船舶推进课程设计

黄浦江100吨机动油驳
螺旋桨设计书
指导老师：***
学生姓名：***
学号：***********
完成日期：2012/5/30
黄浦江100吨机动油驳螺旋桨设计
1．船型：单桨，单舵，柴油机驱动，尾机型沿海机动油驳。

总长：L=27.50m 水线长：L wl=26.00m 型宽：B=5.40m 型深：D=2.3m
设计吃水：T d=1.60m 方型系数：C b=0.68
排水量：Δ=152.06t 棱型系数：C P=0.695 舯剖面系数：0.980 水线面系数：0.810
纵向浮心坐标：X b=+0.25m 纵向浮心位置：x c=0.96% L/Δ1/3 4.87 Δ0.64 24.92
宽度吃水比数B/T：2.60
艾亚法有效功率估算表：
速度V S(kn) 5 6 7 8 9
速度（m/s） 2.57 3.09 3.60 4.12 4.63
傅汝德数V S/√gL 0.161 0.193 0.225 0.258 0.290
标准C0458 430 390 360 265
标准C bc0.81 0.76 0.70 0.64 0.59
实际C b（肥/瘦）% 16.05 瘦9.93 瘦 2.86 瘦 6.25 肥15.25 肥
C b修正% +11.60 +6.77 +1.33 -12.75 -31.11
C b修正数量△1+53 +29 +5 -46 -82
已修正C b之C1511 459 395 314 183
B/T修正% -9.35 -9.35 -9.35 -9.35 -9.35
B/T修正数量△2-48 -43 -37 -29 -17
已修正B/T之C2463 416 358 285 165
标准X C,%L 1.92 前 1.58 前0.8 前0.9 后 1.86 后
实际X C,%L 0.96 前0.96 前0.96 前0.96 前0.96 前
相差%L 0.96 0.62 0.16 1.86 2.82 速长比V S /√L 0.504 0.605 0.706 0.807 0.908 X C 修正 -3.26 -2.00 -0.48 -9.60 -19.74 X C 修正数△3 -15 -8 -2 -27 -33 已修正X C 之C 3 448 408 356 257 133 长度修正% +0.615 +0.615 +0.615 +0.615 +0.615 长度修正数量△4 +3 +3 +2 +2 +1 已修正长度之C 4 451 410 358 259 134 V S 3
125
216 343 512 729 Pe=△0.64
×V S 3
/C 4(kw)
6.91
13.12
23.83
49.27
135.94
有效功率
6.91
13.12
23.83
49.27
135.94
0.00
20.0040.0060.00
80.00100.00120.00140.00160.000
2
4
6
8
10
航速（kn）
有效功率（k w ）
有效功率
2．主机参数： 型号：
6135Ca 型柴油机 标定功率：
N e =120马力 标定转速： 1500r/min
3．推进因子的确定： (1)伴流分数ω
本船为单桨内河船，故使用汉克歇尔公式估算：
..=⨯-p ω070C 018=0.70×C p -0.18=0.70×0.695-0.18=0.3065
(2)推力减额分数t
使用汉克歇尔公式估算：
..=⨯-P t 050C 012=0.50×C P -0.12=0.50×0.695-0.12=0.2275
(3)相对旋转效率
近似地取为ηR =1.0 (4)船身效率
11t ω
-=
-H η =
..--102275
103065=1.11； 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．A E /A 0的估算
按公式()0..()E Z T
A k A p p D +⨯⨯=+-20v 1303允
进行估算，
其中：(1)E P T t V =
- =()...-⨯⨯40
10227576105144
=13.49kN 水温15℃时:
汽化压力p v =174 kgf/m -2
=174×9.8 N/m 2
=1.705 kN/m 2
静压力p 0=p a +γh s =(10330+1000×2) ×9.8 N/m 2=120.834kN/m 2
k 取0.2
D 允许=0.7×T d =0.7×1.60=1.12m
E 0A A =().. ()+⨯⨯+-2
0v 1303Z T k p p D 允
=
....(..)..+⨯⨯+-⨯⨯130341349
021208341705112112（） =0.426；
6．桨型的选取说明
由于本船为内河运输船，MAU 型螺旋桨应用广泛，故选用MAU 型。

7．根据估算的A E /A 0选取2～3图谱
根据A E /A 0=0.426选取MAU4-40,MAU4-55两张图谱。

8．列表按所选图谱（考虑功率储备）进行终结设计，得到2组螺旋桨的要素及V sMAX
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:
P DO =P s ×0.9×1.11×ηS ×ηG =120×0.9×1.11×0.98×0.96
=112.78 hp (English)
根据MAU4-40,MAU4-55的√B p -δ图谱列表计算：
项目
数值
假定航速（kn ）
6 7 8 9 V A =（1-ω）V （kn ） 4.16 4.85 5.55 6.24 N(r/min) 506.8 506.8 506.8 506.8 P D 0.5 10.62 10.62 10.62 10.62 V A 2.5 35.318 51.923 72.501 97.32 B p =NP D 0.5/V A 2.5 152.39 103.66 74.237 55.3 √B p
12.345
10.181 8.6161 7.437 MAU4-40
δ
128.1 109.8 95.5 85 P/D
0.53 0.56 0.57 0.6 η0
0.391 0.478 0.484 0.524 P TE =P D ηH η0（hp ）
48.948 59.839 60.59 65.6 MAU4-50
δ
127 108.5 95 82.5 P/D
0.57 0.59 0.62 0.65 η0
0.375 0.423 0.465 0.505 P TE =P D ηH η0（hp ）
46.945
52.954
58.211
63.22
据上表结果可绘制P TE 、δ、P/D 及η0对V 的曲线，如图一所示：
MAU4叶桨设计计算结果
0.00
20.0040.0060.0080.00
100.00
120.00140.00160.004
5
6
7
8
9
10
航速/kn
有效马力P e /h p P t e /h p 直径系数
0.10.20.3
0.4
0.50.60.7
航速/kn
敞水效率 螺距比
有效马力曲线直径系数4-40直径系数4-55Pte4-40Pte4-55P/D4-40P/D4-55敞水效率4-40敞水效率4-55
图一
从P TE-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 V MAX(kn) P/D 1/J δ D η0
4-40 8.27 0.59 2.9951 92.43 1.0519 0.5
4-55 8.22 0.63 2.988 92.21 1.0431 0.47
9．空泡校核
由图解法求出不产生空泡的（A E/A0）MIN及相应的V sMAX、P/D、η0、D.按柏努利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由船体型线图取0.9m
p0-p v=p a+γh s-p v
=(10330+1000×0.9-174)kgf/m2=11056kgf/m2计算温度t=15℃, p v=174kgf/m2, P DO=82.9kW=112.78hp (English),ρ=101.94kgf·s2/m4。

空泡校核计算结果
序号项目单位
数值
MAU4-40 MAU4-55
1 A E/A O0.4 0.55
2 V MAX kn 8.27 8.22
3 V A=0.5144*V MAX(1-ω) m/s 2.95 2.93
4 (0.7πND/60)2（m/s)2380.02 380.02
5 V0.7R2=V A2+(4) （m/s)2388.72 388.62
6 ζ=(P0-P V)/(0.5ρV0.7R2) 0.558 0.558
7 ηc（查图得）0.225 0.225
8 推力T=75P D*η0/V A kgf 1434 1356
9 需要投射面积A P=T/(ηc*0.5*V0.7R2)m20.32 0.31
序号项目单位
数值
MAU4-40 MAU4-55
10 A E=A P/(1.067-0.229P/D) m20.35 0.33
11 A0=πD2/4 m20.87 0.86
12 需要的A E/A00.40 0.38
据上述结果作图二，可求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。

图二
A E/A0=0.384，P/D=0.61，D=1.045m，η0=0.477，V MAX=8.21kn。

10．计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线
由MAU4-40, P/D =0.61的敞水性征曲线内插得到MAU4-38.4,P/D =0.61的敞水性征曲线，其数据如下：
J 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
K T 0.250 0.225 0.200 0.170 0.135 0.100 0.060 0.010 10K Q 0.230 0.220 0.210 0.190 0.160 0.130 0.090 0.045 η0
0.000 0.163 0.303
0.427
0.537 0.612
0.637
0.248
设计桨的敞水性征曲线
0.000
0.1000.2000.3000.4000.5000.600
0.7000
0.1
0.2
0.3
0.40.5
0.6
0.7
0.8
J
K t 10K q
KT 10KQ η0
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N 0
由敞水性征曲线得J =0时，K T =0.250,K Q =0.023。

计算功率P D =120×0.97=116.4hp 系柱推力减额分数取t 0=0.04 主机转矩
⨯⨯=D P 6075Q 2πN =...⨯⨯⨯⨯116460752314165068
=164.49 kgf*m
系柱推力
Q D =T Q K T K = (025016449)
00231045= 1710.94 kgf
车叶转速
=04T T N 60ρD K =. . ..⨯⨯417109460101931045025
= 312.2 rpm
12．桨叶强度校核
按我国2001年《钢质海船入级与建造规范》校核t 0.25R 及t 0.6R ，应不小于按下式计算所的之值：
Y
K X
=
-t (mm) 式中 =1e A N Y ZbN , =23
2d 10
A GA N D X 10Zb
计算功率N e =120×0.97=116.4hp
A d = A E /A 0=0.384,P/D =0.61，ε=10º，G =7.6gf/cm 3,N =,506.8rpm
在0.6R 处切面弦长
b 0.6R =2.1867× A E /A 0×D/Z =2.1867×0.384×1.045/4=0.22m
b 0.25R =0.7212×b 0.6R =0.7212×0.22=0.15m
桨叶强度校核:
项目
单位 数值 0.25R 0.6R 弦长b
m 0.15 0.22 K 1 634 207 K 2 250 151 K 3 1410 635 K 4
4 34 A 1=D/P(K 1-K 2D/P 0.7)+K 3D/P 0.7-K 4
2674.96 940.52 Y=1.36A 1N e /(Zbn e ) 1392.58 333.84 K 5 82 23 K 6 34 12 K 7 41 65 K 8
380 330 A 2=(D/P)(K 5+K 6ε)+K 7ε+K 8
1399.80 1084.43
材料系数
kgf/cm 3 1.2 1.2 X=A 2GA d N 2D 3/1010Zb 0.1996 0.1054 t=√Y/(K-X)
mm 37.31 17.46 MAU 标准桨叶厚度t' mm 39.97 22.78 校核结果 满足要求 满足要求
实取螺旋桨厚度
mm
39.97
22.78
13．桨叶轮廓及各半径切面的型值计算 最大切面在0.6R 处，
b 0.6R =2.1867E 0A D
A Z =2.1867*0.384*1.045/4=0.22m
轴线处最大厚度=0.045D=0.045*1.045*1000=47.025mm
实际桨叶厚度MAU型4叶螺旋桨尺度表列表计算如下：（单位：m）叶片最大宽度0.22 螺旋桨直径 1.045
r/R 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.95 1 母线至叶片随边的
0.06 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.12 0.11 0.1 0.04
距离
母线至叶片导边的
0.09 0.1 0.11 0.12 0.12 0.11 0.09 0.06 0.03 0
距离
叶片宽度0.15 0.18 0.2 0.21 0.22 0.23 0.21 0.17 0.13 0
叶片厚度0.04 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01 0.01 0
导边至最厚点的距
0.05 0.06 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.08 0.06 0
离
14．桨毂设计
根据中文课本P108表8-1可查得螺旋桨毂径比d/D=0.180；
采用整体式螺旋桨，则螺旋桨的毂径：
d=0.18×D=0.18×1.045×1000=188.1mm
毂前后两端的直径d2=0.88×d=0.88×188.1=165.53mm
d1=1.10×d=1.10×188.1=206.9mm 桨毂长度l0=d+100=288.1mm
减轻孔的长度l1=0.3×l0=0.3×288.1=86.43mm
毂部筒圆厚度δ=0.75×t 0.2R =0.75×42.43=31.73mm 叶面、叶背与毂连接处的圆弧半径
r 1=0.033D =0.033×1.045×1000=34.49mm r 2=0.044D =0.044×1.045×1000=45.98mm
15．螺旋桨重量及转动惯量计算
铝青铜材料重量密度γ=8410kgf/m 3
，0.6R 处叶切面的弦长
b 0.6=0.22m ，螺旋桨直径D =1.045m 。

t 0.2=0.0424m, t 0.6= 0.0231m;
最大连续功率P D =120hp ，此时N 0=506.8 rpm ，
3
D
P N =
.3
120
5068= 0.287
毂径d=0.1881m 毂长L K =0.2881m 桨毂长度中央处轴径..2
=+-D K
3
0P KL d 00450108N = (2)
⨯+⨯-
31200102881
004501085068 =0.0974m
d/D=0.18，则根据我国船舶及海洋工程设计研究院提出的公式：
桨叶重：
G bl=0.169γZb max(0.5t0.2+t0.6)(1-d/D)D(kgf)
=0.169×8410×4×0.22×(0.5×0.0396+0.0124)×(1-0.18)×1.045 =34.51kgf
桨毂重：
G n=(0.88-0.6d0/d)L Kγd2(kgf)
=(0.88-0.6×0.0974/0.1881)×0.2881×8410×0.1881×0.1881 =48.81kgf
螺旋桨重量G=G bl+G n= 93.32kgf
螺旋桨惯性矩：
I mp=0.0948γZb max(0.5t0.2+t0.6)D3
=0.0948×8410×4×0.22×(0.5×0.0424+0.0231)×1.0453
=35.47kgf·m·s2
16．螺旋桨总图绘制（另见螺旋桨设计总图）
17．设计总结
本次课程设计的内容较之以前几次课程设计来说是比较复杂的，通过本次螺旋桨设计，我对本课程的知识有了一个系统的了解，这对于我们的后续课程很有帮助。

课程设计的独立完成，我从中体会到了不少平时无从得知的东西，像方法、态度等问题，也有不少感触。

事非亲历不知难，像这种比较大的课程设计对一个学期的学习是一个很好的回顾，也能有不少收获。