螺旋桨设计计算书(2015) - 图文

MAU型螺旋桨设计计算书

1． 船体的主要参数

船体总长 LOA=150m 设计水线长 LWL=144m 垂线间长 LPP=141m 型宽 B=22m 型深 D=11m 设计吃水 T=5.5m 方形系数 Cb=0.84 菱形系数 Cp=0.849 中剖面系数 Cm=0.69 排水量 △=14000t

桨轴中心距基线距离 ZP=2m 船体有效马力曲线数据如下： 航速（kn） 有效马力PE（hp）

10 1141 11 1525 12 2059 13 2893 2． 主机参数

型号 N/A（两台） 额定功率 PS =1714hp 转速 N=775r/min 齿轮箱的减速比 i=5

桨轴处转速 n=155 r/min

轴系传送效率 ηS=0.97（中机型船） 减速装置的效率 ηG=0.97 旋向 双桨外旋

3． 推进因子的决定

伴流分数 ω=0.248 推力减额分数 t =0.196 相对旋转效率 ηR=1.00

4． 船身效率计算

ηH=(1-t)/(1-ω)=1.069

5． 收到马力计算 储备功率取 10%

收到马力 PD =0.9* PS*η

G *ηS*ηR= 0.9*1714*0.97*0.97*1=1451.43hp

6． 假定设计航速有效马力计算

根据MAU4-40，MAU4-55，MAU4-70的Bp-δ图谱列下表计算。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 MAU4-70 MAU4-55 MAU4-40 项目 假定设计航速Vs 单位 Kn Kn 数 值 10 8.04 38.079 6.170818 72.5 0.65524 0.572 11 8.844 30.0057 5.477746 65.2 0.692275 0.604 13 9.648 24.13973 4.91322 59.7 0.727967 0.632 14 10.452 19.76183 4.445428 54.6 0.76385 0.655 VA=Vs(1-ω) Bp = NPD/VABp0.5 δ P/D η0 δ P/D η0 δ P/D η0 0.52.5 THP=PDηHηOηr Hp 1775.256 72.5 0.696496 0.555 1874.571 65.2 0.732956 0.588 1961.472 59.7 0.77191 0.617 2032.855 54.6 0.812015 0.642 THP=PDηHηOηr Hp 1722.495 71.2 1824.914 63.9 1914.918 58.2 1992.508 53.2 0.705132 0.535 1660.423 0.746196 0.564 1750.427 0.788796 0.588 1824.914 0.835426 0.609 1890.089 THP=PDηHηOηr Hp

据表中的计算结果可绘制PTE--Vs曲线，如下图1所示。从PTE--Vs曲线PE曲线交点处可获得：

MAU4-40 Vs= 11.83Kn

MAU4-55 Vs= 11.73Kn

MAU4-70 Vs= 11.56Kn

1

7． 初步确定桨的要素

MAU 设计航速Vs(kn) 4-40 4-55 4-70 11.83 11.73 11.56 P/D 0.722 0.761 0.77

δ 60.6 59.6 59.9 D(m) 3.48 3.39 3.36 η0 0.628 0.610 0.578 8． 空泡校核

根据柏利尔商船界限线计算 桨轴沉深 h s =T–Z P=3.5m

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计算t=15°C,则Pv=174kgf/m

取水温15度，Pa-大气压为：10330Kgf/m2 P0-Pv= P a–P v+ hsγ= 13743.5kgf/m2

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序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 项目 Vs VA = 0.5144 ( 1－ω)Vs (0.7πND/60)2 V0.7R2 = VA2 + (3) ζ = （Po－Pv） / 0.5ρV0.7R2 ηc ( 查图6-20 ) T =（Q/D）·(K T / K Q) A p= T /（ηc· 0.5ρV0.7R2） AE = A p/ (1.067-0.22P/D) AE/AD = AE ‘/πD2 /4 单位 Kn m/s (m/s)2 (m/s)2 kgf m2 m2 数 值 MAU4-40 MAU4-55 MAU4-70

11.83 11.73 11.56 4.576185 4.537502 4.471741 390.4305 371.2937 364.249 411.372 391.8826 384.2454 0.638611 0.670371 0.683695 0.218 0.225 0.228 14938.75 14634.27 14070.49 3.184174 3.172535 3.070008 3.531449 3.553741 3.446852 0.371686 0.39331 0.388858

9． 确定螺旋桨的要素

据上表计算结果，可得不发生空泡的最小盘面比以及所对应的最佳螺旋桨要

素。

AE / A0 =0.40； MAU4-40桨；

Vs =11.83Kn ； P / D =0.722 ； D =3.48m ；η0 =0.628 N=155r/min 强度校核

根据2001年《钢制海船入籍建造规范》校核t0.25R及t0.6R应不小于按下式计算

3

之值：

t?YK?X

Y=1.36A1Ne/(ZbN) X=A2GAdN2D3/(1010Zb) 计算功率: Ne=Ps×ηS=1714×0.97=1662.58 HP

D=3.48 m Ad=AE/AO=0.4

P/D=0.722 ε=10o

G=7.5 g/cm3 N=155 r/min b0.66R=0.226DAd/(0.1Z)=0.78648

b0.25R=0.7212b0.66R=0.5672 b0.6R=0.9911b0.66R=0.7795

项 目 弦长 b K1 K2 K3 K4 A1=D/P(K1-K2D/P0.7R)+K3D/P0.7R-K4 Y=A1Ne/ZbN K5 K6 K7 K8 A2=D/P(K5+ K6ε)+ K7ε+ K8 材料系数K（锰铝黄铜） X=A2GAdN2D3/(1010Zb) t=[Y/(K-X)]0.5 MAU标准桨厚度t’ 校核结果 实取桨叶厚度 数 值 0.25R 0.567 634 250 1410 4 2347.4 11101.8 82 34 41 380 1374.5 1．17 0.184 106.1 133.1 满足要求 133.1 0.6R 0.78 207 151 635 34 842.5 2896.5 23 12 65 330 1178 1.17 0.115 52.4 75.9 满足要求 75.9

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10． 确定设计的螺旋桨各切面厚度

桨叶厚度查表8-4 MAU标准桨可得出各切面最大厚度为：

t0.2R=141.3mm t0.3R=124.9mm t0.4R=108.6mm t0.5R=92.2mm t0.6R=75.9mm t0.7R=59.5mm t0.8R=43.2mm t0.9R=26.8mm 11． 螺距修正

螺距比为：

P/D=(P/D)0 =0.722 12． 重量及惯性矩计算

采用船舶及海洋工程设计研究院公式：

桨叶重：Gbl = 0.169γ·Zbmax (0.5t0.2+t0.6) (1－d/D) D

=0.169·7500·4·0.7865·(0.5·0.141+0.076)·(1-0.18)·3.48 =1667kgf

桨毂重：Gn = (0.88－0.6·d0 / d) LKγd 2

=(0.88－0.6·0.236/0.6264) 0.470·7500·0.6264 2

= 904.5kgf

螺旋桨重量：G = Gbl+ Gn = 1667+904.5=2571.5kgf

螺旋桨的惯性矩：Imp = 0.0948γ·Zbmax (0.5t0.2+t0.6) D3

=0.0948·7500·4·0.7865(0.5·0.141+0.076) ·3.483 =13810.3kgf·cm·s

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13． 敞水性征曲线之确定

由MAU4-40，P/D=0.7和P/D=0.8的敞水性征曲线内插得到MAU4-40，

P/D=0.722的敞水性征曲线，其数据见下表。

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0.2 0.259246 0.028503

0.3 0.221475 0.025946 0.4 0.18797 0.023086 0.5 0.152087 0.019905 05 01 014. 系柱特性计算

由上图得J=0时，KT=0.302，KQ=0.0328. 计算功率PD=1714*0.97=1662.58hp 系柱推力减额分数取t0=0.04

主机转矩 Q=PD*60*75/(2πN)=7682.16kgf·m 系柱推力 T=KTQ/KQD=20321kgf

螺旋桨转速 N=60SQRT(T/ΡD4KT)=125.64r/min

15. 螺旋桨计算总结

螺旋桨直径 D=3.48 m

螺距比 P/D=0.722 叶数 Z=4 型式 MAU型

盘面比 AE/Ao=0.40 纵倾角 ε=10o

螺旋桨效率 η0=0.628 设计航速 Vs=11.83kn 毂径比 db/D=0.18 旋向 双桨外旋 材料 锰铝黄铜 重量 2571.5kgf

惯性矩 13810.3kgf·cm·s2

15. 螺旋桨型值表（详见附EXCEL表）

r/R 从母线到叶片随边的距离 从母线到叶片导边的距离 叶片宽度 叶片厚度 螺旋桨桨叶轮廓尺寸表: 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 219.899808 263.07756 304.83965 342.43339 377.19581 403.70018 412.03687 381.36415 33303.423984 348.0174 380.02714 399.53184 402.28452 379.94849 318.76034 197.64242 10523.323792 611.09496 684.86678 741.96523 779.48033 783.64867 730.79722 579.00658 43141.288 124.932 108.576 92.22 75.864 59.508 43.152 26.796 1从导边至最厚点的距离 167.463613 195.55039 219.15737 241.1387 272.03863 315.02677 332.51273 283.13422 216

MAU型螺旋桨切面尺寸表:

r/R 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 叶宽b 最大厚度t X Yo Yu 叶宽b 最大厚度t X Yo Yu 叶宽b 最大厚度t X Yo Yu 叶宽b 最大厚度t X Yo Yu 叶宽b 最大厚度t X Yo Yu 叶宽b 最大厚度t X Yo Yu 叶宽b 最大厚 523 141 523 141 523 141 523 141 523 141 523 141 523 141 0 10.46 20.92 31.38 52.3 78.45 104.6 49.35 73.1085 84.2475 93.2715 107.2305 120.2025 130.002 0 34.1925 26.8605 21.15 14.1 7.614 3.3135 611 611 611 611 611 611 611 125 125 125 125 125 125 125 0 12.22 24.44 36.66 61.1 91.65 43.75 64.8125 74.6875 82.6875 95.0625 106.5625 0 30.3125 23.8125 18.75 12.5 6.75 685 685 685 685 685 685 109 109 109 109 109 109 122.2 115.25 2.9375 685 109 0 13.7 27.4 41.1 68.5 102.75 137 38.15 56.5165 65.1275 72.1035 82.8945 92.9225 100.498 0 26.4325 20.7645 16.35 10.9 5.886 2.5615 742 742 742 742 742 742 742 92 92 92 92 92 92 92 0 15.0626 30.1252 45.1878 75.3872 113.0066 150.7002 32.2 47.702 54.97 60.858 69.966 78.43 84.824 0 22.31 17.526 13.8 9.2 4.968 2.162 779 779 779 779 779 779 779 76 76 76 76 76 76 76 0 16.1756 32.3512 48.5268 80.9522 121.3912 161.8302 26.6 39.406 45.41 50.274 57.798 64.79 70.072 0 34.1925 26.8605 21.291 14.1 7.614 3.3135 784 784 784 784 784 784 784 60 60 60 60 60 60 60 0 19.6784 39.4352 59.1136 98.4704 147.7056 196.9408 21 31.11 35.85 39.69 45.63 51.15 55.32 0 14.55 11.43 9 6 3.24 1.41 731 731 731 731 731 731 731 43 43 43 43 43 43 43 7

0.9 0.95 度t X Yo Yu 叶宽b 最大厚度t X Yo Yu 叶宽b 最大厚度t X Yo Yu 0 20.7604 41.5208 62.2081 103.7289 155.5568 155.5568 15.05 22.2955 25.6925 28.4445 32.7015 36.6575 39.646 0 10.4275 8.1915 6.45 4.3 2.322 1.0105 579 579 579 579 579 579 579 27 27 27 27 27 27 27 0 17.7174 35.3769 53.0943 88.4712 132.7068 176.9424 8.2242 13.0194 14.9391 16.8588 20.007 23.0175 24.894 0 6.237 5.1408 4.1121 2.7405 1.458 0.6345 437 437 437 437 437 437 437 19 19 19 19 19 19 19 0 13.6781 27.3125 40.9906 68.3031 102.4328 136.5625 0 3.0172 4.9381 7.5354 9.6045 12.9884 15.9125 0 0 0 0 0 0 0 16． 螺旋桨设计

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