螺旋槳設計與繪制匯總

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)螺旋槳設計與繪制螺旋槳設計螺旋槳設計是船舶快速性設計的重要組成分。在船舶型線初步設計完成后，通過有效馬力的估算獲船模阻力試驗，得出該船的有效馬力曲線。在此基礎上，要求我們設計一個效率最佳的螺旋槳，既能達到預定的航速，又能使消耗的主機馬力最??；或者當主機已經(jīng)選定，要求設計一個在給定主機條件下使船舶能達到最高航速的螺旋槳。螺旋槳的設計問題可分為兩類，即初步設計和終結(jié)設計。螺旋槳的初步設計：對于新設計的船舶，根據(jù)設計任務書對船速要求設計出最合適的螺旋槳，然后由螺旋槳的轉(zhuǎn)速計效

2、率決定主機的轉(zhuǎn)速及馬力。終結(jié)設計：主機馬力和轉(zhuǎn)速決定后，求所能達到的航速及螺旋槳的尺度。在本文中，根據(jù)設計航速17.5kn，設計螺旋槳直徑6.6m，進行初步設計，獲得所需主機的馬力和主機轉(zhuǎn)速，然后選定主機；根據(jù)選定的主機，計算最佳的螺旋槳要素及所能達到的最大航速等。螺旋槳參數(shù)的選定（1）螺旋槳的數(shù)目選擇螺旋槳的數(shù)目必須綜合考慮推進性能、震動、操縱性能及主機能力等各方面因素。若主機馬力相同，則當螺旋槳船的推進效率高于雙螺旋漿船，因為單螺旋槳位于船尾中央，且單槳的直徑較雙槳為大，故效率較高。本文設計船的設計航速約為17.5kn的中速船舶，為獲得較高的效率，選用單槳螺旋槳。（2）螺旋槳葉數(shù)的選擇根據(jù)

3、過去大量造成資料的統(tǒng)計獲得的槳葉數(shù)統(tǒng)計資料，取設計船螺旋槳的葉數(shù)為4葉?？紤]到螺旋槳誘導的表面力是導致強烈尾振的主要原因，在圖譜設計中，單槳商船的槳葉數(shù)也選為4葉。（3）槳葉形狀和葉切面形狀螺旋槳最常用的葉切面形狀有弓形和機翼型兩種。弓形切面的壓力分布較均勻，不易產(chǎn)生空泡，但在低載時效率較機翼型約低3%4%。若適當選擇機翼型切面的中線形狀使其壓力分均勻，則無論對空泡或效率均有得益，故商用螺旋槳采用機翼型切面。根據(jù)以上分析，選擇MAU4葉槳系列進行螺旋槳設計。螺旋槳推進因子螺旋槳的伴流分數(shù)取螺旋槳以等推力法進行敞水實驗獲得的實效伴流：推力減額按照漢克歇爾關(guān)于單槳螺旋槳標準商船公式進行計算：主機的

4、軸系傳遞效率： 相對旋轉(zhuǎn)效率： 船身效率： 有效馬力曲線 有效馬力曲線表征的是船體阻力特征。通過近似估算獲船模阻力計算實驗來確定船體的有效馬力曲線。對應于不同裝載情況下有不同的有效馬力曲線，常用的為滿載和壓載?？紤]到由于風浪或污底等情況，尚需增加一定百分數(shù)的有效馬力預度。本文取滿載和110%滿載情況進行設計。表4- SEQ 表4- * ARABIC 1有效馬力曲線航速V/kn1515.51616.517有效功率滿載50445600621168957675110%滿載55486160683275848442航速V/kn17.51818.51919.5有效功率滿載85669522105401166

5、313195110%滿載942310474115941282914514航速V/kn2020.52121.522有效功率滿載1541018523226692789934192110%滿載1695120375249353068937611根據(jù)上表可繪制設計船在滿載情況下的有效馬力曲線 圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 1有效馬力曲線初步設計根據(jù)有效馬力曲線，設計航速17.5kn，設計螺旋槳直徑6.60m，以MAU4-55系列槳為基礎，計算所需的主機馬力和最佳轉(zhuǎn)速。具體的計算表格見表4-2表4- SEQ 表4- * ARABIC 2初步設計確定最佳轉(zhuǎn)速的計算序號名稱單位數(shù)據(jù)1螺旋槳直徑m6

6、.621.313kn10.434hp85665假定一組轉(zhuǎn)速Nr/min951001051101156直徑系數(shù)60.1263.2866.4469.6172.777查MAU4-55圖譜，由等值線和最佳效率曲線的交點得到P/D0.7620.7420.7240.7040.6860.6060.5930.5760.5640.5485.095.415.726.026.3489180105731198513397150799主機馬力94641090012355138121554610計算螺旋槳能克服的有效馬力728882149043989910825有上表可繪制確定最佳轉(zhuǎn)速的圖，如圖4-2.根據(jù)和的交點可獲得

7、：最佳轉(zhuǎn)速為N=102r/min，所需主機馬力為11500hp，P/D=0.732，=0.582。圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 2確定轉(zhuǎn)速的計算結(jié)果終結(jié)設計根據(jù)初步設計的結(jié)果，選定主機型號為蘇爾壽5RTA68柴油機一臺，最大持續(xù)功率為13250hp，轉(zhuǎn)速為102r/min，旋向為右旋。采用MAU4葉槳圖譜進行計算取功率儲備10%，軸系效率 螺旋槳敞水收到馬力：根據(jù)MAU4-40，MAU4-55，MAU4-70的圖譜列表 計算表4- SEQ 表4- * ARABIC 3 按圖譜設計的計算表項目單位數(shù)值假定航速kn16171819kn9.53610.13210.72811.324續(xù)表4

8、- SEQ 表4- * ARABIC 4 按圖譜設計的計算表39.06633.57229.10225.4226.2505.7945.3955.042MAU4-4073.468.664.561.1P/D0.6510.6740.6960.7180.5670.5880.6070.625hp8592891091989471MAU4-5572.16763.159.6P/D0.6970.720.7430.7680.5520.5730.5930.61hp8365868389869243MAU4-7070.866.562.658.9P/D0.7070.730.7590.7830.5320.5510.5670.

9、582hp8061834985928819根據(jù)上表的計算結(jié)果可繪制、P/D及對V的曲線，如圖4-3.從曲線與滿載有效馬力曲線之交點，可獲得不同盤面比所對應的的設計航速及螺旋槳最佳要素P/D，D及，如表4-4.表4- SEQ 表4- * ARABIC 5按圖4-3設計計算的最佳要素MAUVmax/knP/DD/m4-4017.810.69165.26.790.6044-5517.660.73664.26.620.5874-7017.430.74164.86.600.559圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 3MAU4葉槳圖譜設計計算結(jié)果空泡校核螺旋槳在水中工作時，槳葉的葉背壓力降低形成吸力

10、面，若某處的壓力降至臨界值以下時，導致爆發(fā)式的汽化，水汽通過界面，進入氣核并使之膨脹，形成氣泡，成為空泡。一旦槳葉上出現(xiàn)空泡，或?qū)е聵~表面材料的剝蝕，或時螺旋槳性能惡化。因此，在設計螺旋槳時，應考慮其是否發(fā)生空泡或空泡發(fā)展的程度，故需進行空泡現(xiàn)象的預測，以便確定所設計的螺旋槳是否符合要求。目前常使用螺旋槳模型空泡實驗或大量實船資料整理所得的圖譜，或由統(tǒng)計數(shù)據(jù)歸納而成的近似公式進行空泡校核。本文按波利爾空泡界限中商船上界限，計算不發(fā)生空泡的最小展面比：圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 4波利爾空泡接線圖漿軸中心距基線 漿軸沉深 海水密度 標準大氣壓力 螺旋槳敞水收到馬力 表4- SEQ

11、 表4- * ARABIC 6空泡校核計算結(jié)果序號項目單位數(shù)據(jù)MAU4-40MAU4-55MAU4-7010.40.550.72kn17.8117.6617.43317648.517648.517648.545.475.425.35續(xù)表4- SEQ 表4- * ARABIC 7空泡校核計算結(jié)果529.8829.3828.626Dm6.796.626.60725.3824.7524.678644.37612.51608.819674.25641.89637.431035273.4233580.3433347.24110.5000.5260.52912查商船螺旋槳空泡0.1770.18320.18

12、413kgf96042.6394050.1490727.951415.3815.2914.791516.9317.0216.481636.2134.3234.21170.4670.4960.482根據(jù)表4-5計算結(jié)果作圖4-5，可求得不發(fā)生空泡的最小盤面比以及所對應的的最佳螺旋槳要素。 圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 5空泡校核計算結(jié)果強度校核為了保證船舶的安全航行，必須保證螺旋槳具有足夠的強度，使其在正常航行狀態(tài)下不致破損或斷裂。為此，在設計螺旋槳時必須進行強度計算和確定槳葉的厚度分布。螺旋槳工作時作用在槳葉上的流體動力油軸向的推力及與轉(zhuǎn)向相反的阻力，兩者都使槳葉產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)。螺

13、旋槳在旋轉(zhuǎn)時槳葉本身的質(zhì)量產(chǎn)生徑向的離心力，使槳葉受到拉伸。若槳葉具有測斜或縱斜，則離心力還要使槳彎曲。按2001年規(guī)范校核及，如表4，應不小于按下式計算之值： 計算功率 P/D=0.72 表4- SEQ 表4- * ARABIC 8 強度校核計算表項目單位數(shù)值0.25R0.6R弦長bm1.32561.82171.38891.3889D/P1.38891.388963420725015114106354342352.636844.163655923.414601.718223341241653803301376.1111178.611材料系數(shù)K(鋁鎳青銅）1.381.38續(xù)表4-6強度校核計算

14、表0.297890.mm227.3323110.57MAU標準槳葉厚度tmm255.51145.624校核結(jié)果滿足要求滿足要求實際槳葉厚度按與連直線決定螺距修正螺旋槳設計中，有些參數(shù)旺旺與所用系列螺旋槳不同，例如按上述強度計算所得到的槳葉厚度小于所選用的系列槳的厚度時，尚可直接采用系列槳的厚度及厚度分布，其缺點是浪費材料。有的設計螺旋槳的轂徑比不同于系列螺旋槳。在這種情況下，不許對螺旋槳的螺距進行修正，使兩者的性能相同。根據(jù)尾軸直徑大小，確定觳徑比，此值比與MAU標準觳徑比相同，故對此項不需要進行螺距修正 0.7R處標準槳厚度： 由于實際槳葉厚度大于MAU槳標準厚度，故需因厚度差異進行螺距修正

15、。設計槳：標準槳（取MAU4-55為基準槳） 修正后的螺距比：重量及慣性矩計算在螺旋槳設計中，必須進行重量和慣性矩的估算，以提供軸系計算、工廠備料以及離心力計算等需要。根據(jù)中國船舶及海洋工程設計研究院提出的公式：槳葉重： （4-1）槳轂重： （4-2）螺旋槳重： （4-3）螺旋槳慣性矩： （4-4）式中：最大寬度主機最大持續(xù)功率情況下螺旋槳的收到馬力螺旋槳在相應收到馬力下的轉(zhuǎn)速：0.2R和0.6R處切面的最大厚度軸轂配合的錐度：轂長：材料重量密度：槳轂直徑：d=1.2m槳葉數(shù)：z=4螺旋槳直徑：D=6.68m槳轂長度中央處軸徑：代入4-1、4-2、4-3、4-4計算得到：槳葉重量 槳轂重量 螺

16、旋槳總重 螺旋槳慣性矩 敞水特征曲線之確定由MAU4-40、MAU4-55，P/D=0.712的敞水特征曲線內(nèi)插得到MAU4-48.7，P/D=0.712的敞水性特征曲線，見圖4-6，其數(shù)據(jù)見表4-7圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 6設計槳的敞水特征曲線表4- SEQ 表4- * ARABIC 9設計槳敞水特征數(shù)據(jù)表J00.10.20.30.40.50.60.70.32220.29280.26140.22740.18960.14750.09850.05140.35000.32540.29680.26690.23400.19760.15520.10670.00000.16110.302

17、20.43430.55290.65320.72360.6593系柱特性計算有圖4-6得J=0時， 計算功率 系柱推力減額分數(shù)取 主機轉(zhuǎn)矩 系柱推力 螺旋槳轉(zhuǎn)速 航行特征計算取轉(zhuǎn)速為102r/min，94r/min，86r/min進行計算，結(jié)果如下表所示：表4- SEQ 表4- * ARABIC 10航行特性計算表項目單位數(shù)值Vkn1516171819m/s4.5994.9055.2125.5185.825N=102r/min0.4050.4320.4590.4860.5130.1880.1760.1650.1540.142續(xù)表4- SEQ 表4- * ARABIC 11航行特性計算表0.023

18、20.02230.02120.02020.0192hp90969083904789418702hp1370013169125191192811338N=94r/min0.4390.4690.4980.5270.5570.1730.1590.1480.1350.120.0220.02090.01990.01870.0173hp71096969689266576246hp101689660919786437996N=86r/min0.4800.5120.5440.5760.6080.1560.1390.1240.110.0980.02030.01920.01780.01630.0155365509

19、948334540426971856796630057695309由上述結(jié)果可繪制圖4-7。由圖中可求超滿載航行時可達最大航速約為V=15.31kn.，主機馬力為12320hp。滿載航行時，可達到最大航速約為V=17.731，主機馬力為12080hp，與設計要求基本一致。圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 7航行特征曲線螺旋槳繪圖在螺旋槳的設計計算后，即需繪制螺旋槳的總圖，以供制造需要。在螺旋槳總圖上需畫出槳葉的伸張輪廓、投射輪廓、以及側(cè)投影輪廓。在伸張輪廓上畫出若干半徑處的切面形狀（一般畫89個切面），在側(cè)投影輪廓圖上畫出槳葉的最大厚度線，槳葉的界限輪廓線，并需要注出槳轂的主要數(shù)據(jù)。此

20、外，在總圖上尚需注明螺旋槳的主要尺度、各種比值以及必要的說明。投射原理螺旋槳的投射原理是螺旋槳繪圖的基礎。圖4-8是一機翼型切面的螺旋槳水平放置且葉面向下的情形。圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 8機翼型切面螺旋槳投影原理圖由4-8可知，如果以半徑r（與螺旋槳同軸）的圓柱面和槳葉相交，則得螺旋線；在圖4-8（b）的螺距三角形中，螺距角；式中：P為螺距(m)；r為切面所在半徑（m）。對于圖4-8所示的機翼形切面來說，從正投影方向所見到的是切面最外邊的兩點和，從側(cè)投影方向所見到的則是切面最外邊的兩點和，即圖4-8（b）上的J、H和S、H對應的點。因此在制圖時應該根據(jù)J點和H點求正投影輪廓(

21、或稱投射輪廓)，而據(jù)S點和H點求側(cè)投影輪廓。伸張輪廓的繪制螺旋槳的設計計算決定了螺旋槳各半徑處切面形狀和槳葉的伸張輪廓。根據(jù)設計得到的螺旋槳直徑、葉數(shù)、螺距，查MAU型螺旋槳槳葉輪廓表，計算出各半徑處的葉片寬度、母線到葉片導邊的距離以及母線到葉片隨邊的距離；根據(jù)設計決定的各半徑處的槳葉厚度，查MAU型葉切面尺寸表，計算葉厚隨葉寬的分布情況，決定設計槳的葉切面形狀。表4- SEQ 表4- * ARABIC 12設計螺旋槳槳葉輪廓尺寸表r/R0.20.30.40.50.60.70.80.90.95葉寬1223.01428.11600.51734.01821.61831.41707.91353.11

22、022.3隨邊513.9614.8712.4800.3881.5943.4962.9891.2773.2導邊709.1813.3888.1933.7940.1887.9744.9461.9249.0根據(jù)表4-9以及葉切面尺寸表可繪制伸張輪廓以及最大厚度線。圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 9螺旋槳伸張輪廓圖投射輪廓的繪制根據(jù)投影原理，可以從伸張輪廓上的切面長度求出正投影圖上相應半徑的圓弧長度，從而作出投射輪廓。參閱圖4-10，以半徑r = OA處的切面為例，其作圖的具體步驟說明如下：圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 10螺旋槳作圖步驟示意（1）在圖4-10（c）中，取，連接AF

23、，則得；故為半徑r處的螺距角。（2）在伸張面上過A點作直線，則有。從J、H兩點分別作垂直于的直線和，則 （3）在正投影圖（4-10（b）以O為圓心，r為半徑畫圓弧，并在圓弧量?。?則和即為投射輪廓上的兩點。（4）按照上述方法做出其他半徑處各投射輪廓上的相應的點，用光順的曲線連接各點即可得到投射輪廓圖。圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 11投射輪廓圖側(cè)投影圖的繪制在繪制側(cè)投影圖時，如圖4-10(b)或圖4-10（c）所示，應注意在側(cè)投影方向見到的是S 點和H點，且S點在A點之前的距離為，H點在A點之后的距離為。作圖步驟如下：（1）在側(cè)投影圖上先畫出參考線OU，然后由正投影圖上點引水平線與側(cè)投影圖上的參考線OU交于 點，則點即為點的側(cè)投影位置。（2）在側(cè)投影圖上從點向前水平量取，向后水平量取，其中和的數(shù)值可直接從伸張輪廓上量得。在正投影圖上取圓弧，則即為S點在正投影圖上的位置。從正投