大連理工大學(xué)螺旋槳課程設(shè)計(jì)

1、螺旋槳設(shè)計(jì)計(jì)算說明書目錄1.設(shè)計(jì)任務(wù)書- 1 -1.1課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)、任務(wù)和基本要求- 1 -1.2課程設(shè)計(jì)題目- 1 -2.船舶阻力估算及有效馬力預(yù)報- 1 -2.1船體主要參數(shù)- 1 -2.2有效馬力預(yù)報- 1 -2.3 阻力估算- 1 -3. 螺旋槳圖譜初步設(shè)計(jì)問題- 1 -3.1 螺旋槳設(shè)計(jì)圖譜，初步確定主機(jī)功率及轉(zhuǎn)速- 1 -3.2 選定主機(jī)額定功率及轉(zhuǎn)速- 1 -3.2.1 最佳轉(zhuǎn)速確定- 1 -3.2.2 主機(jī)功率確定- 1 -4. 螺旋槳圖譜終結(jié)設(shè)計(jì)問題- 1 -4.1推進(jìn)因子的決定- 1 -4.2 可達(dá)到最大航速的計(jì)算- 1 -4.3 空泡校核- 1 -4.4 強(qiáng)度校核- 1

2、 -4.5 螺距修正- 1 -4.6 重量及慣性矩計(jì)算- 1 -4.6.1 槳葉重量Gb(kgf)及慣性矩Ib（kgf·cm·s²）- 1 -4.6.2 槳榖重量Gh(kgf)及Ih（kgf·cm·s²）- 1 -4.6.3 螺旋槳總重G- 1 -4.6.4 螺旋槳總慣性矩- 1 -4.7 敞水性征曲線的確定- 1 -4.8 系柱特性計(jì)算- 1 -4.9 航行特性計(jì)算- 1 -4.10 螺旋槳計(jì)算總結(jié)- 1 -5. 螺旋槳總圖的繪制- 1 -6. 設(shè)計(jì)小結(jié)- 1 - 17 -1.設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)、任務(wù)和基本要求本課程設(shè)計(jì)

3、的任務(wù)是：使學(xué)生能夠根據(jù)船型主要要素確定有效功率曲線，選定主機(jī)功率及轉(zhuǎn)速，根據(jù)螺旋槳設(shè)計(jì)圖譜來設(shè)計(jì)螺旋槳，完成螺旋槳設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，繪制螺旋槳總圖。通過課程設(shè)計(jì)能夠加深學(xué)生對螺旋槳圖譜和結(jié)構(gòu)的理解，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的能力，為將來走上工作崗位打下一定的基礎(chǔ)。本課程設(shè)計(jì)的基本要求是：1.掌握油船阻力估算方法。2.掌握BP-圖譜的應(yīng)用。3.掌握螺旋槳基本要素的計(jì)算和規(guī)范校核的方法。4.掌握航行特性的計(jì)算。5.熟練繪制螺旋槳總圖。1.2課程設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)航速 14.14kn 排水量 16009t2.船舶阻力估算及有效馬力預(yù)報2.1船體主要參數(shù)船型：單槳、球首、球尾、流線型掛舵、中機(jī)型多用途遠(yuǎn)洋船。表2.

4、1.1 母型船主要參數(shù)母型船排水量20800T設(shè)計(jì)水線長Lwl144.20M垂線間長Lpp140.00M形寬B21.80M型深H12.50M設(shè)計(jì)吃水T8.90M方形系數(shù)Cb0.743M槳軸中心距基線Zp2.95M根據(jù)排水量之比，可得縮尺比：=0.92，根據(jù)縮尺比可得設(shè)計(jì)船的主要參數(shù)，如下：表2.1.2設(shè)計(jì)船主要參數(shù)設(shè)計(jì)船排水量16009t設(shè)計(jì)水線長Lwl132.66 m垂線間長Lpp128.80 m形寬B20.06 m型深H11.50 m設(shè)計(jì)吃水T 8.19 m方形系數(shù)Cb0.743m槳軸中心距基線Zp2.71 m試航速度V14.14kn2.2有效馬力預(yù)報用海軍部系數(shù)法 =0.96 由海軍部系

5、數(shù)相同（），參照母型船數(shù)據(jù)可得到設(shè)計(jì)船在各載況下的有效功率如下表：表2.2.3 模型試驗(yàn)提供的有效功率數(shù)據(jù)母型船航速V/kn121314151617有效功率Pe/hp滿載2036 2655 3406 4368 5533 7017 壓載1779 2351 3007 3642 4369 5236 110%滿載2239 2921 3747 4805 6086 7719 設(shè)計(jì)船航速V/kn11.5212.4813.4414.415.3616.32有效功率Pe/hp滿載1507 1965 2520 3232 4094 5193壓載1316 1740 2225 2695 3233 3875 110%滿載1

6、658 2162 2772 3555 4506 5712 根據(jù)上表可繪制有效功率曲線如圖2.2.1：圖2.2.1 有效功率曲線從曲線上可讀取，當(dāng)V=14.14kn時，對應(yīng)的有效功率=3039hp。2.3 阻力估算由滿載有效功率，根據(jù)公式可估算船舶阻力,如下表，并繪制阻力如下：表2.3.1 阻力估算設(shè)計(jì)船航速V/kn11.5212.4813.4414.415.3616.32有效功率Pe/hp滿載1507 1965 2520 3232 4094 5193阻力R/KN滿載 187225268 321 381 455圖2.3.1 船舶阻力曲線從曲線上讀數(shù)，當(dāng)V=14.14kn時，對應(yīng)的阻力約為306.

7、6KN. 3. 螺旋槳圖譜初步設(shè)計(jì)問題 3.1 螺旋槳設(shè)計(jì)圖譜，初步確定主機(jī)功率及轉(zhuǎn)速選用B-型設(shè)計(jì)圖譜，初步確定主機(jī)功率8000hp,轉(zhuǎn)速150r/min。3.2 選定主機(jī)額定功率及轉(zhuǎn)速3.2.1 最佳轉(zhuǎn)速確定4.1推進(jìn)因子的決定根據(jù)泰洛公式=0.5CB-0.05計(jì)算伴流分?jǐn)?shù) =0.322根據(jù)商赫公式t=k，取k=0.6計(jì)算推力減額分?jǐn)?shù) t=0.193取相對旋轉(zhuǎn)效率 R=1.0船身效率H =(1-t)/(1-) H =1.1895軸系效率=0.97旋轉(zhuǎn)效率 初步選定螺旋槳直徑D由縮尺比關(guān)系確定，設(shè)計(jì)船螺旋槳直徑D=4.78*0.92=4.40m。取不同轉(zhuǎn)速，根據(jù)MAU4-55的圖譜列表計(jì)算。

8、計(jì)算過程如表3.2.1所示表3.2.1 初步設(shè)計(jì)確定最佳轉(zhuǎn)速計(jì)算表初步設(shè)計(jì)確定最佳轉(zhuǎn)速名稱單位數(shù)據(jù)1螺旋槳直徑D（初步估計(jì)）m4.402H=(1-t)/(1-)1.1895 3VA=(1-)Vkn9.594PE（初步估計(jì)）hp30393039303930395假定一組轉(zhuǎn)速Nr/min1401451501556直徑系數(shù)=ND/VA64.2466.5368.8271.127查MAU4-55圖譜，由等值線與最佳效率曲線的交點(diǎn)得到P/D0.73440.71780.70590.699200.58580.57480.56500.5539BP5.52545.76735.97326.20918PD=BP2VA

9、5/N238574268458950189主機(jī)馬力PS=PD/(S·R)hp39774400473151731螺旋槳能克服的有效馬力PTE=PD·0·Hhp2688291930843306圖3.2.1最佳轉(zhuǎn)速曲線由曲線可得，最佳轉(zhuǎn)速為148.67r/min,取整為149r/min。3.2.2 主機(jī)功率確定由圖3.2.1插值，取得在主機(jī)最佳轉(zhuǎn)速下，Ps=4640hp取10%裕度，得到最大持續(xù)功率M.C.R=5156hp=3790KW，得主機(jī)參數(shù)如下所示：表3.2.2主機(jī)參數(shù)型號MAN B&W S40ME-B最大持續(xù)功率(hp)5034最大持續(xù)功率(kw)37

10、00轉(zhuǎn)速(r/min)142旋向右旋4. 螺旋槳圖譜終結(jié)設(shè)計(jì)問題4.1推進(jìn)因子的決定根據(jù)泰洛公式=0.5CB-0.05計(jì)算伴流分?jǐn)?shù) =0.322根據(jù)商赫公式t=k，取k=0.6計(jì)算推力減額分?jǐn)?shù) t=0.193取相對旋轉(zhuǎn)效率 R=1.0船身效率H =(1-t)/(1-) H =1.18954.2 可達(dá)到最大航速的計(jì)算采用MAU 4葉槳圖譜進(jìn)行計(jì)算。取功率儲備10%，軸系效率 =0.97旋轉(zhuǎn)效率螺旋槳敞水收到馬力： =5034×0.9×S×R=5034×0.9×0.97×1.0=4395hp根據(jù)MAU4-40，MAU4-55，MAU4-7

11、0的圖譜列表計(jì)算。如表4.2.1：表4.2.1 圖譜設(shè)計(jì)的計(jì)算表BP-圖譜設(shè)計(jì)的計(jì)算表項(xiàng)目單位數(shù)值假定航速Vkn13141516VA=(1-)Vkn8.814 9.492 10.170 10.848 BP=NPD0.5/VA2.555.06345.75138.50332.766BP0.57.420 6.764 6.205 5.724 MAU4-4074.772468.937863.587259.8798P/D0.641560.665980.693310.7258400.563040.58870.613780.63063PTE=PDH0hp2943307832093297MAU4-5572.76

12、3867.178562.408558.5649P/D0.692230.713030.74610.7637200.546380.572340.595070.61354PTE=PDH0hp2856299231113207MAU4-7071.899566.183261.873257.4469P/D0.71050.739090.760560.7957800.525380.550080.569530.58775PTE=PDH0hp2747287629773072根據(jù)上表計(jì)算結(jié)果，可繪制對V的曲線，如4.2.1圖：圖4.2.1MAU4槳圖譜設(shè)計(jì)計(jì)算圖從PTE-V曲線與船體滿載有效馬力曲線的交點(diǎn)，可獲得不同

13、盤面比所對應(yīng)的設(shè)計(jì)航速及螺旋槳最佳要素P/D、D及0。表4.2.2 按圖4.2.1設(shè)計(jì)計(jì)算的最佳要素MAU Vmax/knP/D0D/m4-4014.2520.6787 68.110.59544.6354-5514.1170.716666.570.57524.487 4-7013.9350.737666.510.5549 4425 4.3 空泡校核按柏利爾空泡界限線中的商船上限線，計(jì)算不發(fā)生空泡的最小展開面積比。槳軸埋深 hs=T- ZP=8.19-2.71=5.48m 。p0-pV=pa+hS-pV=10330+1025×5.48-174=15773（kgf/m2)計(jì)算溫度t=15

14、ºC，PV=174kgf/，PD=4395hp，=104.63kgf·s2/m4,列表計(jì)算，如表4.3.1所示：4.3.1 空泡校核計(jì)算結(jié)果空泡校核計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目單位 數(shù)值MAU4-40MAU4-55MAU4-70Vmaxkn14.25214.117 13.935VA=0.5144Vmax(1-)m/s54.9234.86(0.7ND/60)2(m/s)2582545.4530.4V0.7R2=VA2+(0.7ND/60)2(m/s)2607569.6554=(po-pv)/0.5V0.7R²0.50.5290.544c(查柏利爾限界線)0.20.210.22T=P

15、Do75/VAkgf394843850937635AP=T/0.5V0.7R²cm26.2216.1545.902AE=AP/(1.067-0.229P/D)m26.8906.8166.572AE/Ao=AE/(D²/4)0.4080.4310.427圖4.3.1 空泡校核圖 根據(jù)上表中的計(jì)算結(jié)果，可作出空泡校核結(jié)果圖4.3.1，從圖中可得不發(fā)生空泡的最小盤面比，以及其所對應(yīng)的最佳螺旋槳要素，如表4.3.2所示：表4.3.2 最佳螺旋槳要素AE/A0P/DD/m0V/kn0.42940.71204.5030.578014.0994.4 強(qiáng)度校核按2001年規(guī)范校核t0.25

16、R及t0.6R ,(見下表)，應(yīng)不小于按下式計(jì)算之值：,計(jì)算功率 Ne=5034×0.97=4882.98(hp)=3589KW。 Ad= AE/AO=0.4294，P/D=0.7120，=8°，G=7.6g/cm3，N=ne=142r/minb0.66R=0.226DAd/(0.1Z)=0.226×4.503×0.4294/0.4=1.0925(m)b0.25R=0.7212b0.66R =0.7879m b0.6R=0.9911b0.66R =1.0828m。列表進(jìn)行強(qiáng)度校核，如表4.4.1所示：表4.4.1 強(qiáng)度校核計(jì)算表強(qiáng)度校核計(jì)算表項(xiàng)目單 位數(shù)

17、值0.25R0.60R 弦長bm0.78791.0828 K1查書表7-2634207 K2250151 K31410635 K4434 A1=D/P(K1-K2D/P0.7)+K3D/P0.7-K41951851 Y=1.36A1Ne/(Zbne)212796754 K5查書表7-28223 K63412 K74165 K8380330 A2=D/P(K5+K6）+K7+K812051017 材料系數(shù)K（鋁鎳青銅）1.1791.179X=A2GAdne²D³/(1010Zb)0.22980.1411 t=(Y/(K-X)½mm149.722780.6667 MA

18、U標(biāo)準(zhǔn)槳葉厚度tmm183104.2 校核結(jié)果滿足要求滿足要求 實(shí)取槳葉厚度mm15087.355實(shí)際槳葉厚度按=0.0035D=15.76mm與=150mm連直線決定，根據(jù)最小二乘法該直線擬合公式為 t=-178.987(r/R)+194.747圖4.3.2 擬合的直線表4.4.2 實(shí)際槳葉各半徑處厚度表厚度數(shù)值單位厚度數(shù)值單位t0.2158.949Mmt0.687.355mmt0.3141.051Mmt0.769.456mmt0.4123.152Mmt0.851.557mmt0.5105.254Mmt0.933.659mm4.5 螺距修正由(PD/N)1/3=(4395/142)1/3=3

19、.140，根據(jù)船舶原理（下）中圖8-40查得槳軸直徑dt=385mm，轂徑dh=(1.82.1)dt =(1.82.1)×385=693808.5(mm)，取dh =808mm,則轂徑比dh/D=808÷4503=0.18，故無需對此進(jìn)行修正。由于實(shí)槳厚度小于MAU標(biāo)準(zhǔn)槳厚度，故需對厚度差異進(jìn)行螺距修正。設(shè)計(jì)槳取MAU4-55為標(biāo)準(zhǔn)槳， （取MAU4-55為基準(zhǔn)槳) 因此，修正后的螺距比為4.6 重量及慣性矩計(jì)算4.6.1 槳葉重量Gb(kgf)及慣性矩Ib（kgf·cm·s²）已知：材料重量密度=7800kgf/m³；槳葉最大寬度b

20、max=1.0925m。表4.6.1 辛普生計(jì)算數(shù)據(jù)表1）2）3）4）5）6）7）8）9）10）11）12）r/RKab/mt/mmb*t/m2S/m2辛氏系數(shù)6）*7）rr28)*9)8)*10)0.20.6740.7125158.9490.11330.076310.07630.2R0.04R20.01530.00310.30.6740.8549141.0510.12060.081340.32510.3R0.09R20.09750.02930.40.6740.9641123.1520.11870.080020.16000.4R0.16R20.06400.02560.50.67451.0400

21、105.2540.10950.073840.29530.5R0.25R20.14770.07380.60.67451.082887.3550.09460.063820.12760.6R0.36R20.07660.04590.70.6771.092369.4560.07590.051440.20540.7R0.49R20.14380.10070.80.6831.068651.5570.05510.037620.07530.8R0.64R20.06020.04820.90.6951.011733.6590.03410.023440.09470.9R0.81R20.08520.07671.00.70

22、11100求和0.35980.69030.4032采用辛普生積分法計(jì)算得1） 每片槳葉重量 kgf2） 4個葉片的重量=854.308×4=3417.273kgf3） 每片槳葉體積慣性矩=0.2904） 每片槳葉質(zhì)量慣性矩=×每片葉體積慣性矩=×0.290=23091.7795） 四片葉的質(zhì)量慣性矩92367.1174.6.2 槳榖重量Gh(kgf)及Ih（kgf·cm·s²）（由螺旋槳圖繪制完成后進(jìn)行）螺旋槳槳軸直徑dt=385mm螺旋槳轂徑dh=（1.82.1）dt取dh=808mm轂前徑d2=（0.750.90）dh=666.6

23、mm轂后徑d1=（1.051.15）dh=888.8mm軸轂配合錐度K=1/13=0.0769 ；轂長L0=100+dh=0.908m；根據(jù)辛普生積分法，可得槳轂重量=8673.028kgf·cm·s²。4.6.3 螺旋槳總重G G=Gb+Gb=6251.55kgf。4.6.4 螺旋槳總慣性矩 I=101040.1kgf·cm·s²。4.7 敞水性征曲線的確定由MAU4-55、MAU4-70、P/D=0.662的敞水性征曲線內(nèi)插得到 MAU4-42.9、P/D=0.7064的敞水性征曲線 圖4.7.1，其數(shù)據(jù)，即推力系數(shù)，轉(zhuǎn)矩系數(shù)和敞水效率見表4.7.1。圖4.7.1 設(shè)計(jì)槳的敞水性征曲線表4.7.1設(shè)計(jì)槳的敞水性征數(shù)據(jù)表MAU4-42.9，P/D=0.7064J00.10.20.30.40.50.60.7KT0.2980.2740.2400.2190.1790.1440.0990.06010KQ0.3130.2970.2690.2470.2190.1810.1390.10100.0000.1570.2970.4210.5270.6230.6710.6714.8 系柱特性計(jì)算由敞水性征曲線得：當(dāng)J=0時，KT=0.296，KQ=0.0313。 計(jì)算功率 PD=5034×0.97=4882.9