船舶螺旋桨的设计与计算过程

某沿海单桨散货船螺旋桨

设计计算说明书

刘磊磊 2008101320

2011年7月

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

1?t?1.0777 船身效率 ?H?1?w

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 = 4762.8 hp

根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的Bp--δ图谱列表计算： 项 目 假定航速V VA=(1-w)V Bp=NPD0.5/VA2.5 单位 kn kn δ MAU 4-40 P/D ηO PTE =PD·ηH·ηO δ MAU 4-55 P/D ηO PTE =PD·ηH·ηO δ MAU 4-70 P/D ηO PTE=PD·ηH·ηO hp hp hp 13 9.373 69.013042 268.96548 75.6 0.64 0.5583333 2863.9907 74.629121 0.6860064 0.5414217 2777.2419 73.772563 0.69254 0.5210725 2672.8601 数 值 14 15 10.094 10.815 16 11.536 69.01304 69.01304225 Bp 69.01304225 451.99967323.7116 384.6505072 07 60.744 0.720498 0.62606 72.10878 64.87977369 0.667321 0.685420561 0.582781 0.605706806 2989.395 3106.994626 3211.4377 68.63576 63.56589147 59.341025 0.713099 0.740958466 0.7702236 0.567138 0.590941438 0.6111996 2909.156 3031.255144 3135.1705 67.77185 63.03055556 58.68503 0.723162 0.754280639 0.7861101 0.54571 0.565792779 0.5828644 2799.238 2902.2542 2989.8239

据上表的计算结果可绘制PTE、δ、P/D及ηO对V的曲线，如下图所示。

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 D δ ηO 4-40 4-55 4-70

15.137 15.037 14.851 0.68919 0.74201 0.749606 64.1006 63.3998 63.68688 4.239876691 4.165819112 4.132919936 0.608622 0.59173872 0.563077426 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

项目 Vmax VA=0.5144Vmax(1-w) (0.7πND/60)2 V20.7R=V2A+32 1ζ=(p 0- p v) / ρV0.7R2 2Τc(柏利尔空泡限界图) T=PD·ηO·75/VA AP=T /单位 Kn m/s (m/s)2 (m/s)2 MAU4-40 5.614046889 657.4605465 688.978069 0.401205334 0.401205334 0.16 38725.33823 6.714962773 数值 MAU4-55 5.576958649 634.6935143 665.795982 0.415174744 0.415174744 0.162 37901.48027 6.716975401 MAU4-70 5.507974522 624.7082313 655.0460146 0.421988181 0.421988181 0.163333333 36517.3961 6.524195084 kgf m2 m2 1ρV0.7R2·ηc 21πD2 4AE=AP / (1.067-0.229P/D) AE/AO=AE / 7.385771885 7.487601521 7.286833423 按上述结果作图,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 = 0.549200516 P/D= 0.741852486 D= 4.166m ηo=0.591857369 Vmax= 15.03775 kn

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=

YK?X,

Y?A1Ne, X=A2GAdN2D3/1010Zb ZbN

计算功率Ne=5400×0.98=5292hp

AD = AE / AO = 0.549200516, P/D=0.741852486, ??8?，G=7.6gf/cm3 ,N=165rpm

b0.66R =0.226D·AE / AO/0.1Z=0.226*0.549200516*4.166m/0.4=1.292702683 m b0.25R=0.7212b0.66R = 0.93229717 m b0.6R =0.9911b0.66R = 1.281197629 m

项 目 弦长b K1 K2 K3 K4 A1=D/P(K1-K2D/P0.7)+K3D/P0.7-K4 Y=A1Ne/ZbN K5 K6 K7 K8 A2=D/P(K5+K6ε)+K7ε+K8 材料系数K（铝镍合金） X=A2GAdN2D3/1010Zb t?Y(K?X) 单 位 m mm mm mm 数 值 0.25R 0.6R 634 207 250 151 1410 4 2297.004326 19755.28708 82 34 41 380 1185.183816 1.179 0.26112086 146.7063535 159.3495 满足要求 146.7063535 85.04785519 634 207 635 34 826.6232412 5173.296683 23 12 65 330 1010.409249 1.179 0.161991195 71.32164252 90.8188 满足要求 MAU标准桨叶厚度t′ 校核结果 实取桨叶厚度

实取桨叶厚度按t1.0R=0.0035D=14.581 与t0.25R=146.7063535 连直线决定:

t0.2R = 155.5147104 mm t0.3R = 137.8979966 mm t0.4R = 120.2812828 mm t0.5R = 102.664569 mm t0.6R = 85.04785519 mm t0.7R = 67.43114139 mm t0.8R = 49.8144276 mm t0.9R = 32.1977138 mm

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。

t设计桨 ()0.7R =0.052351381

bt标准桨 ()0.7R = 0.055226975

bVA(1-?)V?30.8661－s = ==0.656262685

NPNPttt0.55△()0.7R =〔()0.7R设－()0.7R标×〕×0.75=-0.002216992

bbb0.51PPt△()t=－2()0(1－s) △()0.7R =0.002158685

DDb修正后的螺距比： PPP=()0＋△()t =0.744011171 DDD8.重量及惯性矩计算

根据MAU桨切面的面积数据用积分方法计算得：

桨叶重量 3582.9355 kgf 桨毂重量 6589.59094 kgf 螺旋桨重量 10172.53 kgf 桨叶惯性矩 435.6 kg.m.s^2 桨毂惯性矩 360.85 kg.m.s^2 螺旋桨总惯性矩 796.45 kg.m.s^2

（1） （2） （3） （4） （5） （6） 切面面 辛式 积(m2) 系数 S=Kabt SM 1 4 2 4 2 4 2 4 1 (4)╳(5) （7） r （8） r2 （9） (6)╳(7) （10） (6)╳(8) 面积系 弦长╳最大 r/R 数Ka 厚度 b╳t 0.2 0.674 0.145487857 0.0980588 0.3 0.674 0.150221946 0.1012495 0.4 0.674 0.1463157 0.0986167 0.5 0.6745 0.134635523 0.0908116 0.6 0.6745 0.116356831 0.0784826 0.7 0.677 0.091758804 0.0621207 0.8 0.683 0.062051002 0.0423808 0.9 0.695 0.030528429 0.0212172 1 0.7 0 0 0.098059 0.4166 0.173556 0.040851 0.017019 0.404998 0.6249 0.3905 0.253083 0.158152 0.197234 0.8332 0.694222 0.164335 0.136924 0.363247 1.0415 1.084722 0.378321 0.394022 0.156965 1.2498 1.562 0.196175 0.24518 0.248483 1.4581 2.126056 0.362313 0.528288 0.084762 1.6664 2.776889 0.141247 0.235374 0.084869 1.8747 3.5145 0.159104 0.298272 0 ∑(6)= 1.638616 2.083 4.338889 0.013103 0.027293 ∑(9)= ∑(10)= 1.69543 2.0132

9.敞水特性曲线

由MAU4-40,MAU4-55,P/D=0.7和0.8 的敞水特性曲线内插得到MAU4-0.549,P/D=0.744 的敞水特性曲线，其数据如下：

J 10KQ KT 设计桨的敞水特性数据表 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.3611 0.32468 0.28826 0.25184 0.21542 0.179 0.14258 0.10616 0.3395 0.29845 0.2574 0.21635 0.1753 0.13425 0.0932 0.05215 10.螺旋桨计算总结

螺旋桨直径 4.166 m 螺距比 0.744 型式 MAU 叶数 Z=4 盘面比 0.549 纵倾角 ??8? 螺旋桨效率 0.592 设计航速 15.04 kn 毂径比 旋向 材料 重量 惯性矩

dh/D=0.18 右旋 铝镍青铜 10172.53 kgf 796.45 kg.m.s^2

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