螺旋桨课程设计讲解.docx
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螺旋桨课程设计讲解
JS813尾滑道渔船螺旋桨设计书
指导老师：
学生姓名：
学号：
完成日期：
1.船型
单桨流线型舵，前倾首柱，巡洋舰尾，柴油机驱动，尾机型尾滑道渔船。
设计水线长：
LWL=29.80m
垂线间长：
LBP=28.00m
型宽：
B=6.30m
型深：
D=2.90m
设计吃水：
Td=2.20m
方型系数：
CB=0.555
排水量：
Δ=222t
棱型系数：
CP=0.653
纵向浮心坐标
Xb=-1.36m
纵向浮心位置
xc=%
L/Δ1/3
4.92
Δ0.64
31.74
宽度吃水比B/T
2.86
艾亚法有效功率估算表：
速度V/Kn
9
10
11
Froude数
0.27
0.30
0.33
标准Co（图7-3）
332.58
270.58
223.22
标准Cbc
0.625
0.577
0.555
实际Cb（肥瘦%）（本船Cb=0.555）
12.0%（瘦）
3.8%（瘦）
0
Cb修正%
8.70%
1.88%
0
Cb修正数量Δ1
28.93
5.09
0
已修正Cb之C1
361.51
223.22
275.67
B/T修正%
-4.773
-4.773
-4.773
B/T修正量Δ2
17.25
10.65
13.16
已修正B/T之C2
378.76
233.87
288.83
标准Xc（L%）船中后
1.30%（后）
2.39%（后）
2.04%（后）
实际Xc（L%）船中后（本船为后）
4.56%
4.56%
4.56%
相差%L，在标准后（本船均为在标准后）
3.26%
2.52%
2.17%
Xc修正（%）
4.4%
3.2%
5.4%
Xc修正数量Δ3
-12.71
-9.24
-15.60
已修正Xc之C3
366.05
279.60
218.27
长度修正%=（Lwl-1.025Lpp）/Lwl*100%
3.7%
3.7%
3.7%
长度修正Δ4
13.54
10.34
8.08
已修正长度之C4
379.59
289.44
226.35
V^3
729
1000
1331
PE=（Δ^0.64）*（V^3）*0.735/C4（KW）
44.81
80.47
137.20
PE=（Δ^0.64）*（V^3）*0.735/C4（hp）
60.97
109.48
186.67
2．主机参数
型号：
8E150C
标定功率：
PS2=199kw
标定转速：
750r/min
标定马力
270.75hp
减速后转速：
297.62r/min
减速比：
i=2.52
减速箱效率ηg：
0.96
轴系效率ηs：
0.98
最大持续功率：
262.63hp
相应转速：
235.85rpm
3．推进因子的确定
（1）伴流分数ω
本船为单桨海上渔船，故使用汉克歇尔公式估算
ω=0.77*Cp-0.28=0.222
（2）推力减额分数t，用汉克歇尔公式估算
t=0.77*CP-0.3=0.203
（3）相对旋转效率
近似地取为ηR=1.0
（4）船身效率
ηH=（1-t）/（1-ω）=（1-0.203）/（1-0.222）=1.024
4．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
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=137.2/（（1-0.203×11×0.5144）=30.3kN
水温15℃时汽化压力pv=174kgf/m2=174×9.8N/m2=1.705kN/m2
静压力p0=pa+γhs=（10330+1025×1.5）×9.8N/m2=116.302kN/m2
k取0.2
D允许=0.7×T=0.7×2.2=1.5y.2682413_______________________________________________________________________________________________________________________
AE/A0=（1.3+0.3×Z）×T/（p0-pv）D2+k
=（1.3+0.3×4）×30.3/（（121.324-1.705）×2.2×2.2）+0.2=0.494
6．桨型的选取说明
由于本船为海上渔船，MAU型原型螺旋桨比较适合在海洋中工作的要求。
所以选用MAU型较适宜。
7．根据估算的AE/A0选取2~3张图谱
根据AE/A0=0.494选取MAU4-40,MAU4-55，MAU4-70三张图谱。
8．列表按所选图谱（考虑功率储备）进行终结设计，得到3组螺旋桨的要素及VsMAX
功率储备取16%，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×0.9×0.98×ηS×ηG
=199×0.84×0.98×0.98×0.96
=159.13kw=213.3hp（English）
由图谱可查得：
项目
单位
数量
假定航速V
Kn
9
10
11
VA=Vs（1-ω）
Kn
7.00
7.78
8.56
Bp=n*（PDo^0.5）/（VA^2.5）
33.53
25.74
20.28
（Bp^0.5）
5.79
5.07
4.50
MAU4-40
δ
68.5
61.2
55.0
P/D
0.675
0.716
0.760
ηo
0.588
0.624
0.653
PTE
hp
128.43
136.29
142.63
MAU4-55
δ
67.1
60.0
54.1
P/D
0.72
0.768
0.816
ηo
0.573
0.608
0.636
PTE
hp
125.15
132.80
138.91
MAU4-70
δ
66.5
59.2
53.2
P/D
0.736
0.783
0.836
ηo
0.552
0.580
0.607
PTE
hp
120.57
126.68
132.58
相应曲线（如下图1-1所示）
得到数据
系列/项目
Vmax/kn
P/D
D/m
P
δ
ηo
MAU4-40
10.35
0.733
1.59
1.16
58.66
0.636
MAU4-55
10.29
0.782
1.56
1.22
58.14
0.617
MAU4-70
10.22
0.794
1.54
1.23
57.82
0.586
图1-1
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由船体比例取1.5m
p0-pv=pa+γhs-pv=（10330+1025×2-174）kgf/m2=11591kgf/m2
计算温度t=15℃,pv=174kgf/m2
PDO=156.78kw=213.3hp（English）
ρ=104.63kgf×s2/m4
序号
项目
单位
数值
MAU4-40
MAU4-55
MAU4-70
1
AE/Ao
0.40
0.55
0.70
2
Vmax
Kn
10.35
10.29
10.22
3
VA
m/s
4.141
4.115
4.090
4
（0.7πND/60）^2
（m/s）^2
300.82
289.58
282.20
5
（V（0.7R））^2
（m/s）^2
317.96
306.51
298.93
0.5ρ（V（0.7R））^2
16634.08
16035.07
15638.49
6
σ=（Po-Pv）/（0.5ρ（V（0.7R））^2）
0.697
0.723
0.741
7
τc
0.172
0.178
0.182
8
T=75*Po*ηo/VA
Kgf
2934.1
2864.4
2737.2
9
Ap=T/（τc*0.5ρ（V（0.7R））^2）
m^2
1.026
1.004
0.962
10
AD=Ap/（1.067-0.229*P/D）
m^2
1.141
1.131
1.086
11
Ao=π（D^2）/4
m^2
1.986
1.911
1.863
12
需要的AE/Ao
0.574
0.592
0.583
空泡校核图如下
数据分析
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=0.5923，P/D=0.7884，D=1.5534m，η0=0.6093，VMAX=10.14kn
图1-2空泡校核
10．计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线
由B4-40,B4-55,P/D=0.735的敞水性征曲线内插得到B4-50.5,P/D=0.735的敞水性征曲线，其数据如下：
J
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
KT
0.3484
0.3184
0.2728
0.25
0.2128
0.17
0.1271
0.08
0.03718
0
10KQ
0.4184
0.38846
0.35564
0.31846
0.28282
0.25
0.2
0.1543
0.0871
0.0243
η0
0
0.12282
0.25
0.36718
0.45436
0.55154
0.6359
0.64308
0.55898
0
图1-3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=0.348,KQ=0.0419
计算功率PD=199*0.96*0.98/0.735=154.72hp
系柱推力减额分数取t0=0.04,
主机转矩
Q=PD×60×75/（2πN）=254.72×60×75/（2×3.1416×297.62）=612.72kgf.m
系柱推力
T=（KT/KQ）×（Q/D）=（0.348/0.0419）×（612.72/1.5534）=3276.01kgf
车叶转速
N0=60×√T/（ρ×D4×KT）=60×（3276.01/（104.63×1.55344×0.348））0.5
=235.85rpm
12．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=262.62hp
Ad=AE/A0=0.5923，P/D=0.7884，ε=10º，G=7.6gf/cm3,N=297.62rpm
在0.6R处切面弦长
b0.6=2.1867×AE/A0×D/Z=0.502m
b0.25R=0.7212×b0.6R=0.362m
项目
单位
数值
0.25R
0.60R
弦长b
m
0.362
0.502
K1
634
307
K2
250
151
K3
1410
635
K4
4
34
A1
2186
791
Y
1332.4814
347.6605
K5
82
23
K6
34
12
K7
41
65
K8
380
330
A2
1325
1161
材料系数K（铝青铜）
Kgf/cm^3
1.200
1.200
X
0.1368
0.08644
t
mm
35.402
17.669
标准桨叶厚度t^
mm
59.18
33.86
校核结果
满足要求
满足要求
实取桨叶厚度
mm
59.18
33.86
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=0.226*D*AE/A0/（0.1*Z）=0.520m
轴线处最大厚度=0.050D=0.050×1.55×1000=77.67mm
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）
14．桨毂设计
最大连续功率PD=262.63hp，此时N0=235.85rpm
（PD/N）1/3=（582/314.8）1/3=1.036
根据中文课本P198图9-1可查得螺旋桨桨轴直径dt=150mm
采用整体式螺旋桨，则螺旋桨的毂径dh=1.8dt=1.8×150=270mm
毂前后两端的直径d2=0.88×dh=0.88×270=237.6mm
d1=1.10×dh=1.10×270=297mm
桨毂长度l0=dh+100=370mm
减轻孔的长度l1=0.3×l0=0.3×370=111mm
毂部筒圆厚度δ=0.75×t0.2R=0.75×63.07=47.30mm
叶面、叶背与毂连接处的圆弧半径
r1=0.033D=0.033×1553.4×1000=53.8mm，r2=0.044D=0.044×1.5534×1000=68.35mm
15．螺旋桨总图绘制（详见螺旋桨设计总图）
附纸
16．螺旋桨重量及转动惯量计算
铝青铜材料重量密度γ=8410kgf/m3，0.66R处叶切面的弦长b0.6=0.520mm，
螺旋桨直径D=1.55m，t0.2=0.06307m，t0.6=0.03386m
最大连续功率PD=262.63hp，此时N0=235.85rpm
毂径d=0.167×dt=0.167×1.5534=00.2700m，毂长LK=0.3700m
桨毂长度中央处轴径
d0=0.045+0.108（PD/N）1/3-KLK/2
=0.045+0.108×（582/314.8）/3-0.1×0.3934/2=0.0666m
d/D=0.174
则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=0.169γZbmax（0.5t0.2+t0.6）（1-d/D）D（kgf）
=0.169×8410×4×0.520×（0.5×0.06307+0.03286）×（1-0.174）×1.5534
=248.06kgf
桨毂重
Gn=（0.88-0.6d0/d）LKγd2（kgf）
=（0.88-0.6×0.0666/0.2700）×0.3700×8410×0.27×0.27
=166.05kgf
螺旋桨重量
G=Gbl+Gn=414.1kgf
螺旋桨惯性矩
Imp=0.0948γZbmax（0.5t0.2+t0.6）D3
=0.0948×8410×4×0.52×（0.5×0.06307+0.03386）×（1.5534^3）
=406.5kgf·m·s2
17．设计总结
本次课程设计的内容较之以前几次课程设计来说是比较复杂的，通过本次螺旋桨设计，我对本课程的知识有了一个系统的了解，这对于我们的后续课程学习很有帮助。
本次课程设计的难点在于以下几个方面：
1、第一步有效功率初估，因为缺乏公式，故只用了艾亚法推荐的公式，另查阅了《内河船舶设计手册》，有些相应公式也语焉不详。
2、根据设计图谱得到数据进行画图时，在CAD中比例的掌握是一个小问题，困扰了一小段时间，但后来根据标度不同，但能较好地放在同一张图中的原则，通过数据乘以某一个比例的方法还是得到了较好地曲线。
3、总图绘制软件有时不能正常运行，重启电脑后材可以进行绘制。
17．设计体会
课程设计的独立完成，从中体会到了不少平时无从得知的东西，像方法、态度等问题，均有不少感触。
事非亲历不知难，像这种比较大的课程设计对一门课程的学习是一个很好的回顾，也能有不少收获。
首先要细心谨慎，在记录数据、读图谱、计算时宁肯慢一点也不能太快，因为欲速则不达，如果出错重新改正则检查、修改必然花费更多时间，如果一开始没有满足条件，之后从头再来也必然得不偿失，所以对于初学者而言，螺旋桨课程设计可以说是慢工细活。
再者，在进行图谱设计时要不断翻阅课本，有时甚至要翻阅手册，在课设完全结束时，课本也基本重新精读了一遍。
最后，螺旋桨课程设计有着很重要的实际意义，跟以后的工作紧密联系，所以在本科阶段第一次设计时就培养良好的习惯对以后是大有裨益的。
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