螺旋槳設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與繪制螺旋槳設(shè)計(jì)螺旋槳設(shè)計(jì)是船舶快速性設(shè)計(jì)的重要組成分。在船舶型線初步設(shè)計(jì)完成后，通過(guò)有效馬力的估算獲船模阻力試驗(yàn)，得出該船的有效馬力曲線。在此基礎(chǔ)上，要求我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)效率最佳的螺旋槳，既能達(dá)到預(yù)定的航速，又能使消耗的主機(jī)馬力最?。换蛘弋?dāng)主機(jī)已經(jīng)選定，要求設(shè)計(jì)一個(gè)在給定主機(jī)條件下使船舶能達(dá)到最高航速的螺旋槳。螺旋槳的設(shè)計(jì)問(wèn)題可分為兩類，即初步設(shè)計(jì)和終結(jié)設(shè)計(jì)。螺旋槳的初步設(shè)計(jì)：對(duì)于新設(shè)計(jì)的船舶，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)對(duì)船速要求設(shè)計(jì)出最合適的螺旋槳，然后由螺旋槳的轉(zhuǎn)速計(jì)效

2、率決定主機(jī)的轉(zhuǎn)速及馬力。終結(jié)設(shè)計(jì)：主機(jī)馬力和轉(zhuǎn)速?zèng)Q定后，求所能達(dá)到的航速及螺旋槳的尺度。在本文中，根據(jù)設(shè)計(jì)航速17.5kn，設(shè)計(jì)螺旋槳直徑6.6m，進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，獲得所需主機(jī)的馬力和主機(jī)轉(zhuǎn)速，然后選定主機(jī)；根據(jù)選定的主機(jī)，計(jì)算最佳的螺旋槳要素及所能達(dá)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(jìn)性能、震動(dòng)、操縱性能及主機(jī)能力等各方面因素。若主機(jī)馬力相同，則當(dāng)螺旋槳船的推進(jìn)效率高于雙螺旋漿船，因?yàn)閱温菪龢挥诖仓醒?，且單槳的直徑較雙槳為大，故效率較高。本文設(shè)計(jì)船的設(shè)計(jì)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(guò)去大量造成資料的統(tǒng)計(jì)獲得的槳葉數(shù)統(tǒng)計(jì)資料，取設(shè)計(jì)船螺旋槳的葉數(shù)為4葉?？紤]到螺旋槳誘導(dǎo)的表面力是導(dǎo)致強(qiáng)烈尾振的主要原因，在圖譜設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)效率較機(jī)翼型約低3%4%。若適當(dāng)選擇機(jī)翼型切面的中線形狀使其壓力分均勻，則無(wú)論對(duì)空泡或效率均有得益，故商用螺旋槳采用機(jī)翼型切面。根據(jù)以上分析，選擇MAU4葉槳系列進(jìn)行螺旋槳設(shè)計(jì)。螺旋槳推進(jìn)因子螺旋槳的伴流分?jǐn)?shù)取螺旋槳以等推力法進(jìn)行敞水實(shí)驗(yàn)獲得的實(shí)效伴流：推力減額按照漢克歇爾關(guān)于單槳螺旋槳標(biāo)準(zhǔn)商船公式進(jìn)行計(jì)算：主機(jī)的

4、軸系傳遞效率： 相對(duì)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(guò)近似估算獲船模阻力計(jì)算實(shí)驗(yàn)來(lái)確定船體的有效馬力曲線。對(duì)應(yīng)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(fēng)浪或污底等情況，尚需增加一定百分?jǐn)?shù)的有效馬力預(yù)度。本文取滿載和110%滿載情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)根據(jù)有效馬力曲線，設(shè)計(jì)航速17.5kn，設(shè)計(jì)螺旋槳直徑6.60m，以MAU4-55系列槳為基礎(chǔ)，計(jì)算所需的主機(jī)馬力和最佳轉(zhuǎn)速。具體的計(jì)算表格見(jiàn)表4-2表4- SEQ 表4- * ARABIC 2初步設(shè)計(jì)確定最佳轉(zhuǎn)速的計(jì)算序號(hào)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(diǎn)得到P/D0.7620.7420.7240.7040.6860.6060.5930.5760.5640.5485.095.415.726.026.3489180105731198513397150799主機(jī)馬力94641090012355138121554610計(jì)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(diǎn)可獲得

7、：最佳轉(zhuǎn)速為N=102r/min，所需主機(jī)馬力為11500hp，P/D=0.732，=0.582。圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 2確定轉(zhuǎn)速的計(jì)算結(jié)果終結(jié)設(shè)計(jì)根據(jù)初步設(shè)計(jì)的結(jié)果，選定主機(jī)型號(hào)為蘇爾壽5RTA68柴油機(jī)一臺(tái)，最大持續(xù)功率為13250hp，轉(zhuǎn)速為102r/min，旋向?yàn)橛倚?。采用MAU4葉槳圖譜進(jìn)行計(jì)算取功率儲(chǔ)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(jì)算表4- SEQ 表4- * ARABIC 3 按圖譜設(shè)計(jì)的計(jì)算表項(xiàng)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(shè)計(jì)的計(jì)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(jì)算結(jié)果可繪制、P/D及對(duì)V的曲線，如圖4-3.從曲線與滿載有效馬力曲線之交點(diǎn)，可獲得不同盤面比所對(duì)應(yīng)的的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)計(jì)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(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果空泡校核螺旋槳在水中工作時(shí)，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(shí)，導(dǎo)致爆發(fā)式的汽化，水汽通過(guò)界面，進(jìn)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(shí)螺旋槳性能惡化。因此，在設(shè)計(jì)螺旋槳時(shí)，應(yīng)考慮其是否發(fā)生空泡或空泡發(fā)展的程度，故需進(jìn)行空泡現(xiàn)象的預(yù)測(cè)，以便確定所設(shè)計(jì)的螺旋槳是否符合要求。目前常使用螺旋槳模型空泡實(shí)驗(yàn)或大量實(shí)船資料整理所得的圖譜，或由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)歸納而成的近似公式進(jìn)行空泡校核。本文按波利爾空泡界限中商船上界限，計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)算結(jié)果序號(hào)項(xiàng)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(jì)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(jì)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(duì)應(yīng)的的最佳螺旋槳要素。 圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 5空泡校核計(jì)算結(jié)果強(qiáng)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(qiáng)度，使其在正常航行狀態(tài)下不致破損或斷裂。為此，在設(shè)計(jì)螺旋槳時(shí)必須進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和確定槳葉的厚度分布。螺旋槳工作時(shí)作用在槳葉上的流體動(dòng)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(shí)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(cè)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(yīng)不小于按下式計(jì)算之值： 計(jì)算功率 P/D=0.72 表4- SEQ 表4- * ARABIC 8 強(qiáng)度校核計(jì)算表項(xiàng)目單位數(shù)值0.25R0.6R弦長(zhǎng)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(qiáng)度校核計(jì)算

14、表0.297890.mm227.3323110.57MAU標(biāo)準(zhǔn)槳葉厚度tmm255.51145.624校核結(jié)果滿足要求滿足要求實(shí)際槳葉厚度按與連直線決定螺距修正螺旋槳設(shè)計(jì)中，有些參數(shù)旺旺與所用系列螺旋槳不同，例如按上述強(qiáng)度計(jì)算所得到的槳葉厚度小于所選用的系列槳的厚度時(shí)，尚可直接采用系列槳的厚度及厚度分布，其缺點(diǎn)是浪費(fèi)材料。有的設(shè)計(jì)螺旋槳的轂徑比不同于系列螺旋槳。在這種情況下，不許對(duì)螺旋槳的螺距進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)觳徑比相同，故對(duì)此項(xiàng)不需要進(jìn)行螺距修正 0.7R處標(biāo)準(zhǔn)槳厚度： 由于實(shí)際槳葉厚度大于MAU槳標(biāo)準(zhǔn)厚度，故需因厚度差異進(jìn)行螺距修正

15、。設(shè)計(jì)槳：標(biāo)準(zhǔn)槳（取MAU4-55為基準(zhǔn)槳） 修正后的螺距比：重量及慣性矩計(jì)算在螺旋槳設(shè)計(jì)中，必須進(jìn)行重量和慣性矩的估算，以提供軸系計(jì)算、工廠備料以及離心力計(jì)算等需要。根據(jù)中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)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(jī)最大持續(xù)功率情況下螺旋槳的收到馬力螺旋槳在相應(yīng)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(zhǎng)：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(zhǎng)度中央處軸徑：代入4-1、4-2、4-3、4-4計(jì)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(jiàn)圖4-6，其數(shù)據(jù)見(jiàn)表4-7圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 6設(shè)計(jì)槳的敞水特征曲線表4- SEQ 表4- * ARABIC 9設(shè)計(jì)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(jì)算有圖4-6得J=0時(shí)， 計(jì)算功率 系柱推力減額分?jǐn)?shù)取 主機(jī)轉(zhuǎn)矩 系柱推力 螺旋槳轉(zhuǎn)速 航行特征計(jì)算取轉(zhuǎn)速為102r/min，94r/min，86r/min進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如下表所示：表4- SEQ 表4- * ARABIC 10航行特性計(jì)算表項(xiàng)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(jì)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(shí)可達(dá)最大航速約為V=15.31kn.，主機(jī)馬力為12320hp。滿載航行時(shí)，可達(dá)到最大航速約為V=17.731，主機(jī)馬力為12080hp，與設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)計(jì)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(gè)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(shuō)明。投射原理螺旋槳的投射原理是螺旋槳繪圖的基礎(chǔ)。圖4-8是一機(jī)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(jī)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(duì)于圖4-8所示的機(jī)翼形切面來(lái)說(shuō)，從正投影方向所見(jiàn)到的是切面最外邊的兩點(diǎn)和，從側(cè)投影方向所見(jiàn)到的則是切面最外邊的兩點(diǎn)和，即圖4-8（b）上的J、H和S、H對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。因此在制圖時(shí)應(yīng)該根據(jù)J點(diǎn)和H點(diǎn)求正投影輪廓(

21、或稱投射輪廓)，而據(jù)S點(diǎn)和H點(diǎn)求側(cè)投影輪廓。伸張輪廓的繪制螺旋槳的設(shè)計(jì)計(jì)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(shè)計(jì)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(jì)算出各半徑處的葉片寬度、母線到葉片導(dǎo)邊的距離以及母線到葉片隨邊的距離；根據(jù)設(shè)計(jì)決定的各半徑處的槳葉厚度，查MAU型葉切面尺寸表，計(jì)算葉厚隨葉寬的分布情況，決定設(shè)計(jì)槳的葉切面形狀。表4- SEQ 表4- * ARABIC 12設(shè)計(jì)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(dǎo)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(zhǎng)度求出正投影圖上相應(yīng)半徑的圓弧長(zhǎng)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(shuō)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(guò)A點(diǎn)作直線，則有。從J、H兩點(diǎn)分別作垂直于的直線和，則 （3）在正投影圖（4-10（b）以O(shè)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(diǎn)。（4）按照上述方法做出其他半徑處各投射輪廓上的相應(yīng)的點(diǎn)，用光順的曲線連接各點(diǎn)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(shí)，如圖4-10(b)或圖4-10（c）所示，應(yīng)注意在側(cè)投影方向見(jiàn)到的是S 點(diǎn)和H點(diǎn)，且S點(diǎn)在A點(diǎn)之前的距離為，H點(diǎn)在A點(diǎn)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(diǎn)引水平線與側(cè)投影圖上的參考線OU交于 點(diǎn)，則點(diǎn)即為點(diǎn)的側(cè)投影位置。（2）在側(cè)投影圖上從點(diǎn)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(diǎn)在正投影圖上的位置。從正投