.

Расчет общесудовых систем морских судов

Все основное оборудование общесудовых систем является составной частью СЭУ. К общесудовым системам относят противопожарную, осушительную, балластную, санитарную и др.

Система осушения

Внутренний диаметр осушительной магистрали и приемных отростков D непосредственно присоединяемых к насосу, должен определяться по формуле

Dо=1.5·L·(B+H)+25,мм,          Форм. 1

где:

  • L, B, H – длина, ширина и высота борта судна, м.

Внутренний диаметр приемных отростков dо присоединяемых к магистрали, а также Судовые системы и трубопроводыдиаметр приемного трубопровода ручного насоса должны определяться по формуле

dо=2.0·l·(b+H)+25,мм,          Форм. 2

где:

  • l – длина осушаемого отсека, измеряемая по его днищу, м;
  • b – ширина осушаемого отсека, м.

Во всех случаях внутренний диаметр осушительных трубопроводов должен быть не менее 40 мм, на судах длиной менее 10 м допускается уменьшение этого диаметра до 20 мм.

Внутренний диаметр труб, присоединяемых непосредственно к осушительному насосу, должен быть равен внутреннему диаметру приемного патрубка насоса.

После округления диаметра осушительной магистрали до ближайшего стандартного размера, находят производительность осушительного насоса

Qн.о=0.0036·π·dо24·V=0.0056·dо2,м3/ч,          Форм. 3

где:

V = 2 – скорость воды в приемной магистрали, м/с.

По найденной производительности подбирают насос, приняв напор Н = 15…25 м.

Для предотвращения загрязнения внутренних вод нефтепродуктами, выброс подсланевых вод из машинных, котельных, насосных и дизель-генераторных отделений за борт категорически запрещается и для их сбора на самоходном судне должны быть предусмотрены соответствующие цистерны. Объем этих цистерн зависит от мощности главного двигателя:

  • Nе < 290 кВт – Vц = 5 м3;
  • Nе = 290.735 кВт – Vц = 8 м3;
  • Nе = 735….1470 кВт – Vц = 12 м3;
  • Nе > 1470 кВт – Vц = 15 м3.

Система балластная

Грузовые помещения и балластные цистерныБалластная система служит для приема балластной воды на судно и ее откачивания. Внутренний диаметр отростков балластных трубопроводов dб для отдельных цистерн должен быть не менее определяемого по формуле

dб=16·Vбз,мм,          Форм. 4

где:

  • Vб – вместимость балластной цистерны (определяется по судну-прототипу), м3.

Полученный диаметр округляется до ближайшего стандартного размера, затем рассчитывается подача балластного насоса по формуле (3).

Системы противопожарные

Система водотушения

Суммарную подачу основных пожарных насосов следует определять из условия одновременного обеспечения 15 % количества всех установленных на судне пожарных кранов, но не менее трех, а для судов с двигателями суммарной мощностью 220 кВт и менее – не менее двух при подаче струй самыми большими насадками, применяемыми на судне. Таким образом, подача пожарного насоса должна удовлетворять двум требованиям:

Qпн0.15·z·Qшл,м3/ч;

Qпн(2 или 3)·Qшл,м3/ч,          Форм. 5

где:

  • z – количество пожарных кранов, установленных на судне;
  • Qшл – расход воды на один шланг, м3.

Расход воды на один пожарный шланг определяется по уравнению истечения воды из спрыска

Qшл=3 600·μ·fс·2·g·Hс,м3/ч,          Форм. 6

где:

  • μ = 0.98…1.0 – коэффициент истечения из спрыска пожарного ствола (брандспойта);
  • g = 9.81 – ускорение свободного падения, м/с2;
  • fс – площадь сечения отверстия спрыска ствола диаметром dс, м2;
  • Hс – напор воды у спрыска ствола, м. вод. ст.

Площадь сечения отверстия спрыска ствола можно определить по формуле

fс=π·dс24,м2,          Форм. 7

где:

  • dс – диаметр спрыска, м.

Стандартные диаметры насадок следует принимать равными 12, 16 и 19 мм или близкими к этим размерам.

Диаметр насадки ручных стволов на открытых палубах судов грузоподъемностью 1 000 т и более, на пассажирских судах длиной 50 м и более, судах технического флота и плавучих доках должен быть не менее 16 мм.

Общий напор у спрыска ствола можно определить по формуле

Hс=Sв1φ·Sв,м.вод.ст.,          Форм. 8

где:

  • φ = 0.023….0.006 – коэффициент, зависящий от диаметра спрыска ствола, при этом меньшие значения коэффициента соответствуют большим значениям диаметра ствола;
  • Sв – общая высота вертикальной струи

Sв=α0·Sк,м.вод.ст.,          Форм. 9

где:

  • a0 = 1.2 – коэффициент, учитывающий раздробленную часть струи;
  • Sк > 10 – высота компактной части струи, принимаемой над уровнем палубы самой верхней Конструкция надстроек и рубокнадстройки и рубки, независимо от места установки пожарного крана, м. вод. ст.

Определив расход воды на один шланг, проверяют оба вышеприведенные условия и по наибольшему результату устанавливают необходимую подачу пожарного насоса.

Расчет системы воздушно-механического пенотушения

Общее количество эмульсии в литрах, необходимое для локализации пожара в том или ином помещении, определяется по выражению

Vэ=F·q·t,л,          Форм. 10

где:

  • F – площадь, покрываемая пеной, м2;
  • q – интенсивность подачи эмульсии, л/(м2 -мин);
  • t – расчетное время непрерывной работы установки, мин.

В системе пенотушения в качестве огнетушащего вещества может вырабатываться пена кратности:

  • низкой – около 10:1;
  • средней – между 50:1 и 150:1;
  • высокой – около 1 000:1.

Интенсивность подачи эмульсии для получения пены и расчетное время непрерывной работы принимается согласно Таблица 1.

Таблица 1. Зависимость интенсивности подачи раствора и продолжительности работы системы от кратности пенообразования
Наименование помещенийИнтенсивность подачи и раствора, м3/(ч-м2), при кратности пенообразователяРасчетное время непрерывной работы, мин.
10:1100:1000:1
Грузовые цистерны (танки) для воспламеняющихся жидкостей с температурой вспышки паров 60 °С и ниже и палубы этих цистерн (танков)(0.36; 0.036; 0.18)10.363302
Грузовые цистерны (танки) для воспламеняющихся жидкостей с температурой вспышки паров выше 60 °С и и топливные цистерны0.3630.27320
Трюмы для сухих опасных грузов0.24345
Машинные и другие помещения, оборудование которых работает на жидком
топливе
0.27320
0.06Продолжительность работы должна быть достаточной для обеспечения пятикратного заполнения объема защищаемого помещения
Кладовые для хранения воспламеняющихся жидкостей, материалов и веществ, сжиженных и сжатых газов0.27320
1 Интенсивность подачи раствора выбирается такой, при которой обеспечивается наибольшая производительность системы, и должна быть не менее следующих значений:
0.36 м3 на 1 м2 площади горизонтального сечения цистерны (танка), имеющей наибольшую площадь;
0.036 м3 на 1 м2 площади палубы грузовых цистерн (танков), определяемой как произведение максимальной ширины судна на длину палубы, занимаемой цистернами (танками);
0.18 м3 на 1 м2** площади, защищаемой лафетным стволом наибольшей производительности и полностью расположенной в нос от него, однако не менее 75 м3.
2 На нефтеналивных судах, оборудованных системой инертного газа, расчетное время работы системы должно быть не менее 20 мин.
3 За расчетную следует принимать площадь горизонтального сечения наибольшего защищаемого помещения.

 
За расчетную площадь следует принимать площадь горизонтального сечения наибольшего защищаемого помещения.

Предлагается к прочтению: Суда с механическим двигателем

Количество воды, необходимой для образования эмульсии

Vв=VэKпо,л,          Форм. 11

где:

  • Kпо – коэффициент, учитывающий процентное содержание пенообразователя в эмульсии:
    • для пены кратностью 10:1 – 1.04;
    • для пены кратностью 100:1 – 1.06;
    • для пены кратностью 1000:1 – 1.08;

Часовая подача насоса, подающего воду в систему

Qв=60·Vвt·103,м3/ч.          Форм. 12

Количество пены, поданной за период времени т определяется как

Vп=Vэ·Kрп,л,          Форм. 13

где:

  • Kрп = 10:100 или 1 000 – коэффициент расширения пены.

Расход пенообразователя

Vпо=VэVв,л.          Форм. 14

Вода в систему пенотушения может подаваться самостоятельным насосом с подачей Qв или пожарным насосом.

Если системы водотушения и пенотушения будут питаться от одного насоса, то его подача должна удовлетворять одновременной работе двух пожарных кранов (стволов) при полном расходе воды на систему пенотушения, т.е.

Qпн=2·Qшл+Qв,м3ч.          Форм. 15

По величине Q′пн подбирается соответствующий насос.

Системы санитарные

Санитарные системы буксирных судовОсновное назначение санитарных систем – снабжать команду и пассажиров водой для бытовых нужд, а также удалять за борт нечистоты и загрязненные (сточные) воды. В состав санитарных систем входят: система водоснабжения, сточно-фановая и система шпигатов.

Система водоснабжения

Производительность станции подготовки питьевой и мытьевой воды (СППВ)

Qст=Kст·qэ·Aэ+qп·Aп1 000·tст,м3/ч,          Форм. 16

где:

  • Kст = 1.05 – коэффициент запаса;
  • qэ и qп – нормы расхода воды на человека в сутки, экипажа и пассажиров, соответственно, л;
  • Aэ и Ап – количество людей на судне, экипажа и пассажиров, соответственно, чел;
  • tст – время работы станции в сутки, ч:
    • tст = 10 – для грузовых и буксирных судов;
    • tст = 20 – для пассажирских водоизмещающих судов.

Нормы расхода воды регламентируются СанПиН 2.5.2-703-98 и зависят от группы судов. Численные значения норм приведены в Таблица 2.

Таблица 2. Минимальные нормы водопотребления для водоизмещающих судов
Норма расхода воды, л/(чел-сут)Группа судна
IIIIII
для экипажа754015
для пассажиров703510

 
Объем накопительного бака с учетом пикового расхода воды можно принимать равным 4-х часовой производительности станции

Vнб=4·Qст,м3.          Форм. 17

Полезная вместимость гидрофора

Vпг=Qчi,м3,          Форм. 18

где:

  • i = 2….6 – количество заполнений гидрофора в час;
  • Qч – часовой расход воды

Qч=qэ·Aэ+qп·Aп1 000·24,м3/ч,          Форм. 19

Полная вместимость гидрофора при оптимальном отношении давлений P1/P2 = 2 будет равна

Vг=2.1·Vпг,м3.          Форм. 20

Начальное давление воздуха в гидрофоре принимается P1 = (0.3…0.4) МПа, конечное P2 = (0.15….0.2) МПа.

Подача санитарного насоса, подающего воду в гидрофор

Qсн=Kсн·qэ·Aэ+qп·Aп1 000·tсн,м3/ч,          Форм. 21

где:

  • Kсн = 1.05….1.10 – коэффициент запаса;
  • tсн – время работы станции в сутки, ч:
    • tсн = 2….3 – для грузовых и буксирных судов;
    • tсн = 8….10 – для пассажирских водоизмещающих судов.

Система сточно-фановая

С целью предохранения вод от загрязнения сточными и фановыми водами на каждом судне должна быть предусмотрена специальная цистерна для их сбора вместимостью

Vсф=Kсф·qсф·A·tр,м3,          Форм. 22

где:

  • Kсф = 1.1…1.2 – коэффициент запаса;
  • qсв – удельное значение накопления сточных вод, принимается по Таблица 3, м3/(чел. ·сут.);
  • A – количество членов экипажа и пассажиров на борту судна, чел;
  • tрСколько стоит уйти в рейс?продолжительность рейса судна между городами, где возможна сдача сточных вод на очистные станции. Обычно принимается для пассажирских судов равным временем рейса между крупными городами, т.е. 1….2 суток. Для буксиров и грузовых судов это время хода между начальными и конечными пунктами рейса и равно 2….5 суткам.
Таблица 3. Удельное значение накопления сточных вод для различных типов судов
Тип судна№ проектаqсв, м3/(чел.-сут.)
Крупные пассажирские суда с индивидуальными душевыми и умывальниками301,302, 92-16, КУ-040, КУ-0560.18
Крупные пассажирские суда с умывальниками в каютах и общими душевыми588, 26-370.14
Средние пассажирские суда с умывальниками в каютах305, 646, 7850.12
Крупный грузовой и буксирный флот507, 1565‚ 781, 791, 613, 758, 1557, 2-95 и др.0.12
Средние грузовые и буксирные суда276, 866, Р 98 и др.0.09
Мелкие грузовые и буксирные судаРМ-376, Т-63, 1606, 1660, Р-96 и др.0.07
Мелкий пассажирский внутригородской и скоростной флот780, 342Э, 340Э, 352, Р-51 и др.0.003
Технический флот и несамоходные суда с
людьми на борту*
0.09
*Для землечерпательного каравана накопление сточных вод рассчитывается исходя из
количества людей, находящихся на всех судах, входящих в его состав.

 
Подача насоса для удаления (выдачи) сточно-фановых вод

Qсф=(1.0...3.0)·Vсф,м3/ч,          Форм. 23

то есть обеспечивает выдачу от 20 мин до 1 часа.

Система вентиляции машинных и насосных отделений

Количество приточного воздуха, поступающего в машинное отделение в теплый период навигации, должно определяется из условий растворения (удаления) избыточных количеств теплоты, выделяемых работающими механизмами, и должно быть достаточным для обеспечения работы двигателей и котлов при любых условиях эксплуатации судна, а также обеспечения требуемых условий работы обслуживающего персонала.

Общее количество воздуха, подаваемого в машине отделение, определяется по выражению

Lв=QизбCв·ρв·t,м3/ч,          Форм. 24

где:

  • ΣQизб – суммарные избыточные тепловыделения в воздух работающими механизмами, кДж/ч;
  • Cв = 1.01 – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг · °С);
  • Δt – разность температур воздуха в МО и наружного, согласно санитарным нормам, °С;
  • ρв – плотность воздуха при наружной температуре, кг/м3

ρв=ρ01+tн273,кг/м3,          Форм. 25

где:

  • ρ0 = 1.293 – плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3;
  • tн – температура наружного воздуха, принимается в зависимости от района плавания судна по ГОСТ 24389-80, °С.

Избыточные тепловыделения определяются по выражениям для Испытания судовых ДВСДВС

QДВС=0.02·gв·Nв·Qнр,кДж/ч,          Форм. 26

для котла

Qк=0.05·Bк·Nв·Qнр,кДж/ч,          Форм. 27

для электродвигателей

Qэд=3 600·N·(1η)η,кДж/ч,          Форм. 28

где:

  • Bк – часовой расход топлива на котел, кг/ч;
  • N – суммарная мощность электродвигателей, установленных в МО, кВт;
  • η = 0.85….0.87 – усредненный к.п.д. электродвигателей.

Суммарные избыточные тепловыделения в воздух работающими механизмами определяются по формуле

Qизб=QДВС+Qк+Qэд,кДж/ч,          Форм. 29

При комбинированной системе вентиляции весь приточный воздух должен подаваться искусственно, а вытяжной воздух удаляться естественным путем.

Читайте также: Успокоители качки судна

Количество вытяжного воздуха из МО подсчитывается как разность приточного воздуха и воздуха, потребляемого работающими главными двигателями (если двигатели забирают воздух из МО)

Lв=LвLд,м3/ч,          Форм. 30

Количество воздуха, потребляемого двигателями

Lд=60Vц·ηv·n·z,м3/ч,          Форм. 31

где:

  • ΣVц – рабочий объем цилиндров двигателя, м3;
  • ηv = 0.7…1.0 – коэффициент наполнения цилиндров воздухом, меньшие значения которого принимаются для безнаддувных машин, а большие для машин с наддувом;
  • n – частота вращения вала двигателя, мин-1;
  • z – коэффициент тактности, равный:
  • z = 0.5 – для четырехтактных двигателей;
  • z = 1 – для двухтактных двигателей.

Вентиляция насосных отделений должна быть самостоятельной и обязательно комбинированной или искусственной. При комбинированной системе вытяжка, т. е. удаление воздуха из насосного отделения, должна быть искусственной.

Количество воздуха, подаваемое в насосное отделение, подсчитывается по кратности обмена

Lв=V·n,м3/ч,          Форм. 32

где:

  • n = 30….40 – кратность обмена.

Грузовая и зачистная системы танкеров

Подача грузового насоса подсчитывается исходя из времени выдачи (приема) груза. Это время для речных судов принимается от 5 до 9 часов в зависимости от грузоподъемности

Qгн=Gt·ρг,м3/ч,          Форм. 33

где

  • G – грузоподъемность танкера, т;
  • t – время выдачи (приема), ч;
  • ρг – плотность нефтепродуктов, т/м3.

На танкерах обычно ставится два насоса и соединяют их на параллельную и последовательную работу.

Доля груза, подлежащего зачистке, составляет обычно 4.10 %, меньшие значения относятся к более крупным судам. Для удаления этих остатков ставят зачистные насосы с подачей 25….100 м/ч.

Расчет количества теплоты, потребной на судне

Расход теплоты на отопление помещений составляет главную часть общей потребности в теплоте на судне (исключая подогрев груза на танкерах).

В курсовом проекте расход теплоты на отопление, вместо подробного расчета теплопотерь через ограждающие стены помещений, рассчитывают по эмпирическим формулам:

Для буксиров и толкачей

Qот=7+0.018·Pе,кВт,          Форм. 34

Для грузовых и нефтеналивных судов

Qот=24+0.012·D,кВт,          Форм. 35

где:

  • ΣРе – суммарная мощность главных двигателей, кВт;
  • D – грузоподъемность судна, т.

Расход теплоты на санитарно-бытовые нужды зависит от численности экипажа

Qс.б.=(A1+A2)·(qв.м.+qв.п.),кВт,          Форм. 36

где:

  • A1 – число членов экипажа, чел;
  • A2 – число пассажиров, чел;
  • qв.п. = 0.11….0.12 – удельный расход теплоты на приготовление кипяченой питьевой воды, кВт/чел;
  • qв.м. – удельный расход теплоты на приготовление горячей мытьевой воды, кВт/чел:

Расход теплоты на подогрев масла и другие нужды машинно-котельного помещения составляет 14….15 % от расхода на отопление и санитарно-бытовые потребности

Qм.п.=0.14...0.15·(Qот+Qс.б.),кВт.          Форм. 37

На танкерах теплота расходуется на подогрев груза, температура которого должна поддерживаться не ниже 40 °С в течении рейса. Расход теплоты на подогрев груза определяется

Qп.г.=(qп.г.+K·qпот)·G,кВт,          Форм. 38

где:

  • qпот – удельные тепловые потери при остывании 1 т груза, имеющего температуру 40….60 °С;
  • qпот = 0.233….0.292 – для цистерн, расположенных вне двойных бортов и днища (не соприкасается с обшивкой корпуса), кДж/(с-т);
  • qпот = 0.127….0.175 – для цистерн, расположенных в двойных бортах и днище (соприкасается с обшивкой корпуса), кДж/(с-т);
  • K = 1.2….1.25 – коэффициент, учитывающий увеличение теплопотерь при подогреве груза;
  • G – масса подогреваемого нефтепродукта, т;
  • qп.г. – удельное количество теплоты, необходимое для подогрева груза без учета тепловых потерь

qп.г.=1 000·C·T,кДж/(с·т),          Форм. 39

где:

  • C = 2.1 – удельная теплоемкость груза, кДж/(кгК);
  • ΔT = (1.39….2.78) 10-3 – интенсивность подогрева груза, принимается в зависимости от продолжительности подогрева перед выгрузкой, К/с.

Для подсчета общего количества теплоты, потребной на судне, необходимо составить таблицу.

Таблица 4. Расчет общей потребности теплоты
Потребители теплотыРасчетная потребность, кВтРежим работы судна
ХодовойСтояночный
ОтоплениеQот
Суммарный расход, кВтΣQходΣQстоян
Коэффициент одновременности, К00.8…0.90.7…0.8
Общая потребность, кВтQход = 1.1· К0 · ΣQходQстоян = 1.1· К0 · ΣQстоян

 
По результатам расчета выбирают котел, обеспечивающий необходимую потребность в теплоте. На судах используют водогрейные или паровые котлы. Паровой котел выбирают по паропроизводительности, которую рассчитывают по общей потребности теплоты на судне (Таблица 4)

Dк=3 600·Qход(стоян)hпhпв,кг/ч,          Форм. 40

где:

  • hп – энтальпия насыщенного пара в котле, кДж/кг;
  • hпв – энтальпия питательной воды при заданной температуре, кДж/кг.

При составлении схемы снабжения теплотой судна следует максимально утилизировать теплоту выпускных газов и охлаждающей воды. Чтобы выявить возможность постановки утилизационного котла, необходимо подсчитать количество теплоты отработавших газов, возможное использованию в этом котле. Определяется по выражению:

Qг=0.85·qг·Nв·Cрг·(tвхtух)·ηк,кДж/ч,          Форм. 41

где:

  • 0.85 – коэффициент, учитывающий эксплуатационную Индикаторная и эффективная мощность двигателямощность двигателей;
  • qг = 6.8 – удельное количество газов, покидающих двигатель, кг/(кВт-ч);
  • Nе – мощность двигателей, кВт;
  • Cрг = 1.05 – удельная теплоемкость газов, кДж/(кг-°С);
  • tвх = 250….450 – температура газов за двигателем, т.е. при входе в котел, °С. Большие значения берутся для 4х тактных двигателей, а меньшие – для 2х тактных;
  • tух = 180….250 – температура газов за котлом, °С. Большие значения берутся для паровых котлов, а меньшие – для водогрейных;
  • ηк = 0.95 – к.п.д. утилизационного котла.

Если Qг ≥ Qход, то теплоты отработавших газов достаточно и утилизационный котел можно ставить. Если Qг < Qход, то установка тоже может оказаться целесообразной, но для полного обеспечения судна теплотой в ходовом режиме он должен работать параллельно с автономным котлом.

Определение общих запасов на судне топлива, масла и воды

Общие запасы топлива, масла и воды определяются на период автономного плавания судна, принимаемого проектантом с учетом бассейна, в котором должно эксплуатироваться судно.

Запасы топлива и масла определяется по выражениям:

Bт=((gв·Nв+gв·Nв)·tх+gв·Nв·tст+Bк·tк)·103,т,          Форм. 42

Bт=((gм·Nв+gм·Nв)·tх+gм·Nм·tст+Gмс)·103,т,          Форм. 43

где:

  • gе, gе′ и gе – удельные расходы топлива на главные и вспомогательные двигатели, кг/(кВт-ч);
  • gм, gм′ и gм – удельные расходы масла на главные и вспомогательные двигатели, кг/(кВт-ч);
  • Nе, Nе′ и Nе – мощность главных и вспомогательных двигателей, кВт;
  • tх и tст – ходовое и стояночное время судна, ч;
  • Bк – расход топлива на котел, кг/ч;
  • ΣGмс – суммарное количество масла, заливаемого в циркуляционные системы двигателей, кг.

Емкость цистерн для хранения этих запасов топлива и масла равны:

Vт=1.2·Bтρт,м3;          Форм. 44

Vм=1.2·Вмρм,м3.          Форм. 45

На судах, использующих для питьевых и мытьевых целей береговую воду, принимаемую из городских водопроводов, необходимо устанавливать специальные цистерны, вместимость которых определяется по выражению

Vв=1.2·q·A1 000·t,м3,          Форм. 46

где:

  • q = qп + qм – нормы расхода питьевой и мытьевой воды, л/(сут-чел);
  • tр – продолжительность рейса судна между пунктами забора воды, сут.

Это время принимают для пассажирских водоизмещающих судов равным tр = 1…2 сут, а для буксиров и грузовых судов tр = 3…5 сут. 6.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Январь, 15, 2021 290 0

Канал сайта в Telegram

Добавить комментарий

Читайте также

Текст скопирован
Пометки
Избранные статьи
Loading

Здесь будут храниться статьи, сохраненные вами в "Избранном". Статьи сохраняются в cookie, поэтому не удаляйте их.

Статья добавлена в избранное! Перезагрузка...