螺旋桨设计(内河货船).pdf

6 螺旋桨设计及航速预报螺旋桨设计是整个船舶设计中的一个重要组成部分在船舶型线初步设计完成后，通过有效马力的估算， 得出该船的有效马力曲线 在此基础上要求我们设计一个效率最佳的螺旋桨 既能达到预定的航速， 又使消耗的主机马力小； 或是当主机已经选定时， 要求设计一个在给定主机条件下使船舶达到最大航速的螺旋桨本设计采用螺旋桨图谱设计， 就是根据螺旋桨模型敞水试验绘制而成的专用图谱来进行设计在获得设计船的有效马力曲线以后，主要分以下几步进行：1. 初步设计：确定螺旋桨的最佳转速， 进而确定之前选择的主机是否满足要求，通过最佳转速，求得减速比，选取合适的减速齿轮箱2. 终结设计： 确定螺旋桨的转速后， 通过一系列的图谱设计计算， 确定螺旋桨的直径，盘面比等尺度要素，并进行空泡校核3. 若计算结果直径超过限制直径，则做限制直径螺旋桨6.1 设计螺旋桨时应考虑的若干问题6.1.1螺旋桨的数目选择螺旋桨的数目应该综合考虑推进性能、振动、操纵性能及主机能力等各方面的因素 一般来说， 在总布置合理的情况下， 增大螺旋桨直径可以提高敞水效率对于本货船，由于吃水有限制，船型选择为双尾船，采用双螺旋桨6.1.2 螺旋桨的桨叶数的选取叶数的选择应根据船型，吃水，推进性能，振动和空泡等多方面加以考虑。

一般认为， 若螺旋桨的直径及展开面积相同，则叶数少者效率略高， 叶数多者因叶栅干扰作用增大， 故效率下降 但叶数多者对减小振动有利，叶数少者对避免空泡有利 同时，螺旋桨叶数与主机缸数不能为整倍关系，否则容易发生共振现象本船选用 6 缸主机，故采用 4 叶桨，避免共振6.1.3 设计图谱可供采用的图谱很多，对中低速船舶，通常采用MAU 系列或 B 系列，其中MAU 空泡性能较好本船采用MAU 系列图谱6.2 已知条件（1）船型参数表 6.1 船型参数总长 Loa (m) 24.19 水线长 Lwl (m) 23.63 型宽 B (m) 5 吃水 T (m) 1 排水量 Δ (t)88.369 方形系数 Cb0.761 （2）有效马力曲线根据型线特征，本船采用爱尔法估算船舶有效功率比较合适，结果见下表：表 6.2 有效马力曲线表Vs(kn) 6 7 8 9 10 Pe(kw) 8.1778 16.4159 36.1017 91.7437 246.24 （3）部分取值推进因子：根据船型按经验公式决定伴流分数：ω=0.55Cb-0.20=0.2186 按经验公式决定推力减额分数： t=0.325Cb-0.1885D × （BT ） ^0.5 计算得 t=0.1293 。

（参考文献【 6】 ，P60）取值相对旋转效率：ηR=0.98；船身效率： ηH=（1-t ）/ （1-ω）=1.1143；轴系效率： ηs=0.98； （参考文献【 6】 ，P48）功率储备： 10%；所用图谱： MAU4系列图谱6.3 用 MAU 图谱进行设计6.3.1 初步设计初步设计的计算见下表：表 6.3 初步设计计算表初步设计确定最佳转速的计算 单位数据 螺旋桨直径 D m 0.8000 ηH= （1-t ）/ （1-w）1.1143 VA=V （1-w）kn 6.7513 PE 44.4000 假定一组转速 N r/min 400.0500.0600 700 000 000 直径系数 δ=ND/VA 47.39 83 59.24 78 71.09 74 82.9470 查图谱 MAU4-40 ，P/D 0.833 0 0.726 0 0.662 0.613 η0 0.690 0 0.630 0 0.576 0.529 √Bp3.780 0 4.950 0 6.11 7.25 PD=Bp^2VA^5/N^2 17.89 72 33.68 35 54.29 99 79.0848 主机马力 Ps=PD/ （ηsηR）18.63 51 35.07 24 56.53 89 82.3457 有效推力 PTE=PD. η0. ηH.Z 13.76 05 23.64 62 34.85 17 46.6177 查图谱 MAU4-55 ，P/D 0.88 0.764 0.7 0.652 η0 0.673 0.608 0.555 0.505 √Bp3.88 5.08 6.18 7.41 PD=Bp^2VA^5/N^2 19.86 75334 6 37.36 38718 5 56.83 14102 4 86.30059407 主机马力 Ps=PD/ （ηsηR）20.68 67278 8 38.90 44896 4 59.17 47295 3 89.8590109 有效推力 PTE=PD. η0. ηH.Z 14.89 91381 8 25.31 38139 4 35.14 66184 4 48.56319974 查图谱 MAU4-70 ，P/D 0.912 0.775 0.703 0.652 η0 0.633 0.577 0.53 0.486 √Bp3.96 5.14 6.29 7.53 PD=Bp^2VA^5/N^2 21.55 74702 39.16 06147 4 60.98 69780 7 92.02818528 主机马力 Ps=PD/ （ηsηR）22.44 63454 8 40.77 53173 63.50 16431 4 95.82276684 有效推力 PTE=PD. η0. ηH.Z 15.20 56025 7 25.17 83603 2 36.01 76285 2 49.83784533 可画出转速功率图如下：图 6.1 转速功率图由图 上可 读出 ： 螺旋桨的最佳转速分别为662.4r/min ，671 r/min，681.2r/min 。

综合考虑，转速值N=663 r/min 所需有效功率为： Ps=83hp, 因此之前选取的主机满足要求，但功率过大，重新选取主机为：型号6135Ca, 功率 88.3kw（单机） ，额定转速 1500r/min 由主机转速得减速比i=4.0486:1 配套的减速齿轮箱选择：型号：杭齿MB270A 减速比： 4.05:1 最终取螺旋桨转速： N=1500/4.05=370.37r/min 6.3.2 终结设计根据初步设计得到的螺旋桨转速进行终结设计，其中η0 为 MAU4-40/55/70图谱中最佳效率曲线上相应Bp处所对应的敞水效率：终结设计见下表：表 6.4 终结设计计算表终结设计的计算表 假定若干船速 V 7 8 8.5 9 10 VA=V （1-w）5.4698 6.2512 6.6419 7.0326 7.814 PD1/28.9282249 08 8.9282 24908 8.9282 24908 8.928224908 8.9282 24908 VA2.569.972697 6 97.703 13175 113.69 22422 131.1564916 170.68 0347 N 663 663 663 663 663 84.596039 83 60.585 70496 52.065 2333 45.13244478 34.681 28122 √ BP9.1976105 5 7.7836 81967 7.2156 24249 6.71806853 5.8890 81526 MAU4-4 0 δ101 88.5 82.8 78 68.7 η0 0.467 0.512 0.531 0.549 0.585 P/D 0.57 0.596 0.615 0.633 0.668 D 0.8332576 17 0.8344 36199 0.8294 86154 0.827364706 0.8096 85973 PTE 41.481003 56 45.478 10241 47.165 76636 48.7646059 51.962 28497 MAU4-5 5 δ99.7 87 81.3 76.5 68 η0 0.449 0.492 0.513 0.533 0.57 P/D 0.607 0.64 0.658 0.677 0.714 D 0.8225325 19 0.8202 93213 0.8144 59231 0.811453846 0.8014 35897 PTE 39.882164 02 43.701 61403 45.566 92682 47.3434152 50.629 91869 MAU4-7 0 δ98.8 85.6 80.3 75.5 67.4 η0 0.438 0.468 0.496 0.514 0.547 P/D 0.61 0.645 0.664 0.684 0.725 D 0.8151074 51 0.8070 93092 0.8044 41282 0.800846606 0.7943 64404 PTE 38.905095 42 41.569 82798 44.056 9117 45.65575124 48.586 95706 计算所得的结果中直径均超过限制直径0.8m，故改作限制直径螺旋桨。

6.3.3 限制直径限制直径螺旋桨设计表如下所示：表 6.5 限制直径计算表限制直径的螺旋桨设计步骤表 名称单位数值 假定若干船速 V kn 7 8 8.5 9 10 VA=V （1-w）kn 5.4698 6.2512 6.64 19 7.03 26 7.81 4 PD1/28.92822 4908 8.92822 4908 8.92 8224 908 8.92 8224 908 8.92 8224 908 VA2.569.9726 976 97.7031 3175 113. 6922 422 131. 1564 916 170. 6803 47 Nr/mi n 663 663 663 663 663 84.5960 3983 60.5857 0496 52.0 6523 33 45.1 3244 478 34.6 8128 122 √ BP9.19761 055 7.78368 1967 7.21 5624 249 6.71 8068 53 5.88 9081 526 D* 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 δ*=ND*/VA 96.9688 1056 84.8477 0924 79.8 5666 752 75.4 2018 599 67.8 7816 739 由 δ*和√BP 的交点在 MAU4-40 上读 取η0 0.463 0.507 0.52 9 0.54 8 0.58 4 P/D 0.648 0.672 0.67 7 0.69 2 0.70 7 有效推力 PTE=PD. η0. ηH.Z 41.1257 0589 45.0339 8031 46.9 8811 752 48.6 7578 148 51.8 7346 056 由 δ*和√BP 的交点在 MAU4-55 上读 取η0 0.447 0.492 0.51 3 0.53 3 0.56 9 P/D 0.66 0.684 0.68 5 0.7 0.71 6 有效推力 PTE=PD. η0. ηH.Z 39.7045 1519 43.7016 1403 45.5 6692 682 47.3 4341 52 50.5 4109 427 由 δ*和√BP 的交点在 MAU4-70 上读 取η0 0.437 0.477 0.49 6 0.51 4 0.54 7 P/D 0.648 0.664 0.66 6 0.69 0.70 9 有效推力 PTE=PD. η0. ηH.Z 38.8162 71 42.3692 4775 44.0 5691 17 45.6 5575 124 48.5 8695 706 6.4 螺旋桨要素的确定根椐表 6.2 有效马力曲线和表 6.5 中各盘面比下的有效功率进行作图 （如图6.2 ） ，取有效马力曲线与各盘面比下的有效功率曲线的交点，即可得到不同盘面比下所能。