螺旋桨设计计算书(2015)

船用螺旋桨课程设计说明书“信海11号”1、船体主要参数设计水线长 m L WL 36.70= 垂线 间长 m L PP 40.68= 型 宽 m B 80.15= 型 深 m D 80.4= 设计 吃水 m d 40.3= 桨轴中心高 m Z P 3.1= 排 水 量 t 2510=∆本船由七零八所水池船模阻力试验所得船体有效功率曲线数据如表1-1所示：表1-1 模型试验提供的有效功率数据航速（节） 11 12 13 14 15d=3.4mEHP3.4m (Kw) 457.1 634.8 890.0 1255.01766.1 1.15EHP 3.4 525.7 730.0 1023.5 1443.2 2031.4 d=3.5mEHP 3.5m (Kw) 466.9 652.4 917.6 1303.61824.7 1.15EHP 3.5 536.9 705.3 1055.2 1499.12098.42、主机参数型号 8230zc 二台 额定功率 ()hp KW P S 14691080= 额定转速 mim r N 300= 减速比 5.2=i 传送效率 95.0=S η3、推进因子的决定伴流分数 165.0=w 推力减额 165.0=t 船身效率 0.111=--=wtH η 相对旋转效率 0.1=R η 4、可以达到最大航速的计算采用MAU4叶桨图谱进行计算。

螺旋桨敞水收到的马力：()hp ...P RS D 2175.1186 019508501469 85.01469=⨯⨯⨯=⨯⨯=ηη根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的δ-P B 图谱列表1-2计算.表1-2 按δ-P B 图谱设计的计算表项 目 单 位数 值螺旋桨敞水收到的马力 1186.2175螺旋桨转速 300假定航速 11 12 13 14 15 9.185 10.020 10.855 11.690 12.525 40.412 32.511 26.615 22.114 18.6116.357 5.702 5.159 4.703 4.314 MAU4-4072.50 67.62 60.27 55.39 51.73 0.61 0.65 0.69 0.72 0.760.56 0.59 0.60 0.63 0.64 670.32 702.42 733.56 762.57 787.19 MAU4-5575.84 67.31 59.93 55.46 50.270.72 0.74 0.79 0.81 0.85 0.57 0.59 0.62 0.64 0.67 659.87 690.74 725.25 745.58 773.69 MAU4-70 73.80 66.92 63.01 51.89 49.13 0.72 0.75 0.77 0.83 0.89 0.54 0.55 0.56 0.59 0.62 622.40645.64671.61698.86720.10knhpminr kn N V ()V w V A -=1PB 5.25.0A DP V NP B =D P hp hp hpδ0ηD P 0ηηH D TE P P =δ0ηD P 0ηηH D TE P P =D P δ0η0ηηH D TE P P =图1-1 MAU5叶桨图谱设计计算结果从()V f P TE -曲线与船体满载有效马力曲线之交点，可获得不同盘面比所对应的设计航速及螺旋桨最佳要素0/η及、D D P 如表1-3所示。

螺旋桨设计计算书船舶原理·推进1.船体主要数据船型：单桨、集装箱船设计水线长L WL=215.00m垂线间长L PP=210.00m型宽B=32.00m设计吃水T=12.00m方形系数C B=0.655排水量∇=54000m3桨轴中心距基线Z P=4.00m 2.主机参数最大持续功率：32000kw转速：102r min⁄旋向：右旋3.推进因子伴流分数ω=0.24推力减额分数t=0.16相对旋转效率ηR=1.0船身效率ηH =1−t1−ω=1.1053船体有效马力曲线0.350.400.450.500.550.600.130.140.150.160.170.180.190.20τc =(T /A P )/(0.5ρV20.7R)σ0.7R =p 0/(0.5ρV20.7R)柏利尔空泡限界线图4.可以达到的最大航速的计算取功率储备15%，轴系效率 ηS =0.97螺旋桨敞水收到马力：P D =32000×0.85×ηS ×ηR =26384(kw )=35896.60hp假设有MAU5-70、MAU5-75、MAU5-80，按回归多项式以及回归系数计算。

（源代码见附表1）表1 按回归多项式以及回归系数计算表据表1中的计算结果可绘制P TE 、δ、P/D 及η0对V 的曲线，如图1所示。

图1 MAU5叶桨回归计算计算结果此处用MATLAB 求得相关曲线交点。

从P TE =f(V)曲线与船体满载有效马力曲线之交点，可获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。

如表2所列。

表2按图1设计计算的最佳要素5.空泡校核按柏利尔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h s =T −Z P =12−4=8mP o −P v =P a +γh s −P V =10330+1025.24×8−174=18357.92kgf m 2⁄ 计算温度 t =15℃ ρ=104.63kgf ∙s 2m 4⁄ P V =174kgf m 2⁄ P D =35896.60hp图2空泡校核计算结果 表3空泡校核计算结果据表3计算结果作图2，用MATLAB 求得相关曲线交点。

航速及螺旋桨计算书1、 船舶要素m B mL m L pp wl 0.211386.140===型宽垂线间长水线长，m T 0.8=吃水 828.087.19789==∆B C t 方型系数排水量2、 主机及齿轮箱规格主机型号 台1400528⨯-L PC ， 齿轮箱型号 75.66GWC 型 额定功率 kw P B 3824=， 齿轮箱减速比 3.5:1 主机转速 rpm N 520=主机3、 计算系数选取伴流分数 364.005.05.0=-⨯=B C w 推力减额 237.00.65=⨯=w t 船身效率 200.111=--=wtct η 旋转效率 0.1=xd η4、 有效功率估算（爱尔法） ① 参数20.5625.231=∆=wl L T B, m X B 163.2= ② 有效功率计算结果5、 螺旋桨要素选取及有效推马力计算 ① 选用MAU-5型螺旋桨 ,取盘面比 0.62。

② 收到马力 zx cl B D P P ηη⋅⋅⋅=9.0hpkw95.440320.323897.097.09.03824==⨯⨯⨯=③ 有效推马力计算结果36.665.0=D P ， 11.985957.1485.0=⋅=D P N rpmN（δ、0η、DP 的值根据MAU5-50和MAU5-65图谱查出，用插值法得出）6、 航速计算由有效功率E P 曲线与有效推马力TE P 曲线的交点得： 设计航速 kn V 48.12= 直径 m NV D A166.4=⋅=δ螺距比 732.0=DP桨效率 496.00=η 7、推力计算① 计算功率 hp P D 95.4403=，m D 166.4=，螺旋桨转速m in 57.148r N = 系柱推力减额分数取 04.00=t由MAU5-50,MAU5-65 J K K Q T —, 图谱得：)732.0(=D P0=J 时， 35.0=T K ， 04.0=Q K 则主机转矩： m kg NP Q D ⋅=⨯⋅=52.2122927560π系柱推力： )1(0t DQK K Z T Q T -⨯⨯⨯= N 44.419494=② 设计航速 kn V 48.12=，kn V A 94.7=，148.2-=s n当 40.0=⋅=D n VJ A 时，21.0=T K则推力 42D n K Z T T ⋅⋅⋅⨯=ρ N 32.395297=8、 计算结果小结计算航速 V kn 48.12 推力 T 419494.44 KN 桨型式 MAU 型 桨叶数 Z 5 叶 桨直径 D m 166.4 螺距比 D P 0.732螺 距 P m 050.3 盘面比 d A 0.62 桨效率 0η 496.0 后倾角 ε 10 毂径比D d 018.0 叶厚分数D t 00.05叶根厚度 0t mm 3.208 叶梢厚度 0.1t mm 50.12 桨材料 Cu3镍铝青铜 材料密度 37600m kg9、 空泡校核：按勃立尔限界线进行校核计算 ① 满足空泡要求所需最小盘面比：611.04)229.0067.1()21(427.00=⋅⨯-⋅⋅Γ=D DP V T A A R c Eπρ式中：kgf V P T AD 95.401295144.0750=⨯⋅⋅=η ，194.0=Γcm kg V R 86.276272127.0=ρ ， ② 本船螺旋桨盘面比实取 611.062.00=>=A A A Ed故满足要求。

342第八章 螺旋桨的强度校核为了船舶的安全航行，必须保证螺旋桨具有足够的强度，使其在正常航行状态下不致破损或断裂。

为此，在设计螺旋桨时必须进行强度计算和确定桨叶的厚度分布。

螺旋桨工作时作用在桨叶上的流体动力有轴向的推力及与转向相反的阻力，两者都使桨叶产生弯曲和扭转。

螺旋桨在旋转时桨叶本身的质量产生径向的离心力，使桨叶受到拉伸，若桨叶具有侧斜或纵斜，则离心力还要使桨叶产生弯曲。

此外，桨叶上也可能受到意外的突然负荷，例如：碰击冰块或其他飘浮物体等。

同时螺旋桨处于不均匀的尾流场中工作，使桨叶受力产生周期性变化，故较难精确地算出作用在桨叶上的外力。

在计算桨叶的强度时，我们可以把桨叶看作是扭曲的、变截面的悬臂梁，而且其横截面是非对称的，故计算较为复杂，即使能正确地求得桨叶上的作用力，要精确地进行强度计算也是很困难的。

目前，对于动态负荷(即计及伴流不均匀性影响)下螺旋桨的强度计算方法虽然有所发展，但计算繁复，付之实用还为时尚早。

故在螺旋桨设计的实践中，一般都用理论和实验相结合的近似方法来进行螺旋桨的强度计算。

计算螺旋桨强度的近似方法很多，中国船级社于2001年颁发的《钢质海船入级与建造规范》（以下简称《规范》）中对螺旋桨的强度也有了规定，因为比较偏于安全，用近似方法计算的厚度未必一定能满足规范的要求，因此对“入级”海船应采用规范规定的方法计算。

本章中主要介绍我国2001年《规范》的规定，由此确定桨叶厚度。

为了使读者了解桨叶上的受力情况，对于分析计算方法也作必要的介绍。

§ 8-1 《规范》校核法一、螺旋桨桨叶厚度的确定为了保证螺旋桨的安全，中国船级社2001年《钢质海船入级与建造规范》第三分册第三篇第十一章中，对螺旋桨的强度要求作了明确具体的规定。

螺旋桨桨叶厚度t (固定螺距螺旋桨为0.25R 和0.6R 切面处，可调螺距螺旋桨为0.35R 和0.6R 切面处)不得小于按下式计算所得之值：XK Yt -=(mm ) (8-1) 式中 Y —— 功率系数，按(8-2)式求得；343K —— 材料系数，查表8-1；X —— 转速系数，按(8-3)式求得。

MAU型螺旋桨设计计算书1．船体的主要参数船体总长L OA=150m设计水线长L WL=144m垂线间长L PP=141m型宽B=22m型深D=11m设计吃水T=5.5m方形系数C b=0.84菱形系数C p=0.849中剖面系数C m=0.69排水量△=14000t桨轴中心距基线距离Z P=2m船体有效马力曲线数据如下：2．主机参数型号N/A（两台）额定功率P S =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=1.004．船身效率计算ηH=(1-t)/(1-ω)=1.0695．收到马力计算储备功率取 10%收到马力P D =0.9* P S*ηG *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。

据表中的计算结果可绘制P TE--Vs曲线，如下图1所示。

从P TE--Vs曲线P E曲线交点处可获得：MAU4-40 Vs= 11.83KnMAU4-55 Vs= 11.73KnMAU4-70 Vs= 11.56Kn7．初步确定桨的要素8．空泡校核根据柏利尔商船界限线计算桨轴沉深 hs =T–ZP=3.5m计算t=15°C,则Pv=174kgf/m2取水温15度，Pa-大气压为：10330Kgf/m2P 0-Pv= Pa–Pv+ hsγ= 13743.5kgf/m29．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。

A E / A0 =0.40； MAU4-40桨；Vs =11.83Kn ； P / D =0.722 ； D =3.48m ；η0 =0.628N=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之值：X K Y t -=Y=1.36A 1Ne/(ZbN) X=A 2GA d N 2D 3/(1010Zb) 计算功率: Ne=Ps ×ηS =1714×0.97=1662.58 HPD=3.48 m A d =A E /A O =0.4P/D=0.722 ε=10oG=7.5 g/cm 3 N=155 r/min b 0.66R =0.226DA d /(0.1Z)=0.78648b 0.25R =0.7212b 0.66R =0.5672 b 0.6R =0.9911b 0.66R =0.779510．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=26.8mm11．螺距修正螺距比为：P/D=(P/D)0 =0.72212．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·d/ d) LKγ d 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·s213．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。

1.船舶主要参数1）原始给定船舶数据船型：远洋散装货船，球鼻艏、球艉、单桨、半悬舵。

总长195.0 m设计水线长190.0 m垂线间长185.0 m型宽28.4 m型深15.8 m设计吃水11.0 m设计排水量48755t型排水体积347423 m方形系数0.821棱形系数0.8252）船舶有效马力曲线船体船舶的有效马力曲线是表征船体阻力特性的曲线一可通过近似估算或船模阻力试验来确定，对应于不同装载情况将有不同的有效马力曲线，一般有满载和压载之分。

此外考虑到由于风浪或污底等情况，则尚需增加一定百分数（20%左右）的有效马力裕度，通过下表可绘制附图二中的P E曲线。

2.主机与螺旋桨参数主机型号6RLB66 主机发出功率额定转速螺旋桨型号MAU 叶数4桨数旋向型柴油机1台P s 11100 hpn 124 r / min型叶单桨右旋螺旋桨材料ZQAL12-8-3-2(K=1.2)材料桨轴距基线高度 3.6 m 3. 设计工况、参数设计功率设计转速螺旋桨直径4. 推进因子的确定伴流分数推力减额分数螺旋桨直径轴系传送效率船身效率5. 可以达到的最大航速设计海水密度：船后螺旋桨敞水受到马力7.4 g / cm3按满载工况设计，P 0.85P sn 124 r / minD 5.6mw 0.36 t0.216D 5.6m0.981 t 1 0.2161.2251 w 1 0.362 4104.63 kgf s /m(取R 1.0):P D 0 P S 0.85 S R 11100 0.85 0.98 1.0hp 9246.3hpQ 75P D02 n75 9246.353431.721kgf m124 J2 3.14 -60螺旋桨转速:n 124 r min 2.067 r s 螺旋桨产生的扭矩螺旋桨转矩系数：KQ 0.0217以MAU4-40 MAU4-55 MAU4-70的敞水性征曲线进行设计一插值计算：其中：P TE P D00 H，见教材P264附录图一MAU4-40敞水性征图谱，由J、P/D 可查得K T、10K Q和n 0 o表一敞水图谱设计表其中：P TE P DO0 H见教材P264附录图一MAU4-40敞水性征图谱，由J、P/D可查得K T、10K Q和n 0由表一可绘制如教材P119图8-9所示，以V为横坐标，以P E、P/D、o和P TE为纵坐标绘制图谱设计的计算曲线，图中曲线P E和曲线P TE的交点即为所求的螺旋桨，将该交点平行纵轴与图中各取线的交点列于下表中。