船舶螺旋桨课程设计ck.docx
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船舶螺旋桨课程设计ck
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：
Δ=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/Δ1/3
5.04
Δ0.64
608
宽度吃水比B/T
2.6
桨轴线距基线高
5.0m
（2）主机参数
型号：
SULZER4RTA
标定功率：
PS2=4101hp
标定转速：
196r/min
艾亚法有效功率估算表：
速度V（kn）
11
12
13
Froude数vs/√gL
0.152
0.166
0.179
标准C0
464
468
453
标准Cbc
0.823
0.8
0.778
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Δ1
4.06
-9.87
-39.37
已修正Cb之C1
468
458
414
B/T修正%
-4.84
-4.84
-4.84
B/T修正数量，Δ2
-22.65
-22.17
-20.02
已修正B/T之C2
445
436
394
标准xc,%L，船中后
1.973
1.9
1.788
实际xc，%L，船中后
0.5
0.5
0.5
相差%L，在标准后
1.473
1.4
1.288
xc修正（%）
-7.42
-6.16
-4.95
已修正xc之Δ3
-33
-27
-19
已修正xc之C3
412
409
373
长度修正%=（Lwl-1.025Lpp）/Lwl*100%
-1.3
-1.3
-1.3
长度修正Δ4
-5.40
-5.30
-4.80
已修正长度之C4
407
404
368
V3
1331
1728
2197
PE=Δ0.64*V3*0.735/C4（kW）
1461
1911
2668
1．推进因子的确定
（1）伴流分数ω
本船为单桨海上运输船，故使用泰勒公式估算
ω=0.5×CB-0.05=0.5×0.807-0.05=0.354
（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ηR=1.0
（4）船身效率
ηH=（1-t）/（1-ω）=（1-0.286）/（1-0.354）=1.105
2．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。
3．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=1911/（（1-0.286）×12×0.515）=433kN
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+1025×3.5）×9.8N/m2=136.39kN/m2
k取0.2
D允许=0.7×T=0.7×8.50=5.95my.2682413
AE/A0=（1.3+0.3×Z）×T/（p0-pv）D2+k
=（1.3+0.3×4）×433/（（136.39-1.705）×5.95²）+0.2=0.427
4.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2～3张Bp－δ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。
功率储备取10%，轴系效率ηS=0.97（中机型），齿轮箱效率ηG=0.96
螺旋桨敞水收到功率：
PDO=Ps×0.9×ηS×ηG×ηR
=4101hp×0.9×0.97×0.96×1.0
=3437hp
由图谱可查得：
项目
单位
数量
假定航速V
kn
11.000
12.000
13.000
VA=VS*（1-ω）
kn
7.106
7.752
8.398
BP=n*（PDO）0.5/VA2.5
85.366
68.677
56.222
√Bp
9.239
8.287
7.498
MAU4-40
δ
101.200
93.000
85.800
D
3.699
3.678
3.676
P/D
0.565
0.581
0.604
η0
0.466
0.492
0.522
PTE=PD0*η0ηHηR
hp
1769.814
1868.559
1982.496
MAU4-55
δ
100.300
91.800
83.800
D
3.636
3.361
3.591
P/D
0.598
0.622
0.658
η0
0.448
0.475
0.504
PTE=PD0*η0ηHηR
hp
1701.452
1803.995
1914.134
据上表结果可绘制PE、PTE、δ、P/D及η0对V的曲线，如图一所示：
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
Vsmax（kn）
P/D
δ
D
η0
4-40
11.91
0.579
96.86
3.802
0.490
4-55
11.78
0.615
96.94
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、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=8.5-5.0=3.5m
计算温度t=15℃,pv=174kgf/m2,ρ=104.63kgf×s2/m4
p0-pv=pa+γhs-pv=（10330+1025×3.5-174）kgf/m2=13743.5kgf/m2
PDO=3437hp
序号
项目
单位
数值
MAU4-40
MAU4-55
1
AE/A0
0.40
0.55
2
VMAX
kn
11.91
11.78
3
VA=0.515*VMAX*（1-ω）
m/s
3.962
3.919
4
（0.7πND/60）2
（m/s）2
745.99
731.15
5
V0.7R2=VA2+（4）
（m/s）2
761.69
746.51
1/2ρV0.7R2
39848
39054
6
σ=（p0-pv）/（1/2ρV0.7R2）
0.345
0.352
7
τc（查图6-20）
0.137
0.140
8
推力T=75*PD*η0/VA
kgf
31878
30782
9
需要投射面积AP=T/（τc*1/2ρV0.7R2）
m2
5.839
5.630
10
需要展开面积AE=AP/（1.067-0.229*P/D）
m2
6.249
6.079
11
A0=πD2/4
m2
11.353
11.127
12
需要的AE/A0
0.550
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，η0=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=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：
J
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
KT
0.267
0.243
0.208
0.17
0.131
0.099
0.05
0.0004
KQ
0.0275
0.0254
0.022
0.019
0.016
0.0128
0.0084
0.0039
η0
0
0.1523
0.3009
0.4272
0.5212
0.6155
0.5684
0.0114
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=4101×0.97=3978hp
系柱推力减额分数取t0=0.04,
主机转矩：
Q=PD×60×75/（2πN）=3978×60×75/（2×3.1416×196）=14535.88kgf.m
系柱推力：
T=（KT/KQ）×（Q/D）=（0.267/0.0275）×（14535.88/3.765）=37484.78kgf
车叶转速：
N0=60×√T/（ρ×D4×KT）=60×（37484.78/（104.63×3.7654×0.267））0.5
=155.0rpm
10．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=3978hp
Ad=AE/A0=0.546，P/D=0.614，ε=8º，G=7.6gf/cm3,N=196rpm
在0.66R处切面弦长
b0.66R=0.226×D×Ad/（0.1Z）=0.226×3.765×0.546/（0.1×4）=1.1615m
因此,b0.25R=0.7212×b0.66R=0.7212×1.1615=0.8376m
b0.6R=0.9911×b0.66R=0.9911×1.1615=1.1511m
项目
单位
数值
0.25R
0.6R
弦长b
m
0.8376
1.1511
K1
634
207
K2
250
151
K3
1410
635
K4
4
34
A1=D/P（K1-K2D/P0.7）+K3D/P0.7-K4
2662
937
Y=A1*Ne/（Z*b*N）
16124.8674
4129.3614
K5
82
23
K6
34
12
K7
41
65
K8
380
330
A2=D/P（K5+K6ε）+K7ε+K8
1285
1044
材料系数K（铝青铜）
kgf/cm3
1.200
1.200
X=A2*G*Ad*N2*D3/（1010*Z*b）
0.3262
0.1929
t=√Y/（K-X）
mm
135.843
64.032
B标准桨叶厚度t′
mm
144.0
82.1
校核结果
满足要求
满足要求
实取桨叶厚度
mm
144
82.1
11．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）=1.1615m
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=155rpm
（PD/N）1/3=（3978/155）1/3=2.95
1）根据课本P157图8-40可查得：
螺旋桨桨轴直径dt=345mm
2）采用整体式螺旋桨，则螺旋桨的毂径dh=1.95dt=1.95×345=672.75mm
3）浆毂前后两端的直径;
d2=0.83×dh=0.83×672.75=558.38mm
d1=1.10×dh=1.10×672.75=740.03mm
4）桨毂长度l0=dh+100=772.75mm
减轻孔的长度l1=0.3×l0=0.3×772.75=231.83mm
5）毂部筒圆厚度δ=0.75×t0.2R=0.75×（4.06%×3.765×1000）=114.6mm
6）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=165.7mm
13.螺旋桨总图绘制（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γ=8410kgf/m3，bmax=b0.66R=1.1615m
D=3.765m，t0.2=0.15286m，t0.6=0.08208m
最大连续功率PD=3978hp，此时N0=155rpm
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=0.169γZbmax（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
=3235.4kgf
桨毂重
Gn=（0.88-0.6d0/d）LKγd2（kgf）
=（0.88-0.6×0.325/0.67275）×0.77275×8410×0.672752
=1735.8kgf
螺旋桨重量
G=Gbl+Gn=4971.2kgf
螺旋桨惯性矩
Imp=0.0948γZbmax（0.5t0.2+t0.6）D3
=0.0948×8410×4×1.1615×（0.5×0.15286+0.08208）×3.7653
=31335.4kgf·m·s2
15．设计总结
螺旋桨直径
D=3.765m
螺距比
P/D=0.614
型式
MAU
盘面比
AE/A0=0.546
纵倾角
ε=8º
螺旋桨效率
η0=0.469
设计航速
Vsmax=11.78kn
毂径比
dh/D=0.179
旋向
右旋
材料
铝青铜
重量
4971.2kgf
惯性矩
31335.4kgf·m·s2
16．设计体会
这次课程设计是大学以来第一次一个人独立完成的课程设计。
前后大概持续了一个星期的时间。
在这一个星期的时间中，从不知道如何下手，到慢慢熟悉设计流程，最后我用自己最大的努力和耐心完成了此次课程设计的任务。
可以说收获颇多，此次课程设计让我对螺旋桨的知识有了更深入的了解，巩固了以前所学的知识点；此次课程设计也让我对螺旋桨的设计过程有了全面的把握，有利于我以后的学习与工作；此次课程设计也让我发现了原来课程设计模板中存在的一些问题。
虽然我们马上就要迈入大四了，但是希望学院以后的专业课能够更多地搞一些课程设计，因为在课程设计的过程中我们有了对书本知识更加深入的理解，有利于我们对于专业知识的掌握。
有些事情，只有做了，才知道是怎么回事
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