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船用螺旋桨的设计原理

鏃ユ湡;2019-07-28  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  船用螺旋桨的设计原理_机械/仪表_工程科技_专业资料。简要介绍船用螺旋桨的结构及设计原理

  船用螺旋桨的设计原理 摘要:螺旋桨是造船行业必备的推进部件,它的设计精度将直接影响船的推进速度,它为 船的前进提供的推力。 螺旋桨设计是整个船舶设计的一个重要组成部分,它是保证船舶快速性的一个重要方面。 一般螺旋桨设计是在初步完成了船舶线型设计, 并通过估算或用船模试验的方法确定了船体有效 功率之后进行的。船在水面或水中的航行时遭受阻力,为了使船舶能保持一定的速度向前航行, 必须供给船舶一定的推力, 以克服其所承受的阻力。 作用在船上的推力是依靠专门的装置或机构 通过吸收主机发出的能量并把它转换成推力而得, 而这种专门吸收与转换能量的装置或转换能量 的装置或机构统称为推进器。推进器种类很多,例如风帆,民轮,直叶推进器,喷水推进器及龙 叶螺旋桨等,螺旋桨构造简单,造价低廉,使用方便,效率较高,是目前应用最广的推进器。 结构组成 螺旋桨俗称车叶,通常由桨叶和浆毂组成。螺旋桨与尾轴连接部分叫浆毂,浆毂是一个锥 形体。为了减小水的阻力,在浆毂后端加一整流罩,与浆毂形成一光顺流线形体,称为毂帽。 螺旋桨在水中产生推力的部分叫桨叶,桨叶固定在浆毂上。普通螺旋桨常为 3 叶或 4 叶,2 叶螺旋桨仅用于机帆船或小艇上,近年来有些船舶(如大吨位大功率的油船),为避免震动而采 用 5 叶或 5 叶以上的螺旋桨。 由船尾向前看时所见到的螺旋桨桨叶的一面称为叶面,另一面称为叶背。桨叶与毂连接处 称为叶根,桨叶的外端称为叶梢。螺旋桨正车旋转时先入水的一边称为导边,另一边称为随边。 螺旋桨旋转时叶梢的圆形轨迹称为梢圆。梢圆的直径称为螺旋桨直径,以 D 表示。梢圆的面积称 为螺旋桨的盘面积以 Ao 表示,可用下式表示它们之间的关系: 结构计算要素 1)螺旋桨直径:首先考虑与尾型和吃水的关系,在绘制船体线型时,已基本决定了螺旋桨 的轴线位置和可能的最大直径。从尾型和吃水条件看,普通船舶的螺旋桨直径大约在下列范围: 单桨 D=(0.7~0.8)Tw;双桨 D=(0.6~0.7)T w. 式中 Tw 为船舶满载时的船尾吃水。 只要螺旋桨直径 未超过尾型和吃水条件的限制, 就可以通过设计图谱求得敞水效率最佳的螺旋桨直径。 但是由于 船后伴流不均匀性的影响,敞水最佳直径与船后最佳直径略有差别。随着伴流不均匀的程度,最 佳直径应有不同程度的减小:单桨所处的位置的伴流不均匀性较大,最佳直径要减 3~5%;双桨 所处的位置伴流比较均匀,最佳直径约减少 2~4%。 2)盘面比:若螺旋桨的直径、螺距、转速和叶数均相等,则推力和转距均随盘面比的增加 而增大。但盘面比大时,翼栅作用较甚,桨叶的摩擦阻力也较大,螺旋桨的效率就较低。盘面比 太小时, 因强度需要, 势必增加桨叶厚度, 这时桨叶单位面积所发出的推力较大, 容易发生空泡, Ao=π D2/4。 且会增加涡旋阻力,致使效率反而降低。所以在设计螺旋桨时,均选择不发生空泡的最小盘面 比。 3)桨叶轮廓形状:桨叶的外形轮廓多螺旋桨的效率和空泡性都能有影响。但是通过我们现 场反馈的意见表明,对一般接近椭圆形的桨叶,叶形的变化对螺旋桨效率影响不大。 4)叶数:螺旋桨叶数的选择应根据船型、吃水、推进性能、振动和空泡多方面加以考虑。 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, 叶数多者因叶片与叶片间产生 的相互干扰作用较大,效率常略低。叶数多者对减小振动有利,叶数少者对避免空泡有利。 5)螺旋桨转速:螺旋桨转速低一些,则直径可以较大,效率也会较高,但对主机来说,转 速高,则机器效率高,主机的重量和尺寸也可以减小,从这里可以看出螺旋桨转速和主机转速要 求之间是相互对立而又互相联结。 因此就需要螺旋桨的转速和主机的转速之间要匹配好。 但在进 行一般民用船舶的螺旋桨设计时, 主机往往是从现已生产的一定功率的几种船用主机中加以比较 选取,更多的情况是先有主机再进行船舶设计。因此在设计螺旋桨时,螺旋桨的转速常是给定 的。 在功率相同的情况下,则但螺旋桨船的推进效率高于双螺旋桨,这时因为单螺旋桨位于船 尾纵中剖面上,伴流较大,而且单桨的直径较双桨大,故其效率较高。


 
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