JS805钢质拖网渔船螺旋桨设计书.docx
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JS805钢质拖网渔船螺旋桨设计书
JS805钢质拖网渔船螺旋桨设计书
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JS805钢质拖网渔船螺旋桨设计书
1.船型
单桨流线型舵,前倾首柱,巡洋舰尾,柴油机驱动,尾机型钢质拖网渔船。
设计水线长:
LWL=29.50m
垂线间长:
LBP=27.50m
型宽:
B=6.20m
型深:
D=2.70m
设计吃水:
Td=2.10m
方型系数:
CB=0.522
排水量:
Δ=192t
棱型系数:
CP=0.593
纵向浮心坐标
Xb=-0.78m
纵向浮心位置
xc=-2.84%
L/Δ1/3
4.77
Δ0.64
28.93
宽度吃水比B/T
2.95
1.1艾亚法有效功率估算表:
(按《船舶原理(上)》P285实例计算)。
由给定设计航速约10.5kn,取V为10,11,12kn估算。
速度V(kn)
10
11
12
Froude数vs/√gLBP
0.313
0.345
0.361
标准C0查图7-3
229
192
172
标准Cbc,查表7-5
0.565
0.549
0.544
实际Cb(肥或瘦)(%)
7.61
4.92
3.13
Cb修正(%),瘦则查表7-6
4.697
2.552
1.478
Cb修正数量Δ1
10.76
4.90
2.96
已修正Cb之C1
240
197
175
B/T修正%
-4.97
-4.97
-2.53
B/T修正数量,Δ2
-11.93
-9.79
-5.13
已修正B/T之C2
228
187
170
标准xc,%L,船中后,查表7-5
2.23
2.47
2.51
实际xc,%L,船中后
2.84
2.84
2.84
相差%L,在标准后(+)前(-)
0.61
0.37
0.33
xc修正(%),查表7-7
—
—
-0.4
xc修正数量,Δ3
0
0
1
已修正xc之C3
228
187
171
长度修正%=(Lwl-1.025Lpp)/Lwl*100%
4.45
4.45
4.45
长度修正Δ4
10
8.3
5.7
已修正长度之C4
238
195
177
V3
1000
1331
1728
PE=Δ0.64*V3/C4(hp)
89.35
151.35
272.1
2.主机参数(设计航速约10.5kn)
型号:
8E150C
标定功率:
PS2=198kw
标定转速:
750r/min
减速比:
i=2.5
3.推进因子的确定
(1)伴流分数w
本船为单桨渔船,故使用汉克歇尔公式估算
w=0.77Cp-0.28=0.77*0.593-0.28=0.177
(2)推力减额分数t
使用汉克歇尔公式
t=0.77CP-0.30=0.77*0.593-0.30=0.157
(3)相对旋转效率:
近似地取为ηR=1.0
(4)船身效率
ηH=
=(1-0.157)/(1-0.177)=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(注意:
对于内河船及大径深比螺旋桨的船不一定适用!
)
按公式AE/A0=(1.3+0.3×Z)×T/(p0-pv)D2+k进行估算,
其中:
T=
=120.35/(1-0.157)×10.5×0.5144)=26.43kN
水温15℃时pv=174kgf/m2=174×9.8N/m2=1.705kN/m2
静压力p0=pa+γhs=(10330+1025×2)×9.8N/m2=121.324kN/m2
k取0.2
D允许=0.7~0.8×Td=(0.7~0.8)×2.10=1.47m~1.68m(单桨船)
取D=1.50my.2682413
AE/A0=(1.3+0.3×Z)×T/(p0-pv)D2+k
=(1.3+0.3×4)×26.43/((121.324-1.705)×1.502)+0.2=0.445
6.桨型的选取说明
目前在商船螺旋桨设计中,以荷兰的楚思德B型和日本AU型(包括其改进型MAU型)螺旋桨应用最为广泛。
由于本船为近海渔船,故采用MAU4叶桨图谱进行设计计算。
7.根据估算的AE/A0选取2~3张图谱
根据AE/A0=0.445选取MAU4-40,MAU4-55两张图谱。
8.按所选图谱(考虑功率储备)进行终结设计得到2组螺旋桨的要素及VsMAX
功率储备取10%,轴系效率ηS=0.98,齿轮箱效率ηG=0.96
螺旋桨敞水收到功率
PD=Ps×(1-0.10)×ηR×ηS×ηG
=198×0.9×1.0×0.98×0.96=167.65kw=228.10hp
螺旋桨转速n=in=750r/min/2.5=300r/min
列表查图谱可得:
项目
单位
数量
假定航速V
kn
10
11
12
VA=VS*(1-w)
kn
8.23
9.053
9.876
BP=n*(PD)^0.5/VA^2.5
23.317
18.373
14.781
√Bp
4.828
4.286
3.844
MAU4-40
δ
58.658
52.78
48.02
P/D
0.734
0.778
0.825
η0
0.635
0.664
0.687
D=δ*VA/n
m
1.609
1.592
1.580
PTE=PD*η0ηHηR
hp
148.31
155.09
160.46
MAU4-55
δ
57.297
51.99
46.916
P/D
0.787
0.834
0.884
η0
0.621
0.65
0.675
D=δ*VA/n
m
1.571
1.568
1.544
PTE=PD*η0ηHηR
hp
145.04
151.82
157.66
据1.1中艾亚法估算的有效功率及上表计算结果可绘制PTE、δ、P/D、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
VMAX(kn)
P/D
δ
D(m)
η0
4-40
11.061
0.779
52.74
1.591
0.666
4-55
11.008
0.837
51.55
1.567
0.650
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渔船下限线,计算不发生空泡之最小展开面积比。
桨轴沉深hs由船体型线图取1.5m
p0-pv=pa+γhs-pv=(10330+1025×2-174)kgf/m2=12206kgf/m2
计算温度t=15℃,pv=174kgf/m2PD=167.65kw=228.10hp
ρ=104.63kgfs2/m4
序号
项目
单位
数值
MAU4-40
MAU4-55
1
AE/A0
0.4
0.55
2
VMAX
kn
11.061
11.008
3
VA=0.5144*VMAX*(1-w)
m/s
4.683
4.66
4
(0.7πND/60)2
(m/s)2
306.038
296.874
5
V0.7R2=VA2+(0.7πND/60)2
(m/s)2
327.968
318.590
1/2ρV0.7R2
17157.675
16667.048
6
σ=(p0-pv)/(1/2ρV0.7R2)
0.711
0.732
7
τc(查图6-20)
0.173
0.177
8
推力T=75*PD*η0/VA
kgf
2432.96
2386.23
9
需要投射面积AP=T/(τc*1/2ρV0.7R2)
m2
0.8196
0.8088
10
需要展开面积AE=AP/(1.067-0.229*P/D)
m2
0.9224
0.9240
11
A0=πD2/4
m2
1.988
1.928
12
需要的AE/A0
0.463
0.479
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:
图二
由上图得最佳要素为:
AE/A0=0.471,P/D=0.806,D=1.58m,η0=0.658,VMAX=11.036kn
10.计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线
由MAU4-40,MAU4-55,P/D=0.806的敞水性征曲线内插得到MAU4-47.1、P/D=0.806的螺旋桨无因次敞水性征曲线如图三所示,其数据如下:
J
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
KT
0.330
0.315
0.301
0.275
0.242
0.210
0.177
0.128
0.078
10KQ
0.449
0.411
0.387
0.352
0.332
0.301
0.260
0.226
0.181
η0
0
0.138
0.264
0.376
0.477
0.564
0.653
0.708
0.705
图三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=0.330,KQ=0.0449
计算功率PD=Ps×ηS×ηG=198×0.98×0.96=186.28kw=253.4hp
系柱推力减额分数取t0=0.04,
d1=1.10×dh=1.10×261=287mm
桨毂长度l0=dh+100=361mm
减轻孔的长度l1=0.3×l0=0.3×361=108mm
轴孔锥度取K=0.1
毂部筒圆厚度δ=0.75×t0.2R=0.75×64.148=48mm
叶面、叶背与毂连接处的圆弧半径
r1=0.033D=0.033×1.58×1000=52mm,
r2=0.044D=0.044×1.58×1000=70mm。
15.螺旋桨总图绘制(附A3图纸的螺旋桨设计总图与计算书一起装订成册)
16.螺旋桨重量及转动惯量计算
(按《船舶原理(下)》P101(7-49)-(7-53)式计算)
铝镍青铜材料重量密度γ=7600kgf/m3,
0.66R处叶切面的弦长(即最大弦长)b0.66=0.4205m,
螺旋桨直径D=1.58m,t0.2=0.064148m,t0.6=0.034444m
最大连续功率PD=253.4hp,此时N=300rpm
毂径dh=d=1.8×dt=1.8×145=261mm=0.261m,毂长Lk=lo=0.361m
桨毂长度中央处轴径
d0=0.045+0.108(PD/N)1/3-0.5×KLK
=0.045+0.108×(253.4/300)1/3-0.1×0.361/2=0.129m
dh/D=0.261/1.58=0.1652
则根据我国船舶及海洋工程设计研究院(708所)提出的公式:
桨叶重
Gbl=0.169γZbmax(0.5t0.2+t0.6)(1-d/D)D(kgf)
=0.169×7600×4×0.4205×(0.5×0.064148+0.034444)×(1-0.1652)×1.58
=189.5kgf
桨毂重
Gn=(0.88-0.6d0/d)LKγd2(kgf)
=(0.88-0.6×0.129/0.261)×0.361×7600×0.2612
=109.1kgf
螺旋桨重量
G=Gbl+Gn=298.6kgf
螺旋桨惯性矩
Imp=0.0948γZbmax(0.5t0.2+t0.6)D3
=0.0948×7600×4×0.4205×(0.5×0.064148+0.034444)×1.58^3=317.95kgf·m·s2
17.螺旋桨设计总结
螺旋桨直径:
D=1.58m
设计航速:
VMAX=11.036kn
螺距比:
P/D=0.806
毂径比:
dh/D=0.1652
型式:
MAU
旋向:
右旋
盘面比:
AE/AO=0.471
材料:
铝镍青铜
叶数:
Z=4
总重量:
298.6kgf
螺旋桨效率:
η0=0.658
惯性矩:
317.95kgf·m·s2
纵倾角:
ε=10°
18.课程设计总结
本次课程设计,我是利用周末加三个晚上个人独立完成的。
虽然和一些优秀的同学相比,我的速度很慢,但能够静下心来独立做完全部的课设步骤,无疑加强加深了对课本的理解,也了解了更多工程图表的使用方法。
首先,我对船舶推进的知识有了一个比较好的回顾。
比如有效马力的估算方法、终结设计的过程、螺旋桨最佳要素的确定步骤、以及无因次敞水曲线的绘制方法等。
此外,对于利用Excel列值计算和使用Cad作图这两个在本次设计中常用的方法,我也花了很大的功夫去把以前的知识再捡起来。
然后,虽然设计中大都是通过直接查图表得到数据,这看似简单,但查图表和数据插值却是一个比较繁琐的过程。
在查图的过程中,自己就因为不理解图表而读取错误。
而且,书上的图表毕竟不是正式规范的图表,有些图的比例是不准的,所以有些值第一次读明显是不对的,之后还花了大量时间来得到每一个小格的比例。
船舶推进的课程和课设都已经结束了,也许我以后不会再进行这方面的设计,也不会再用到有关的知识,但这门课教会我的有关工程设计如何进行,这将使我受益一生。
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- JS805 拖网渔船 螺旋桨 设计
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