265总吨钢质围网渔船螺旋桨设计书

265总吨钢质围网渔船螺旋桨设计书

指导老师： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 完成日期：2014/4/23

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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 ..................................... 4 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 ........................................... 6 10．计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线 ................ 7 11. 船舶系泊状态螺旋桨计算 ............................ 8 12．桨叶强度校核 ...................................... 8 13．桨叶轮廓及各半径切面的型值计算 .................... 9 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

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265总吨钢质围网渔船螺旋桨设计书

1.船 型

单桨，单舵，前倾首柱，巡洋舰尾，柴油机驱动，尾机型钢质围网渔船。 设计水线长： 型宽： 设计吃水： 排水量： 纵向浮心坐标 L/Δ1/3 宽度吃水比B/T

速度V(kn) Froude数vs/√gLBP 标准C0查图7-3 标准Cbc,查表7-5 实际Cb(肥或瘦)(%) Cb修正(%)，瘦则查表7-6 Cb修正数量Δ1 已修正Cb之C1 B/T修正% B/T修正数量，Δ2 已修正B/T之C2 标准xc,%L，船中后，查表7-5 实际xc，%L，船中后 相差%L，在标准后（+）前（-） xc修正(%),查表7-7 xc修正数量，Δ3 已修正xc之C3 长度修正%=(Lwl-1.025Lpp)/Lwl*100% 长度修正Δ4 已修正长度之C4 V3 PE=Δ0.64*V3/C4 (hp) 2.主机参数 型号： 标定转速：

LWL=39.50m B=7.60m Td=2.90m Δ=463.3t Xb= -1.08m 4.78 2.62 垂线间长： 型深： 方型系数： 棱型系数： 纵向浮心位置 Δ0.64 LBP=37.00m D=3.80m CB=0.554 CP=0.620 xc=3.46% 50.83 11 0.295 265 0.59 4.48 4.38 9.45 248.8 -2.53 -7.16 276.412 1.92 3.33 0.93 1.3 -2.1 255.41 4.15 10.676 265.1 1331 255.6 12 0.324 218 0.568 0.717 0.300 6.22 220.12 -3.56 -7.55 211.001 2.39 3.67 0.11 0.17 -2.48 210.2 0.041 8.78 217.28 1728 404.3 13 0.357 196 0.534 2.4 1.478 2.96 201 -2.51 -5.13 172 2.51 2.11 0.3 -0.23 2 198 0.046 0.012 199 2199 512.9 6300C 400 r/min 3

标定功率： 减速比： PS2 = 441kw j = 1.60 3．推进因子的确定

(1)伴流分数w

本船为单桨海上运输船，故使用泰勒公式估算 w=0.5×CB-0.05=0.5×0.555-0.05=0.0.2275

(2)推力减额分数t

使用汉克歇尔公式

t=0.50×CP-0.12=0.50×0.620-0.12=0.19

R =0.98

(3)相对旋转效率： 近似地取为η(4)船身效率

η

H =

1-t=(1-0.19)/(1-0.2275)=1.05 1-w4．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（注意：对于内河船及大径深比螺旋桨的船不一定适用！）

按公式AE/A0 = (1.3+0.3×Z)×T / (p0-pv)D2 + k进行估算， 其中：T=

PE=297/(1-0.19)×12×0.5144)=59.43kN

(1?t)V 水温15℃时pv=174 kgf/m2=174×9.8 N/m2=1.705 kN/m2 静压力p0=pa+γhs=(10330+1025×2)×9.8 N/m2=121.324 kN/m2 k取0.2

D允许=0.7×T=（0.7～0.8）×2.90=2.03m～2.32m （单桨船） AE/A0 = (1.3+0.3×Z)×T / (p0-pv)D2 + k

=（1.3+0.3×4）×59.43/((121.324-1.705)×2.032)+0.2 = 0.501

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。

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7．根据估算的AE/A0选取2~3张图谱

根据AE/A0=0.415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×η

G

= 441×0.9×0.98×0.98×0.96= 365.94kw = 490.53 hp

螺旋桨转速 n=j n=400r/min/1.6=250r/min 列表查图谱可得：

项目 假定航速V VA=VS*(1-w) BP=n*(PDO)0.5/VA2.5 √Bp δ P/D MAU4-40 η0 D=δ*VA/n PTE=PD0*η0ηHηR δ P/D MAU4-55 η0 D=δ*VA/n PTE=PD0*η0ηHηR 单位 kn kn m hp m hp 数量 11 8.5 26.3 5.01 61.200 0.725 0.613 2.021 312.9 61.1 0.778 0.606 2.021 310.939 12 9.4 21.2 4.61 56 0.74 0.64 2.08 324.7 54.1 0.818 0.644 2.035 319.5 13 10.6 16.5 3.2 49.210 0.700 0.67 2.08 336.8 47.2 0.854 0.667 2.075 332.32 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：

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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 4-40 4-55

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2.0m

p0-pv = pa+γhs-pv =(10330+1025×2-174) kgf/m2 = 12206 kgf/m2 计算温度t =15℃, pv = 174 kgf/m2 PDO = 365.94 kw = 490.53 hp

ρ=104.63 kgf s2/m4

VMAX(kn) 11.65 11.62 P/D 0.73 0.80 δ 57.7 56.80 D(m) 2.09 2.03 η0 0.632 0.620 序号 1 AE/A0 项目 单位 数值 MAU4-40 MAU4-55 0.40 0.55

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VA=0.5144*VMAX*(1-w) (0.7πND/60)2 V0.7R2=VA2+(4) 1 /2ρV0.7R2 6 ζ=(p0-pv)/(1/2ρV0.7R2) 7 ηc(查图6-20） 8 推力T=75*PD*η0/VA 需要投射面积9 AP=T/(ηc*1/2ρV0.7R2) 需要展开面积 10 AE=AP/(1.067-0.229*P/D) 11 A0=πD2/4 12 需要的AE/A0 2 3 4 5 VMAX kn m/s (m/s)2 (m/s)2 kgf m2 m2 m2 11.51 4.71 362.3 385.2 20130.612 0.606 0.16 5020 1.56 1.732 3.50 0.5 11.62 4.642 350 370.0 19387.12 0.631 0.1668 4933 1.523 1.719 3.27 0.53 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：

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AE/A0=0.52 P/D=0.79， D=2.17 m， η0=0.62， VMAX=11. 6kn 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=0.788 的敞水性征曲线内插得到MAU 4-524、

P/D=0.788的螺旋桨无因次敞水性征曲线如图三所示，其数据如下： J KT 10KQ η0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.342 0.316 0.286 0.250 0.214 0.175 0.141 0.087 0.041 0.40 0.376 0.351 0.317 0.284 0.248 0.201 0.152 0.094 0.003 0.145 0.263 0.372 0.482 0.581 0.642 0.68 0.616

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=0.342, KQ=0.04

计算功率 PD= Ps×ηS×ηG=441×0.98×0.96=414.8kw=564.7hp 系柱推力减额分数取 t0=0.04,

主机转矩Q=PD×60×75/(2πN)=564.1×60×75/(2×3.1416×250)= 1617 kgf.m 系柱推力T=(KT/KQ)×(Q/D)=(0.339/0.0395)×(1835.5/2.24)= 6684.9kgf 系柱推力T0=T×（1- t0）=7032.5×（1- 0.04）=6428.5 kgf

车叶转速N0=60×√T/(ρ×D4×KT)=60×(6418/(104.63×24×0.342))0.5

= 194 rpm

12．桨叶强度校核

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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=441×0.98×0.96=414.86kw=564.2hp

Ad= AE/A0=0.53， P/D=0.79， ε=10o， G=7.6gf/cm3, N=250rpm 在0.6R处切面弦长

b0.6R=1× AE/A0×D/Z=0.63 m b0.25R=0.7212×b0.6R =0.46m

项目 弦长b K1 K2 K3 K4 A1=D/P(K1-K2D/P0.7)+K3D/P0.7-K4 单位 m 数值 0.25R 0.457 634 250 1410 4 2190 3342.222 82 34 41 380 1654.1 1.2 0.189 48 78.6 满足要求 78.6 0.6R 0.63 207 151 635 34 791.5 873.264 23 12 65 330 1274.32 1.2 0.108 24.4 44.4 满足要求 44.4 Y=A1*Ne/(Z*b*N) K5 K6 K7 K8 A2=D/P(K5+K6ε)+K7ε+K8 材料系数K（铝青铜） kgf/cm3 X=A2*G*Ad*N2*D3/(1010*Z*b) t=√Y/(K-X) mm MAU标准桨叶厚度t′,查表8-14 mm 校核结果 实取桨叶厚度 mm

13．桨叶轮廓及各半径切面的型值计算

最大切面在0.66R处，

b0.66R=2.26× AE/A0×D/Z=2.26×0.53×2.048/4=0.617 m 最大厚度在轴线处tmax= 0.05D=0.05×2.047×1000=102.36mm

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叶片宽度/m 从导边至最从母线到从母线到叶片厚度/mm 厚点的距离叶片随边叶片导边叶片宽度 /m 的距离 的距离 0.1753 0.24192 0.416 83.21 0.1335 0.2973 0.27745 0.487 73.5 0.1559 0.2434 0.30367 0.545 64.1 0.1748 0.2731 0.31856 0.591 54.35 0.1917 0.3111 0.31544 0.627 38.84 0.2372 0.3000 0.32012 0.621 44.56 0.2162 0.3217 0.30356 0.624 35. 04 0.2512 0.3322 0.25332 0.583 25.71 0.2652 0.3051 0.15730 0.461 15.29 0.2251 0.2642 0.08291 0.337 11.43 0.1744 0.1081 6.18 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）

r/R 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.66 0.7 0.8 0.9 0.95 1

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PD=565hp，此时N=225 rpm

(PD/N)1/3= (565/250) 1/3= 1.35

根据《船舶原理（下）》P157图8-40可查得螺旋桨桨轴直径dt=185mm 采用整体式螺旋桨，则螺旋桨的毂径dh=1.8dt=1.8×185=333mm 毂前后两端的直径d2=0.88×dh=0.88×333=293mm d1=1.10×dh=1.10×333=366mm 桨毂长度l0=dh+100=433mm

减轻孔的长度l1=0.3×l0=0.3×433=130mm 轴孔锥度取K=0.1

毂部筒圆厚度δ=0.75×t0.2R=0.75×84=62.4mm 叶面、叶背与毂连接处的圆弧半径

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r1=0.033D=0.033×2.0×1000=67.56mm， r2=0.044D=0.044×2.0×1000=90mm。

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=0.62m， 螺旋桨直径D=2. m，t0.2=0.08m，t0.6= 0.0381m 最大连续功率PD=564.25hp，此时N=250rpm

毂径dh=d=1.8×dt=1.8×0.185=0.333m， 毂长Lk=lo=0.433m 桨毂长度中央处轴径

d0 =0.045+0.108(PD/N)1/3-0.5×KLK

=0.045+0.108×(565/250)1/3-0.1×0.433/2=0.165m dh/D=0.333/2=0.16

则根据我国船舶及海洋工程设计研究院（708所）提出的公式：

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桨叶重

Gbl=0.169γZbmax(0.5t0.2+t0.6)(1-d/D)D(kgf)

=0.169×8410×4×0.63×(0.5×0.08+0.03883)×(1-0.1627)×2

=489.2kgf

桨毂重

Gn=(0.88-0.6d0/d)LKγd2(kgf)

=(0.88-0.6×0.165/0.333)×0.433×8410×0.3332 =235.9kgf

螺旋桨重量

G= Gbl +Gn= 723.7kgf

螺旋桨惯性矩

Imp=0.0948γZbmax(0.5t0.2+t0.6)D3

=0.0948×8410×4×0.63×(0.5×0.08+0.04383)×2.04×2.04×2.04

=1380.2kgf·m·s2

17．螺旋桨设计总结 螺旋桨直径： 螺距比： 型式： 盘面比： 叶数： 螺旋桨效率： 纵倾角：

D=2.04m P/D=0.79m MAU AE/AO=0.53 Z=4 η0=0.661 ε=10° 设计航速： 毂径比： 旋向： 材料： 总重量： 惯性矩： VMAX=11.64kn dh/D=0.163m 右旋 铝青铜 718.1kgf 1389.2kgf·m·s2 18．课程设计总结

做课设时刚好刚上很多学科结课和写双学位论文，实在有点仓促，其中不足之处还请多多包涵。

感觉这次课设虽然格外繁琐，但做得却很有意义，让我全方位复习了平日所学，尤其是一些平时没自己动手算过的地方，另外也让我重温了一下许久没碰的CAD的使用。

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做课设时最大的困难莫过于对公式对应情况和公式所用单位的核算不清楚，常常算出一些离谱的值，不得不多次返工。

最后，多谢老师尽心尽责的授课，平日的耳蘸目染使得我们获益良多。

2014年4月24日星期四

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pmbp.html