将直接影响船的推进效率。在船舶线型初步设计完成后，通过有效马力的估算或船模阻力试验，得出该船的有效马力曲线。在此基础上，设计一个效率最佳的螺旋桨，既能达到预定的航速，又要使消耗的主机功率小；或者当主机已选定，设计一个在给定主机条件下使船舶能达到最高航速的螺旋桨，本次课程设计属于第二种。影响螺旋桨性能的因素有很多，主要有螺旋桨的直径，螺距比，盘面比，桨叶轮廓形状等因素。本次课程设计是用船体的主要参数、主机与螺旋桨螺旋桨参数、设计工况算出以上数据，设计一个螺旋桨，并用CAD软件画出螺旋桨的外形。关键词：螺旋桨设计；图谱；AUTOCAD目录TOC\o"1-3"\h\u165291、已知船体的主要参数 1216902、主机与螺旋桨参数 140933、设计工况 1223804、按船型及经验公式确定推进因子 2133535、可以达到最大航速的计算 2268246、桨叶空泡校核，确定螺旋桨主要参数 4324057、桨叶强度校核 696348、螺距修正 8114779、重量及惯性矩计算 81666510、绘制螺旋桨水动力性能曲线 92710611、系柱特性与航行特性计算并绘制航行特性曲线图 102182112、航行特性计算时取3挡转速按下表进行： 112424513、螺旋桨计算总结 131065814、感想 142997015、参考资料 141、已知船体的主要参数船型：单浆、舵、钢质全焊接结构尾机型散货船。总长LOA60.50m设计水线长LWL56.60m垂线间长LPP55.00m型宽B9.70m型深D4.90m设计吃水d4.0m设计排水量△1450t方形系数CB0.635棱型系数CP0.697螺旋桨数12、主机与螺旋桨参数型号台数道依茨BV6M6281台最大持续功率1352hp额定转速750rpm螺旋桨转速360rpm螺旋桨型式：MAU系列螺旋桨叶数：四叶螺旋桨材料：ZQAL12-8-3-2（K=1.2）材料重度：7.4g/m3螺旋桨构造型式：整体式桨轴距基线高度1.48m旋向右旋（此处对于为何选取四页浆做出说明：螺旋桨页数的选择与振动关系较大。运转不均匀流场中螺旋桨的激振力一般有两种：①轴承力。作用在螺旋桨上的变化里用过轴承系统传递到船体的激振力。②表面力。螺旋桨运转时有道的脉动压力场经过水传递至船体表面的激振力。一般说来，随着页数的增加，螺旋桨诱导力有下降趋势。而轴承力则需要根据螺旋桨盘面处伴流分布的谐调分析来考虑。近期对螺旋桨激振力的研究表明，螺旋桨诱导的表面力是导致强烈尾振的主要原因，因此在图谱设计中，一般单桨船多用4页）3、设计工况1、设计功率：0.90Pmax2、船体有效马力曲线如下：航速V(kn)1314151617满载PE(hp)满载50062476091310971.1PE(hp)满载550686836100412064、按船型及经验公式确定推进因子根据型船资料选取伴流分数=0.5Cb-0.05=0.2675(泰洛公式，因为任务所给船舶是海上运输船舶并且是单桨杂货船，并结合所给数据所以可采用泰洛公式)根据所给数据决定采用汉克歇尔公式=0.2285（此处选取该公式是因为经验公式误差大，此公式误差小）取相对旋转效率船身效率=1.05325、可以达到最大航速的计算采用MAU4叶桨图谱进行计算。取功率储备10%，轴系效率=0.97，螺旋桨收到功率：=1352×0.9××=1352×0.9×0.97×1.0=1180.296hp根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的图谱列表计算：项目单位数值假定航速Vkn1314151617VA=V（1-ω）kn9.522510.25510.98811.7212.453BP=N44.19936.72430.90626.30122.6026.6486.0605.5595.1284.754MAU4-40δ77.370.766.161.357.8P/D0.6350.6630.6840.7210.741η00.5520.5790.6090.6260.641PTE=PDηH·η0hp686.2719.7757.0778.2796.8MAU4-55δ75.969.964.560.156.4P/D0.6790.7080.7350.7620.792η00.5350.5620.5850.6080.626PTE=PDηH·η0hp665.1698.6727.2755.8778.2MAU4-70δ75.168.864.159.855.9P/D0.6870.7170.7470.7760.811η00.5160.5410.5630.5780.596PTE=PDηH·η0hp641.4672.5699.9718.5740.9据上表中的计算结果可绘制PTE、δ、P/D及η0对V的曲线，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、η0。MAUVmaxP/DδDη04-4015.70.71162.61.9990.6214-5515.50.73962.11.9770.5974-7015.30.75662.81.9550.5676、桨叶空泡校核，确定螺旋桨主要参数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。桨轴沉深计算=2.52m=12739kgf/m2计算温度t=15℃，pv=174kgf/m2，PD=1180.296hp，ρ=104.63kgf·s2/m4计算步骤如下表序号项目单位数值MAU4-40MAU4-55MAU4-701Vmaxkn15.715.515.32VA=0.5144Vmax(1-ω)m/s5.9165.8405.7653(0.7πND/60)2(m/s)2695.53667.14664.774+(3)(m/s)2730.5701.2698.05σ=(p0-pv)/0.3330.3470.3496τc(查图7-20)0.1490.1520.1537T=PD·η0·75/VAkgf9293904987068AP=m21.6321.6231.5589AE=AP/(1.067-0.229P/D)m21.8051.8121.74310AE/A0=AE/0.5750.6020.581根据上表可作下图：由上图可求得不发生空泡的最小盘面比以及所对应的最佳螺旋桨要素。，P/D=0.751，D=1.975m，，Vmax=15.48kn。7、桨叶强度校核按2001年《规范》校核t0.25R及t0.6R，应不小于按下式计算之值：，，计算功率Ne=1352*0.97=1311.44hpAd=AE/AO=0.564,P/D=0.751,ε=8￮，G=7.4gf/cm3，N=360r/minb0.66R=0.226D*AE/AO/0.1Z=0.226*1.97*0.601/0.4=0.6278mb0.25R=0.7212b0.66R=0.4527m,b0.66R=0.9911b0.66R=0.6222m实际桨叶厚度按当螺旋桨直径<3.0m时，取t1.0R=0.0045D=8.82mm与t0.25R=75.5mm连直线决定：项目单位数值0.25R0.6R弦长bm0.45270.6222K1634207K2250151K31410635K4434A1=（D/P）（K1-K2D/P0.7）+K3D/P0.7-K42262.286815.556Y=A1Ne/ZbN4551.1691193.741K58223K63412K74165K8380330A2=（D/P）（K1-K2D/P0.7）+K3D/P0.7-K41176.2541007.407材料系数K1.21.20.14530.0905mm65.689732.8019MAU标准桨叶厚度tˑmm75.3542.94校核结果满足要求满足要求实取桨叶厚度mm75.543.9t0.2=81.01mm，t0.3=71.98mm，t0.4=62.96mm，t0.5=53.94mm，t0.6=44.92mm，t0.7=35.89mm，t0.8=26.87mm，t0.9=17.84mm。8、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，对此项螺距无需修正。实际桨叶厚度与MAU桨标准厚度不同，也需因厚度差异进行螺距修正。设计桨（t/b）0.7R=0.0358/(0.9964×0.6278)=0.05723标准桨（t/b）0.7R=0.0171×1.98/（0.9964×0.31075×1.98）=0.05522（取MAU4-55为基准桨）1-s=VA/（NP）=(1-ω)V×30.866/（NP）=0.7325×15.50×30.866/（360×1.4712）=0.6617因为盘面比0.564接近0.55，取AU4-55为基准螺旋桨，故：aE0=0.55,a’E=AE/A0=0.564△（t/b）0.7R=[（t/b）0.7设-（t/b）0.7标×0.55/0.556]×0.75=0.00254△（P/D）t=-2（P/D）0（1-s）△（t/b）0.7R=-2×0.751×0.6617×（0.00254）=-0.002524修正后的螺距比：P/D=（P/D）0+△（P/D）t=0.754+0.008438=0.748这样，经螺距修正后该桨的水动力性能近似地与螺距比为0.748、毂径比为0.18的系列螺旋桨相同。9、重量及惯性矩计算按我国船舶及海洋工程设计研究院提出的经验公式计算。桨叶重=0.169*7400*4*0.6278*（0.5*81.01+44.92）*（1-0.18）*1.975/1000=434.48(kgf)因为桨毂重经验公式中有未知数d0和Lk，而LK=0.0208*D/0.25=0.1643d0=0.045+0.108（PD/N）^(1/3)-KLK/2=0.045+0.108××1.98×0.0208/0.25/2=0.189桨毂重=(0.88-0.6*0.189/1.975)*0.164*7400*1.975^2=125.28(kgf)螺旋桨重量=434.48+125.28=559.76(kgf)螺旋桨惯性矩：因为d/D=0.18,当d/D≤0.18时：=0.0948*7400*4*0.6278*(0.5*0.08101+0.04492)*1.975^3=1160.35(kgf·cm·s2)10、绘制螺旋桨水动力性能曲线由MAU4-55，MAU4-70，P/D=0.748的敞水性征曲线内插得到MAU4-56.4，P/D=0.751的敞水性征曲线，其数据如下表：MAU4-55J00.10.20.30.40.50.60.70.8KT0.70.3050.27320.2420.2070.1690.12610.0750.029KT0.80.3460.31740.2840.2500.2140.17620.1340.089KT0.7480.3250.2940.2620.2280.1910.1510.1040.058J00.10.20.30.40.50.60.70.810KQ0.70.3270.30050.2720.2420.2090.17240.1320.0820.02910KQ0.80.4110.38110.3530.3200.2840.24520.2020.1540.08910KQ0.7480.3670.3390.3110.2790.2450.2070.1650.1170.058MAU4-70J00.10.20.30.40.50.60.70.8KT0.70.3190.2830.2460.2080.1670.1250.0800.034KT0.80.3740.3360.2960.2560.2160.1740.1290.084KT0.7480.3450.3080.2710.2310.1910.1480.1040.058J00.10.20.30.40.50.60.70.810KQ0.70.3890.3110.2810.2490.2140.1740.1290.0760.02110KQ0.80.4520.4130.3750.3350.2940.2520.2050.1540.09110KQ0.7480.4190.3610.3260.2910.2530.2120.1660.1130.054P/D=0.748Kt值J00.10.20.30.40.50.60.70.8MAU4-550.3250.2940.2620.2280.1910.1500.1040.058MAU4-700.3450.3080.2700.2310.1910.1480.1040.058P/D=0.74810Kq值J00.10.20.30.40.50.60.70.8MAU4-550.3670.3390.3120.2790.2450.2070.1650.1170.058MAU4-700.4190.3600.3260.2910.2530.2120.1660.1130.054MAU4-56.4P/D=0.748J00.10.20.30.40.50.60.70.8Kt0.3260.2950.2630.2280.1910.1500.1040.05810Kq0.3680.3390.3110.2790.2450.2070.1640.1160.05711、系柱特性与航行特性计算并绘制航行特性曲线图当J=0时，KT=0.325，KQ=0.037。计算功率PD=1352*0.97=1311.44hp系柱推力减额分数取t0=0.04主机转矩Q==2609.03kgf·m系柱推力T==11698.39kgf车叶转速N=60=289.24r/min12、航行特性计算时取3挡转速按下表进行：取转速为360r/min，350r/min，340r/min进行计算项目单位数值Vkn1314151617VA=0.5144V(1-ω)m/s4.8985.2755.6526.0296.406N=360r/minJ=VA/nD0.4170.440.4810.5130.545KT0.1840.1710.150.1440.129KQ0.0240.0230.0210.0200.019PTE=KTρn2D4(1-t)V/145.6hp895.4895.4885.7862.2822.3PS=KQ2πnρn2D5/75ηSηRhp1381.41310.91240.31166.11086.3N=350r/minJ=VA/nD0.4290.4620.4950.5280.561KT0.1790.1660.1520.1370.122KQ0.0230.0220.0210.0190.018PTE=KTρn2D4(1-t)V/145.6hp823.9820.4807.3776.8734.2PS=KQ2πnρn2D5/75ηSηRhp1245.31178.71112.01038.1962.6N=340r/minJ=VA/nD0.4410.4750.5090.5430.577KT0.1740.1600.1460.1300.115KQ0.0230.0220.0200.0190.017PTE=KTρn2D4(1-t)V/145.6hp755.1748.2731.9694.9649.8PS=KQ2πnρn2D5/75ηSηRhp1118.21055.3992.5919.1847.9由图中可求得110%超载时可达最大航速约为V=15.01kn，主机功率为1255.06