1100T螺旋桨设计毕业设计说明书

晓奕 1100T螺旋桨设计第一章 引言杂货船一般没有固定的航线和船期，而是根据货源情况和需要航行于个港口之间，杂货批量远不及石油、矿砂那样多，除杂货外，也可载运散装杂货或大件货物等。杂货船有航行于内河的小船，也有从事远洋国际贸易的两万吨载重吨以上的大船。国际上普通货船在载重量通常在一万至两万吨。杂货船不追求高速，而注重经济性和安全性，要求尽量多装货，提高装卸效率，减少船员人数和保证航行效率，减少船员人数和保证航行、货物安全。杂货船是干货船的一种，装载各种包装、桶装、箱装、袋装和成捆等件杂货的运输船舶，又成为普通货船。杂货船应用广泛，吨位术在世界商船队中居首位。干货船，又称普通货船，是以运载干燥货物为主，也可装运桶装液体的货船，是最常见的货船，专门用来装运成包、成堆、成扎成箱的干货。为避免受压，该货船有两至三层全通甲板，根据船的大小设有三至六个货舱，甲板上带有舱口未闭的货舱口，货舱口特别大，上面有水密舱口盖，一般能自动启闭。配有完整的起货设备。货舱口两端有吊杆装置，还有回转式起吊吊车，机舱设在船的中部或尾部。前一种布置有利于调整船舶的纵倾，后一种布置可增大载货容积，但空载时有较大尾倾。杂货船底部多为双层底结构，能防止船底破损时海水进入货舱，并可增加船体的纵向强度，双层底内空间可用作清水舱和燃料舱，也可做压载舱以调节船的重心。本文是按照设计任务书的要求所进行的关于货船的设计，在设计过程中查阅了大量的资料和数据，并得到专业老师的指导和同学的帮助，在这里我向他们致以最诚挚的谢意。由于本人的能力有限，在设计中不可避免的会出现一些错误，还望老师给予批评和指正。1第二章 全船说明书2.1 总体部分2.1.1 概述小型沿海货船具有货物周转快，运输方便灵活，适合沿海短距离运输等特点。可以进入条件简陋或水深限制的小型港口，码头。还可以进入内河进行运输，是连接内陆沿江，沿海地区与沿海地区一种纽带。2.1.2 主要数据2.1.2.1 主尺度总 长 Loa 65.37m垂线间长 Lpp 60.0m型 宽 B 10.9m型 深 D 5.35m设计吃水 4.2m排水 量 1869t2.1.2.2 主要船型系数长 宽 比 Lpp/B 5.58长 深 比 Lpp/D 11.2宽 深 比 B/D 2.04宽度吃水比 B/T 2.6方 形 系 数 Cb 0.662中剖面系数 Cm 0.951水线面系数 Cww 0.774棱形系数 Cp 0.6952.1.2.3 载重量设计吃水4.2m，海水密度1.025t/m3时，载重量约1100t。2.1.2.4 稳性本船的稳性按钢质海船入级与建造规范（2001年）中完整稳性篇，核算各种装载情况，并满足二类航区的要求。2.1.3 布置情况简介全船总布置参看“总布置图” 。#81至#88约2.5米高度以下为第一压载水舱，其上至首部升高甲板为油漆间和灯间，#88至首约5.2m为首尖舱，其上至首部升高甲板为锚链舱及索具舱。首升高甲板从#90至首，上面布置锚泊，系泊设备。#54至#81为第一货舱。#25至#54为第二货舱。#62至#81为第二压载水舱，#56至#69为淡水舱，#38至#53为第三压载水舱，#25至#371为第一燃油舱，#17至#25为第二燃油舱，#67至#17为第四燃油舱，#7至#29为机舱。主甲板至双层底之间由首至尾依次为锚链舱、油漆灯间、机舱、贮物室、战备电台、舵机舱。主甲板上，首部设有系缆设备，首浮锚系统，中前部设有两个工作间出入口。甲板室内设有居住舱室、餐厅、厨房、机舱棚、浴室、厕所、防腐控制室、锅炉间、粮库等。救生艇甲板上，由舯至尾依次为轮机长室、政委室、大副室、二副、三副室、船员室、信号灯桅、机舱天窗、烟囱、救生设备（救生艇、救生筏）、信号灯桅等。驾驶甲板上，由舯至尾依次为驾驶室、报务室、海图室、变流机室、储电池室、报务员室、船长室罗经平台上设有磁罗经、扫海灯、方位分罗经、通讯信号灯等。24第三章 主尺度确定设计任务书设计船为1100吨沿海货船，主要服务于东海渤海。载货量为1100吨，船员定额21人，续航力为2500海里；稳性要求满足三类航区的要求；为双甲板，纵骨架式；主机为6300ZC 1台，单机功率为662KW（900HP），转速为350（r.p.m）；辅机型号为6135Zaf*2台；舵机为电动液压； 桅杆，其上设有观通导航及航行灯具，舷外最小跨度为 米；锚为霍尔锚。结构满足钢质海船入级与建造规范（2001）要求。本船为杂货船，属于载重型船，按照载重型船进行计算。根据任务书要求，按法定检验规则相关规定进行选取。3.1 母型船主尺度母型船主量度如下：垂线间长 59.23米型 宽 10.8米型 深 5.35米设计吃水 4.2米载 货 量 1000吨排 水 量 1774吨设计航速 11.26节3.2 设计船主尺度确定的主尺度如下：垂线间长 60米型 宽 10.9米型 深 5.35米设计吃水 4.2米载 货 量 1100吨排 水 量 1869吨设计航速 11.29节3.3 设计船航速及主尺度确定3.3.1求航速海军常数法(实际上表示的是船只阻力的衡量参数之一，表示的是该航速与排水量之间的关系，海军部系数越小，表示船只航行时阻力越小。海军部系数法、艾亚法和凯勒法是三种阻力近似方法)c=247.636设计船VS=11.26kn3.3.2确定主尺度以1000吨杂货船作为母型船（1） L=L0()1/3=59.23()1/3=59.8m 取L=60m（2） B=B0()1/3=10.8()1/3=10.9m 取B=10.9m （3） d=d0()1/3=4.2()1/3=4.2m 取d=4.2m（4） D=D0 =5.35=5.35m 取D=5.35m（5） Cb=1.08-=0.662 （6） Cm取型船，Cm=0.95（7） Cp=0.695（8） Cw=0.7743.3.3计算设计船排水量 =LBDCb=1.025kg/m360m10.9m4.2m0.662=1869 t3.4稳性校核GM=a1d+a2-a3D=0.624.2+0.05-0.595.35=0.56其中， a1=（1+） =(1+)=0.63 a2= =0.05 a3取母型船=0.59第四章 螺旋桨设计计算说明书4.1已知货船主要要素设计水线长 LWL=65.37m垂线间长 Lpp=60m型宽 B=10.9m型深 D=5.35m 平均吃水 Tm=4.2m棱形系数 Cp=0.695 方形系数 Cb= 0.662排水体积 =1823.41m3排水量 =1869t主机型号 ZC6300;一台主机功率 MHP=900HP转速 N=350r.p.m桨轴线中心距基线高 Zp=1.7m4.2船体阻力计算（艾亚法）水线长Lwl=62m宽度吃水比B/T=2.595垂线间长Lpp=60m方形系数Cb=0.662型宽B=10.9m纵向浮心位置xc=0.8%,船中后吃水T=4.2mL/ 1/3=4.871m排水量（海水）=1869t0.64=129.39m速度V（kn）设计航速9101112Fr=Vs/1.161.291.421.54傅汝德数Fr=Vs/0.371 0.4120.4540.495标准Co150140125115标准Cbc0.540.660.820.94实际Cb（%）21.2f0.3f19.2s22sCb修正（%）42.10.6012.613Cb修正数量1630.8415.7514.95已修正Cb之C187139141129B/T修正%=-10Cb（B/T-2）%-3.93-3.93-3.93-3.93B/T修正数量2-15.38-15.47-20.3-17.8已修正B/T之C271.62123121111.2标准XC，%L2.52(h)2.55(h)2.56(h)2.57(h)实际XC，%L0.8(后)0.8(后)0.8(后)0.8(后)相差%L1.72(后)1.75(后)1.76(后)1.77(后)XC修正（%）-3.8-4.6-4.7-4.8XC修正数量，3-2.72-5.65-5.67-5.34已修正XC之C368.9117115107长度修正%=（LW1-1.025LBP）/ LWL100%5.95.95.95.9长度修正数量，4+4.06+6.9+6.78+6.31已修正长度之C472.9695.9121.78113.31Vs3729100013311728Pe=0.64V3/C40.735(kw)950988104614544.3 船身效率计算（按汉克歇尔公式）船身效率计算，目的是为了实现船的敞水工作数据转化，一般采用汉克歇尔公式：伴 流 分 数： = 0.77Cp0.28 = 0.254 （单桨渔船为 = 0.77Cp0.28，双桨渔船为 = 0.7Cp0.3）推力减额分数：t = 0.77Cp0.30 = 0.234 （单桨渔船为 t = 0.77Cp0.30，双桨渔船为 t = 0.5Cp0.18）船 身 效 率：H =1.027相对旋转效率：r = 14.4 螺旋桨收到马力计算 在螺旋桨收到马力计算时，应该考虑到船的耐波性。应扣除主机10-15%主机马力。一般情况下，船需要拖带一台发电机，所以发电机的马力要扣除。收到马力DHP=（主机马力-发电机马力）轴系传递效率减速箱效率。轴系数效率取：s = 0.97 船 身 效 率：H =1.027 收 到 马 力：DHP =（ MHP-）sH =0.971.027=873 HP（公制）换算为英制马力 DHP = 873 =861.5 HP（英制）【PD】4.5 假定设计航速下有效推马力计算 由于采用艾亚法计算船体阻力数据不是很准确，尤其是在计算傅汝德Fn0.4时误差更大。因此船体在假定航速下的有效马力一般依据母船给定。假定航速(按照母船)1011121314THP2773615287891216根据B4-55，B4-70，B4-85的Bp-图谱列下表计算。序号项目单位数 值1假定航速VsKn10111213142VA = Vs (1)Kn7.46 8.2068.9529.69810.4443Bp = NPD0.5/VA2.50.565.648 51.6741.6434.0528.614B4-55287238224198183500.4890.5180.550.580.596THP = PDH0rHp4184574865105207B4-70 268245226204186800.4750.5030.5280.5560.5729THP = PDH0rHp 41544245949150310B4-852652392171981841100.4630.4890.5180.540.56212THP = PDH0rHp409424450477495根据上表推马力的计算结果绘制THPVs的曲线，如图所示：EHP 10 11 12 13 14 46 初步确定桨的要素：从THP曲线与EHP曲线交点处可获得不同盘面比的Vs,并查BP图谱得各要素,如下表所示：序号计算项目单位B4-55B4-70B4-851设计航速VsKn11.311.211.12VA = Vs (1)Kn8.438.358.283Bp = NPD0.5/VA2.50.549.1850.3651.4342552562575P/D0.720.730.76600.550.4920.4727D=VA/3.28Nm1.8731.8621.8564.7 推力计算本船不是拖网渔船，不需要进行推力计算。4.8 空泡校核螺旋桨工作时，桨叶的背面压力降低形成吸力面，若某处压力降至临界值以下，将导致爆发式的气化，水汽通过截面进入水中使之膨胀，形成气泡，称之为空泡。按瓦根宁根水池限界线，计算不发生空泡的最小盘面比。104.6fs2/m4桨轴沉深 hs=T-ZP=5.9-1.7=4.2m（T为设计吃水，一般比平均吃水数值大，此处参考母船）计算温度20 则PV238f/m2按瓦根宁根界限进行计算, 10330+10254.2-174=14461kgf/计算温度 = 174 kgf/ =2063.88hp =104.63 kgf序号计算项目单位数 值B455B4-70B4-701Vmax11.311.211.12VA=0.5144 Vmax (1-)4.344.264.223596.25596.65613.064648.33640.22635.4050.3720.3770.3796 (查瓦格宁根界限线)0.160.160.1778201.47406.87165.881.511.381.3491.361.241.19100.5350.4870.46811Ap=(1.067-0.22P/D)1.2361.2011.1394.9 确定设计螺旋桨的要素 根据上述计算结果作图可求得不发生空泡的最小盘面的比以及所对应最佳螺旋桨要素。 AE / A0 =0.52 Vs =11.2 Kn P / D =0.72 D =1.8 m 0 =0.53 空泡校核计算结果4.10 强度校核为了使螺旋桨具有足够的强度，使其在正常航行状态下，不致破损或者断裂，规范第三分册第三篇中，对螺旋桨强度作了明确的规定。按1983规范校核及，（见表3），应不小于下式计算之值： t= ;计算功率=9000.98=882hp 0.52 P/D=0.72 G=7.6 =882r/min =0.2261.80.52/0.4=0.53m =0.722=0.37=0.9911=0.52项目单位数值0.25R0.6R弦长bm0.370.52K1634207K2 250151K31410635K4434A1=D/P0.7R(K1-K2D/P0.7R)+K3D/P0.7R-K42355845Y=1.36A1Ne/ZbN54511390K58223K63412K74165K8380330A2=D/P(K5+K6)+K7+K818171587材料系数 K（锰铁黄铜）11X=A2GAdN2D3/1010Zb0.350.22tmm9238B型标准桨厚度tmm61.430.5校核结果（tt则不满足）不满足不满足实取桨叶厚度mm93384.11 确定设计桨各切面厚度 实际桨叶厚度按t1.0 R = 0.003D = 5.4mm与t0.25R=0.037D=66mm连成直线决定，见附图 t0.265 mm， t0.357 mm，t0.449 mm，t0.543 mm，t0.635mm，t0.727 mm，t0.821 mm，t0.912 mm，t1.05.4mm4.12 螺距修正螺旋桨设计中，有些参数往往所用的螺旋桨系列不同，计算所得的厚度小于所选用系列的桨的厚度时，尚可直接采用系列桨的厚度及厚度分布，其缺点是浪费材料；若计算中为满足强度要求不得不增加厚度时，将导致设计螺旋桨叶厚度分布大于系列螺旋桨叶厚分布。在这种情况下，必须对设计螺旋桨进行修正，使两者性能相同。B型桨在0.7R处切面最大厚度为：t0.7 =0.0156D = 28 mm,实桨t0.7 = 27 mm，因两者不相等，所以进行螺距修正。（1）模型桨在0.7R处无升力角和螺距计算：螺距P0.7=D=0.721.8=1.296 m （即D）螺距角=tg-1 = tg-1 = tg-10。3276=18.14切面随边端圆直径：=0.00108D=1.9 mm切面平均拱度：f=0.5(t0.7-)=0.5(28-1.9)=13.05 mm 切面弦长：b0.7=2.144AED/ZAO=0.511 m 无升力角：=100 = 100=2.61（2）实际螺旋桨在0.7R处的无升力角和螺距计算：实际桨在0.7R处最大厚度：t0.7=27mm 随边端圆直径：= t= = 27=1.83切面平均拱度：f=0.5(t-)= 0.5(27-1.83)=12.58 mm切面弦长：b0.7=511 无升力角：=100 = 100=2.46则修正后的螺距角：=+-=17.990修正后的螺距为：P=0.7Dtg=0.73.141.8tg18.05=1.29m修正后的螺距比：P/D=0.724.13. 重量及惯性矩计算 在设计中，必须进行中量和惯性矩的估计，以提供轴系计算、工厂备料以及离心力计算等需要。螺旋桨重量为叶片重量和毂重量之和。中量估算采用船舶及海洋工程设计研究院公式： 桨叶重：Gbl = 0.169Zb0.6R (0.5t0.2+t0.6) (1d / D) D =0.169841040.52(0.50.065+0.035) (10.18) 1.8 =294.53 kgf为标准毂径比，查教材108页知，为0.18 桨毂重： Gn = (0.880.6d0 / d)LKd2 =(0.880.60.176/0.324) 0.428410(0.324)2 =205.44kgf 式中：d0 = 0.045+0.108(PD / N)1/3KLK / 2 =0.045+0.108(861/350)1/3 1/2(1/150.42)=0.176 LK为毂的长度，对于单桨船，其长度可按照下式计算： LK=dh+100=d/DD=0.181.8+100=0.42 螺旋桨重量：G = Gbl+Gn =294.53+205.44=499.97kgf 螺旋桨的惯性矩：Imp = 0.0948Zb0.6R (0.5t0.2+t0.6) D3 =0.0948841040.52(0.50.065+0.038) 1.83 =681.82kgfcms2 4.14. 毂径形状及尺寸计算(PD/N)1/3毂和毂帽必须使水流顺利的流过，避免产生漩涡。其尺寸以及形状可根据造船经验确定，一般按照如下公式计算：螺旋桨轴径dt的确定值：按照如下图来确定，图中PD是螺旋桨最大连续功率时的收到马力，N是螺旋桨转速。(PD/N)1/3 =1.35,查表得，dt=175。螺旋桨的毂径dh的确定值：对于B型螺旋桨而言，dh=（1.8-2.1）dt，取1.85计算得dh=320mm.。毂前后两端直径d1 和d2的确定值：按如下经验公式确定： d1/dh=1.05-1.15 取1.10计算得d1=352mm d2/dh=0.75-0.90 取0.85计算得d2=272mm桨毂长度L0的确定值：桨毂长度L0=dh+100mm=320+100=420mm减轻孔的长度L1的确定值：一般取值为L1=0.3L0=126mm毂部筒圆厚度的确定值：=0.75 t0.2R=0.7565=47mm叶面叶背与毂径连接处的圆弧半径的确定值：r1=0.033D=0.0331.8=60mm r2=0.044D=0.0441.8=79mm4.15 螺旋桨计算总结 螺旋桨直径 D = 1.8 m 螺 距 比 P / D = 0.72 叶 数 Z = 4 叶 盘 面 比 AE / A0 = 0.52 纵 倾 角 = 15O 螺旋桨效率 0 = 0.53 设 计 航速 VS = 11.2 Kn 毂 径 比 d / D = 0.167 旋 向 左旋 材 料 锰铁黄铜4.16螺旋桨型值计算 B型螺旋桨伸张轮廓型值表伸张轮廓型值表（单位：mm）/ R0.20.30.40.50.60.70.80.91.0辐射基线至随边(mm)148.81169.93190.200207.97223.99238.06246.58239.70102.71辐射基线至导边(mm)239.19268.46287.23293.76286.00262.14212.41129.28切面弦长(mm)388.00438.39477.46501.73510.00500.20459.00368.98-切面最厚处至导边(mm)135.80153.43167.11178.11198.39221.59219.86184.49切面最大厚度(mm)65.8858.3250.7643.2035.6428.0820.5212.965.40 B型螺旋桨各半径处切面纵坐标 （单位：mm）各纵坐标至切面最厚处距离（以导边或随边至最厚处长度的%计）导边和随边 端圆直径由随边到最厚处由最厚处到导边/ R10080604020204060809095100/ R导边随边以最大厚度百分数计的切面纵坐标值叶 背0.2354756636461574842370.250.3294149555654494136310.340.4233442484846413429260.40.5182837424240352924210.530.6142430343432282218150.630.711182326262420151290.720.8581012121086430.820.924455442210.91叶面0.22087411491326300.2220.31473113691321叶梢220.49311469170.541246130.62-2390.7-140.8-其余见螺旋桨图第五章 结论 我的毕业设计到此结束，虽然用了两个月的时间做这次毕业设计，但其中仍有很多错误和不足之处。毕业设计是一次专业知识的综合运用，能力的具体检验。能在这样的实践演练中培养思考和动手的能力，是一次难得的机会，我感觉到我对船舶的总体设计有了一个初步的认识。21世纪是海洋的世界，小型货船则是海上运输重要工具，杂货船在世界航运业中占有者十分重要的位置。近二十多年来船舶事业发展迅速，货船在总体设计、船体结构、舱面布置等方面都有不少改进，船型基本稳定，也出现了不少配有先进设备的新型船只。因此，货船设计与建造在今后将是极具挑战性的。货船既要保证具有最佳经济性，又要考虑快速性、稳性、生产作业所要求的布置等各方面因素。因此，设计是极为庞杂繁琐的过程，需要我们建立整体框架，学会触类旁通，融会贯通所学到的船舶设计知识。本次设计过程中，得到了很多老师的帮助，尤其是我的指导老师，对我的帮助很大。但是设计中有许多问题与不足，希望老师给予批评，能在今后的学习与工作中汲取教训，完善自己、提高自己。 参考文献1 上海市造船公司国外资料编译组.国外标准型万吨级货船.上海:上海科学技术情报研究所.19742 林仁杰.船舶设计原理.北京:国防科技出版社.19893 广东工学院造船系编写组编.船用螺旋桨设计.北京:人民交通出版社.19764 王海筹.张永良编著.渔船螺旋桨实用设计.北京:农业出版社.19815 杨永祥,茆文玉,翁士纲.船体制图.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社.20036 王肇庚,龚昌奇.运输船舶设备与系统.北京:人民交通出版社.20017 顾敏童.船舶设计原理.上海:上海交通大学出版社.20018 盛振邦,刘应中.船舶原理.上海:上海交通大学出版社.20039 大连理工大学工程画教研室.机械制图.北京:高等教育出版社.200110 黄德波.船舶工程专业英语.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社.200111 中华人民共和国海事局.船舶与海上设施法定检验规则2004.北京:人民交通出版社.200412 中国船级社.钢质海船入级与建造规范2001.北京:人民交通出版社.2001致谢到此，我为期两个月的毕业设计已经结束了，在设计过程中，遇到了各种各样的问题和困难，承蒙各位老师和该行业技术人员的细心指导，特别是我的指导教师老师的细心指点，给予我极大的帮助。在两个多月的设计过程中，我得到了很多来自老师和同学的宝贵的指导和帮助才使得我所学的专业知识得以融会贯通。如果没有他们的帮助和教导我不可能顺利的完成本次设计，在此一并向曾经给过我帮助的各位专业老师表示最衷心的感谢。在今后的学习和工作中，我会加倍努力，不断的提高自己的专业知识，来回报母校和老师。最后，再一次向各位专业老师致以最诚挚的谢意！摘 要本文所阐述的这艘小型货船在结构上为单机单桨单甲板、底部为单层底和双层底混合式结构，总体上为横骨架式，该船在各种状态下的浮态稳性和结构强度均满足规范要求。本船主要介绍了主尺度确定、总布置设计和螺旋桨设计方面的内容。本船居住条件优越，共有船员21人，航区为二类航区，自持力为15天，载货量为1100吨。关键词：结构，主尺度，设计AbstractThese thesis designs the cargo with a single host, a single deck and a single airscrew.The bottom of the cargo consists of commixture with single layer and bilayer.Its framework is framingal in the mass. The intial stability at small angle of inclination and the longitudinal strength reaches the standard.The design chiefly introduces the information of the principal dimension,the design of the chief collocation , and the design of airscrew.The habitat condition of the cargo is ascendant enough to provide 21 seamen for lasting 15 dayswith 1100 tons goods.Key words：construction， principal dimension，design毕业设计说明书目录第一章 引言1第二章 全船说明书22.1 总体部分22.1.1 概述22.1.2 主要数据22.1.2.1 主尺度22.1.2.2 主要船型系数22.1.2.3 载重量32.1.2.4 稳性32.1.3 布置情况简介3第三章 主尺度确定43.1 母型船主尺度43.2 设计船主尺度43.3 设计船航速及主尺度确定53.3.1求航速53.3.2确定主尺度53.3.3计算设计船排水量63.4稳性校核6第四章 螺旋桨设计计算说明书74.1已知货船主要要素74.2船体阻力计算（艾亚法）74.3 船身效率计算（按汉克歇尔公式）94.4 螺旋桨收到马力计算94.5 假定设计航速下有效推马力计算946 初步确定桨的要素：114.7 推力计算124.8 空泡校核124.9 确定设计螺旋桨的要素134.10 强度校核144.11 确定设计桨各切面厚度164.12 螺距修正164.13. 重量及惯性矩计算174.14. 毂径形状及尺寸计算184.15 螺旋桨计算总结194.16螺旋桨型值计算20第五章 结论22参考文献23致谢243