Проектирование и техническая эксплуатация судового вспомогательного энергетического оборудования
Министерство
транспорта Российской Федерации
Государственное
образовательное учреждение
высшего
профессионального образования
Волжская
государственная академия водного транспорта
Кафедра
эксплуатации судовых энергетических установок
Пояснительная
записка
Проектирование
и техническая эксплуатация судового вспомогательного энергетического
оборудования
Нижний
Новгород 2012
Содержание
1. Введение
. Общие характеристики судна-прототипа, его
вспомогательных механизмов, систем и устройств
. Оборудование и механизмы судовых устройств
.1 Рулевое устройство
.1.1 Выбор типа рулевого органа, их числа и
расположения
.1.2 Определение геометрических характеристик
.1.3 Выбор рулевой машины
.2 Подруливающее устройство
.3 Якорно-швартовное устройство
.3.1 Якорные устройства
3.3.2
Швартовные устройства
3.4 Спасательные устройства
.5 Буксирные устройства
. Оборудование и механизмы общесудовых и
специальных систем
.1 Осушительная система
.2 Балластная система
.3 Противопожарные системы
.4 Система водоснабжения
.5 Система сточная и фановая
. Расчёт брашпиля
6.
Рекомендации по технической эксплуатации якорного брашпиля
Заключение
Список
использованных источников
1. Введение
Целью курсового проекта
является закрепление теоретических знаний, приобретённых при изучение курсов
«Гидравлика и гидравлические машины», «Судовое вспомогательное энергетическое
оборудование», «Судовые вспомогательные механизмы, устройства и системы».
Курсовой проект состоит из двух частей. В первой
части предусматривается определение параметров и подбор оборудования
общесудовых систем, а также оборудования и механизмов судовых устройств. Вторая
часть проекта включает в себя расчёт и проектирование брашпиля.
2. Общая характеристика
судна-прототипа и его вспомогательных механизмов, систем и устройств
Тип судна - сухогрузный теплоход - площадка с
деревянным тентом, МО и надстройкой в кормовой части. Проект № Р40.
Назначение судна - перевозка генеральных сыпучих
и навалочных грузов, промышленного оборудования и грузов в контейнерах.
Класс Речного Регистра и район плавания - «О»,
река Лена до бухты Тикси.
Размеры судна габаритные:
длина- 68,42м; ширина- 14,4м.
Водоизмещение судна с грузом 800т и
запасами-1159т.
Грузоподъёмность судна- 800т.
Скорость судна:
с полным грузом при осадке 1,55м- 19км/ч
порожнем- 20км/ч
Мест для экипажа- 9
Автономность- 20сут.
Главные двигатели:
Марка- 8NVD36
Количество- 2 (правой и левой модели)
Мощность- 294 кВт
Частота вращения- 500об/мин
Пуск воздухом давлением- 2,94Мпа
Дистанционное управление - механическое
Движители:
Гребной винт
Количество- 2
Диаметр- 1,2м
Число лопастей- 4
Электростанция:
Дизель - генератор- ДГА- 50-9
Дизель- 6412/14
Мощность- 58,8кВт
Генератор - МС94-4
Род тока - переменный
Дизель - генератор - ДГ-12/1-1
Дизель-24 10,5/13
Мощность- 14,7кВт
Генератор - МСА 72-4
Род тока - переменный
Общесудовые системы:
Балластно-осушительная система
Балластный отсек вместимостью- 328м3
Балластно-осушительный насос
Подача- 120м3/ч
Напор - 20м
Осушительный эжектор - водоструйный
Подача- 25м3/ч
Противопожарная система
Система водотушения
Пожарный насос- ЗК-6а
Подача- 30-45м3/ч
Напор- 45-30м
Система водоснабжения
Санитарный насос- 1ВС-0,9
Подача- 1-3,5м3/ч
Напор- 36-12м
Система отопления
Котёл- ВНИИСТО№14
Система вентиляции - естественная
Рулевое устройство
Руль балансирный
Количество- 2
Площадь- 2,88м2
Рулевая машина ручная с валиковым приводим.
Якорное устройство
Якорь Холла
Количество и масса якорей- 1*700; 1* 500кг
Калибр и длина цепей- 28*100(мм*м); 28*125(мм*м)
Брашпиль- электроручной, модель 2
Тяговое усилие на звёздочке- 60кН
Кормовой шпиль - ШЭР1, электроручной
Тяговое усилие на швартовном барабане-10кН
Спасательное устройство
Спасательная шлюпка «Казанка» с подвесным
мотором
Шлюпбалка - поворотная
Лебёдка - ручная.
3. Оборудование и
механизмы судовых устройств
.1 Рулевое
устройство
.1.1 Выбор типа
рулевого органа, их числа и расположения
По [1], стр. 16 принимаем профилированные
рули. Число рулей принимаем по числу гребных винтов- 2,
расположенных по бортам за винтами.
3.1.2 Определение
геометрических характеристик
Суммарная площадь рулей ΣFP
ΣFP
=L*T/z
= 65*1.55/29=3.47м2
где L-
расчётная длина судна, м;
Т- максимальная осадка (max
из Т и Тk),
м;
А=29- коэффициент, зависящий от класса судна.
F1=
ΣFP/z
=3,47/2=1,74м2
где z-число
рулей.
Высота руля «h» принимается в зависимости от
класса судна.
У судов класса «О» руль должен быть полностью
погружён в воду.
=Tk-h1-h2
2=0,05-0,25м
принимаем h2=0,1м
т. к. нет дифферента1=0,125h=Tk-0,125h-h2=Tk-h2/l,125=1,55-0,1/1,125=1,29м
Длина руля прямоугольной формы определяется из
соотношения
=F1/h=l,74/l,29=l,35м
Относительное удлинение пера руля
λ=h/b=l,29/1,35=0,956 0,5≤
λ ≤3
Принимаем профиль NACA, рекомендуемый для рулей
установленных за винтами. Принимаем балансирный руль.
Определяем длину балансирной части руля b0
b0=
b*k= l,35*0.2=0,27
где k=
0,15-0,25- коэффициент компенсации, принимаем k=0,2
Рис. 1. Балансирный руль.
b0=0,3b=0,3*1,35=0,405м
х=0,18b=0,18*1,35=0,243м
3.1.3 Выбор рулевой машины
Для выбора рулевой машины увеличиваем Мmax
на 15% для учёта потерь на трение в опоре баллера.
М=7429* 1,15=8,54кНм
По [22] выбираем электрогидравлическую
плунжерную двух рулевую машину Р08.
Характеристики рулевой машины Р08.
Номинальный крутящий момент на баллере руля,
развиваемый рулевой машиной при работе:
а) основного насосного агрегата (α=±35°)-
24,5кНм
б) аварийного ручного насоса (α=±35°)-
6,4кНм
Наибольший рабочий угол поворота руля а от
среднего положения на каждый борт-35+1°
Длительность перекладки руля:
а) с 35° одного борта на 30° другого борта на
полном переднем ходу при работе основного насоса, не более 28сек;
б) с 20° одного борта на 20° другого борта при
половинной скорости полного переднего хода, не менее 7 узлов - не более 60сек.
Установленная мощность электродвигателя- 2,2 кВт
3.2 Подруливающее
устройство
Подруливающее устройство относится к средствам
активного управления судами, они способны создавать боковую силу на судне, ход
которого отсутствует. В соответствии с Правилами РРР [4], ч. 3, п. 2.6.,
подруливающее устройство рекомендуется устанавливать на судах, у которых
площадь боковой проекции на ДП превышает 800м, при этом для грузовых судов
учитывается так же площадь палубного груза.
Fб.п.=65*2+8*6=178м2<800м2
- поэтому подруливающее устройство отсутствует.
3.3
Якорно-швартовное устройство
Для надёжного закрепления судов
и плавучих установок в различных условиях эксплуатации используются
якорно-швартовные устройства.
3.3.1 Якорные
устройства
Выбор якоря, цепи, стопоров и якорных механизмов
(для носового и кормового якорных устройств). Выбор производим в соответствии с
Правилами РРР [4].
Число и массу носовых якорей, длину якорных
цепей определяем в зависимости от характеристики снабжения:
c=L(B+H)+kΣlh,
где k-
коэффициент
т.к. длина надстроек и рубок меньше четверти
длины судна, поэтому коэффициент "k"
не учитывается.c=65*(14+2)=1040m2
По [4], табл. 3.31-2 для судов класса
"О" принимаем при характеристике снабжения 1000м2:
Число якорей- 2
Суммарная масса якорей- 1000кг (два якоря по
500кг)
Суммарная длина цепей- 200м
По [1] выбираем:
Два якоря Холла ГОСТ 761-74 по m=500кг,
исполнение К, обозначение 211-02.163.
Принимаем две носовые цепи по 100м.
По [1], табл. 3.3.1-2, стр. 174 принимаем при m=500кг:
цепь с распорками при категории прочности 1-26;
2-22
По [4] выбираем две цепи якорные сварные с
распорками ГОСТ 228-79, исполнение 1, калибр 26, длина 100м, m=1
427кг.
Т.к. характеристика снабжения более 1000м2,
то масса кормового якоря должна составлять не менее четверти суммарной массы
носовых якорей
m=0,25*1000=250кг.
По [1] выбираем якорь Холла ГОСТ 761-74,
исполнение П, m=250кг, обозначение
21-01.123.
Длина кормовой цепи L=75м,
цепь с распорками калибра 1-16.
По [1] выбираем цепь: исполнение 7, ГОСТ 228-79,
калибр-16, длина 75м, m=406кг.
Согласно [4] мощность привода якорного механизма
должна обеспечивать подтягивание судна к якорю, отрыв и подъём любого из якорей
со скоростью не менее 0,12м/с при номинальном тяговом усилие на звёздочке,
равным: F=22,6md2, где m-
коэффициент прочности; m=1-
для цепей с распорками; d- калибр цепи, мм.
Для шпиля:=22,6*1*162=5785,6H
По [2] выбираем шпиль с электроприводом ЯШ1РД,
калибр 16; тяговое усилие- 5,94кН скорость выбирания якорной цепи- 0,23м/с
скорость выбирания швартовного каната- 0,19м/с
Наибольшие размеры швартовного каната:
диаметр стального по ГОСТ 3083-80- 11,5 см
Тип электродвигателя МАП 122-4/8
мощность- 2,2/1,5кВт
срок службы- 25 лет
Масса: с дистанционной отдачей якоря- 560кг;
без дистанционной отдачи якоря- 545кг.
Для шпиля выбираем стопор:
Тип II, калибр 16, обозначение 211-03.628, масса
34кг.
3.3.2 Швартовные устройства
По [6] разрывное усилие стального швартовного
каната для судов с характеристикой снабжения более 1000м2:p-171+3,92*10-2(Nc-1000)=171+3,92*10-2*(1040-1000)=172,6кH.
По ГОСТ 30.055-93 выбираем пеньковый канат
тросовой свивки.
длина окружности- 175 мм
диаметр- 56мм
линейная плотность- 2,370 ктскс (г/пог.м)
разрывная нагрузка каната в целом- 173кН (гр Б)
По [8] выбираем:
кнехт, ГОСТ 11265-73, тип IA- крестовый литой
чугунный, длина окружности-200мм
диаметр тумбы-220мм, L=920мм,
В=260мм, Н=490мм
Вьюшку стальную для буксирного швартовного
каната, ОСТ 5.2109-74, тип II-безприводное с ленточным тормозом, правые, длина
наматываемого каната-50м, масса 110кг.
Стопор выбираем по [8], табл. 8.6. (для
швартовных канатов):
при L=175мм;
В=322мм; Н=384мм; D=41,0мм, масса m=61кг.
Якорные механизмы являются
швартовными.
3.4 Спасательные
устройства
Спасательные устройства представляют собой
комплекс спасательных средств, грузоподъёмных механизмов, а также конструкции
для хранения по походному спасательных средств на судне. Снабжения судов
коллективными и индивидуальными спасательными средствами должно производиться в
соответствии с [7].
По [7] табл. 6.3.4. выбираем для судна класса
"О" при L>30м- количество людей, обеспечиваемых коллективными
спасательными средствами: шлюпками-100%, плотами-0, приборами-0.
Судно должно быть обеспечено спасательными
жилетами исходя из обеспечения 100% людей, находящихся на борту.
По [7] табл. 6.4.4. для грузовых судов длиной
L>30m- количество спасательных кругов- 4шт, из них самозажигающимся буйком-
1шт, с спасательным линем-1шт.
По [7] табл. 4. Выбираем гравитационную
двухшарнирную шлюпбалку и шлюпочную лебёдку со следующими характеристиками:
Тип шлюпки- СШП-10.
Тип шлюпбалки- ШБ2Ш2.
Грузоподъёмность балок- 2000кг.
Количество людей, допускаемых к посадке в
шлюпку:
при спуске- 10чел
при заваливании- 2чел.
Тип лебёдки- ЛШ2
Диаметр лопаря- 11мм
Канатоёмкость барабана- 40м
Скорость подъёма шлюпки- 5÷10м/мин.
3.5 Буксирные
устройства
На судах транспортного и технического флота
буксирные устройства используются эпизодически при вынужденных буксировках
этими судами других судов, или когда они должны сами перемещаться с помощью
буксира, ледокола или другого типа.
По [5], ч.III,
п. 5.2.3. длина буксирного каната для судов класса "О" должна быть не
менее 100м.
Разрывное усилие каната вычисляем в соответствии
с требованиями пл.5,2.1 и 5.2.2:
Расчётная тяга на гаке:
=0,16Nc=0,16*588=94,08кН
где Nc-
суммарная мощность главных двигателей, кВт.
Разрывное усилие каната в целом должно быть не
менее:
o=кF=5*94,08=470,4кH
где к- коэффициент запаса прочности, к=5.
В стальных канатах применяемых в качестве
буксирных, должно быть не менее 144 проволок и 7 органических сердечников.
По ГОСТ 3083-80 выбираем канат двойной свивки:
D=38мм, разрывное усилие- 490,5кН, маркир.гр- 1372МПа(140кгс/мм2)
По справочнику [5] табл. 8.2. для диаметра
стальных канатов d=1800мм; В=676мм, Н=1105мм, масса m=950кг.
По табл. 9.1. выбираем переносной держатель
буксирного каната:
Предельная нагрузка Т=650кН.
Диаметр стального каната dк=(32÷41)мм.
Размеры: L=565мм,
В=300мм, Н=360мм, h=143мм, b1=150мм,
d=55мм, масса
держателя m=60,0кг.
Для хранения буксирного каната выбираем банкет.
4. Оборудование и механизмы
общесудовых и специальных систем
.1 Осушительная система
В соответствии с требованиями правил [4] на
каждом самоходном судне с главными двигателями общей мощностью 220 кВт и более
должно быть не менее двух осушительных насосов с механическим приводом, из
которых один должен быть стационарным и включён в осушительную систему.
Осушительные насосы должны быть самовсасывающего
типа. Могут быть использованы поршневые, вихревые насосы, эжекторы.
Для определения технических показателей
осушительного насоса необходимо найти внутренний диаметр осушительной
магистрали, по формуле:
1=l,5*√L*(B+H)+25,
где L, В, Н- главные размерения судна, м;1=1.5*√65*(14+2)+25=77,4
мм
Округляем до стандартного значения D1=80
мм.
Подача осушительного насоса, м3/ч,
определяется по формуле:
=2826*D12*V,
где V- скорость движения воды в магистрали,
принимаем равной 2 м/с;1- диаметр магистрали, округлённый до
стандартного значения, м;=2826*0,082*3=54,2м3/ч
По [3] выбирается центробежный самовсасывающий
насос НЦС-3 ТУ 24-3-487-76.
Технические характеристики:
Подача, м3/ч- 8÷60
м3/ч (2,2-17л/с)
Напор, м- 21,7÷4,Зм
Вакууметрическая высота всасывания- 8÷6,5м
Мощность на валу- 2,4÷3,8
кВт
Частота вращения- 2880об/мин
Электродвигатель- 4A100S2
Мощность- 4кВт
Частота вращения- 3000об/мин=220B или 380В
Масса- 150кг
Срок службы- 5лет
Для осушения машинного отделения необходимо
установить отдельный насос.
Определим внутренний диаметр осушительной
магистрали, мм:
=l,5*√L*(B+H)+25,
где L- длина машинного отделения , принимаем по
судну прототипу, L= 8м В и Н- главные размерения судна, м;=1,5*√8*(14+2)+25=42мм
Округляем до стандартного значения D=40мм
Подача осушительного насоса, м3/ч:=2826*D12*V=2826*0,042*3=13,6м3/ч
Напор принимаем Н=21м- по рабочей характеристики
насоса.
Выбираем центробежный самовсасывающий насос
НЦС-3
Технические характеристики:
Подача, м3/ч- 8÷60
м3/ч
Напор, м- 21,7÷4,Зм
Вакууметрическая высота всасывания- 8÷6,5м
Мощность на валу- 2,4÷3,8кВт
Частота вращения- 2880мин-1
Электродвигатель- 4A100S2
Мощность- 4кВт=220B или 380В
Срок службы не менее 5лет
Масса- 150кг.
Для сбора подсланевых и других нефтесодержащих
вод, все суда оборудуются цистернами. Эти воды затем передаются на берег или в
суда сборщики.
В соответствии с ОСТ 5.5064-83 при водоизмещении
судна
=L*B*T*δ=65*14*1,55*0,833=1174,9м3
тонн накопление этих вод оценивается в 0,8 м3/сут.
Вместимость цистерны равна:
Vцчс=0,8*5=4,0м3
Для переработки этих вод выбираем из [17]
табл.11 установку ОНВ со следующими характеристиками:
Производительность- 0,2м3/сут.
Габаритные размеры: L=l500мм
В=860мм
Н=2250мм
Масса- 927кг
Мощность- 2кВт
Срок службы- 10лет
4.2 Балластная
система
В качестве балластного насоса может быть
использован насос общесудового назначения достаточной подачи, в том числе
осушительный, пожарный или резервный насос охлаждающей воды.
Подача балластного насоса определяется по
вместимости наибольшей балластной цистерны.
=2826*DB2*V,
где V≥2м/с- скорость движения воды в
магистрали, м/с.B- внутренний диаметр балластной магистрали,
округлённый
до стандартного значения.
B=16*3√Vmax
где Vmax- вместимость наибольшей
балластной цистерны, м3max принимаем равной 25% от полной
вместимости балластных цистерн, которая составляет 15÷30%
грузоподъёмности судна.
Vmах=0,25*(0,2σе)=0,25*0,2*800=40м3
DВ=16*3√40=54,7мм,
округляем до 50мм.=2826*0,052*3=25,4м3/ч
Напор принимаем равным 20м. Н=20м.
Насос марки КМ 45/30
Подача- 45м3/ч
Напор- 20м
Частота вращения- 2900об/мин
Допустимый кавитационный запас- 4,5м
Мощность насоса- 3,4кВт
4.3 Противопожарные системы
Эти системы подразделяются на водяные,
пенотушения, газотушения и объёмного химического тушения.
По правилам РРР, суда на которых устанавливаются
источники энергии суммарной мощностью 110кВт и более, должны быть оборудованы
системой водотушения с насосом, имеющим механический привод.
По табл. 3.1.5. [8] для судна длиной 65м.
Основной механический пожарный насос- 1
Покрывало для тушения пламени- 1
Пожарный инструмент- 1 комплект
Вёдра пожарные- 4
Основными элементами системы являются: пожарные
насосы, магистральный трубопровод с ответвлениями, пожарные краны (рожки) и
шланги (рукава) со стволами (брандспойтами). Внутренний диаметр пожарных
рукавов- 51мм, длина пожарных рукавов: для открытых палуб- 20м; для палубных
помещений-10м. Диаметр спрыска ручных стволов на открытых палубах судов
грузоподъёмностью менее 1000т- 12мм. Диаметр магистральных трубопроводов и
ответвлений от них должен быть таким, чтобы скорость воды не превышала 4м/с. В
системах водяного пожаротушения по требованию Регистра давление у пожарных
кранов должно быть не менее 0,25МПа, а подача насоса должна обеспечивать
одновременную работу не менее трёх кранов. Расход через шланг с присоединённым
шлангом и брандспойтом определяем из [3] по формуле:
где Рпк- избыточное давление жидкости
у пожарного крана; Рпк-0,25*106 Па
ρ- плотность жидкости;
ρ=1000кг/м3
μ- коэффициент расхода
брандспойта; μ=1,0
dc- диаметр спрыска ствола
брандспойта; dc=0,012мT- сопротивление трения шланга; из
[3] табл. 1.1. для диаметра шланга
мм-0,15с2/м3
Σζш-
суммарный коэффициент местных сопротивлений шланга; Σζш
-0,62
dш-
диаметр шланга; dш
=0,051м.
Qпк=2,5дм3/с=9,1м3/ч
Минимально требуемая подача равна:
min=3*Qпк=3*9,l=27,3м3/ч
Напор принимаем равным 50м.
Из [3] выбираем агрегат электронасосный
центробежный консольный К 45/55 (3К-6У):
Подача- 45м3/ч
Напор- 55м
Допускаемый кавитационный запас- 4,5м
Мощность- 10,7кВт
Частота вращения- 2900об/мин
Электродвигатель- 4A160S2
Мощность электродвигателя- 15кВт
Масса- 310кг
Так же на судне предусмотрена система
пенотушения, противопожарная сигнализация и противопожарный инвентарь.
4.4 Система
водоснабжения
Система водоснабжения включает в себя
трубопроводы (системы) питьевой, мытьевой и забортной воды. Согласно [9]
расчётная суточная величина расхода воды (питьевой и мытьевой) на одного
человека q для грузовых судов грузоподъёмностью менее 1000т величина расхода
равна 150л/чел.сут. Для обработки и обеззараживания воды на судах в последние
годы широкое применение получили СППВ с использованием озонирования.
Производительность СППВ, м3/ч, считая, что она работает 20 часов в
сутки, можно определить по формуле:
=m3*(q/20)*(A/103)
где m3- коэффициент запаса, m3=1,3-
для грузовых судов
А- число членов экипажа, А=9
человек=1,3*(150/20)*(9/103)=0,08775м3/ч
По полученному значению из [11] табл. 12
выбираем станцию СППВ "Озон-0.1" со следующими показателями:
производительность- 0,1м3/ч
габаритные размеры, мм; L*B*H 1270*535*2085
мощность- 0,2кВт
срок службы до капитального ремонта- 20лет
Вода для последующей обработки принимается из
берегового водопровода или на условно чистых плёсах, определяемых
санитарно-эпидемиологическими службами. Поэтому в составе системы должны быть
запасные цистерны забортной воды. Вместимость запасных цистерн, м3,
можно определить по формуле:
=(q/20)*(A/103)*τ
где τ -
время нахождения судна на загрязнённом участке бассейна,
τ =50 для грузовых
судов.=(150/20)*(9/103)*50=3,375м3
Подача насоса забортной воды:=V/τ
=3,375/1,5=2,25м3/ч
где τ -
время заполнения запасных цистерн, когда судно проходит чистый плёс
Из [11] выбираем насос забортной воды ВКС 1/16А
со следующими
характеристиками:
Подача- 3,6м3/ч
Напор- 16м
Допустимый кавитационный запас- 4м
Мощность насоса- 0,6кВт
Частота вращения-1450мин-1
Электродвигатель- 4АМХ80В4
Мощность- 1,5кВт
Масса- 62кг
Насос, перекачивающий воду из запасной цистерны
через фильтр, эжектор-смеситель и контактную колонну в накопительную цистерну
(цистерну для хранения питьевой воды), входит в состав озонаторной установки и
не выбирается. Для расчёта насоса, подающего воду от накопительной цистерны к
пневмоцистерне (гидрофору), следует определить вместимость накопительной
цистерны. Она определяется с учётом того, что весь расчётный расход воды,
который можно достичь при работе с СППВ в течении 20 часов, расходуется в
пиковом режиме за два часа.
нц=2*Kн*(q/20)*(A/103)
где Кн- коэффициент часовой
неравномерности водопотребления, Кн=5,8 для грузовых судов
Vнц=2*5,8*(150/20)*(9/103)=0,783м3
Подача насоса определяется из условия
опорожнения цистерн за два часа:
=Vнц/τ=0,783/2=0,39м3/ч
Выбираем из [3] насос ВКС 1/16А, характеристики
которой приведены выше.
Объём пневмоцистерны:
пц=Q*τ
где τ - время
одного наполнения пневмоцистерны, τ =0,16ч
Vпц=0,39*0,16=0,062м3
По вычисленному объёму из [11] выбираем
пневмоцистерну тип I, Рраб≤0,3МПа, со следующим показателями:
Объём- V=0,2м3
Габаритные размеры: L=950мм; Н=946мм; п=220мм;
П1=196мм; l=85мм
Количество отверстий n=2
Масса М=165,7кг
Автономная система забортной воды, предназначена
для обеспечения санузлов и прочих нужд, оборудуется насосом и пневмоцистерной.
Удельный расход воды qpa6 в данной системе принимаем равной 60л/чел.сут. Подача
насоса определяется исходя из максимального потребления воды за время τ=3ч
в период пиковой нагрузки:
Qзаб=(qзаб*А)/(1000*
τ)=(60*9)/(1000*3)=0,18м3/ч
Выбираем из [11] насос ВКС 1/16А
Вместимость пневмоцистерны:
пц=Q*τ
=0,18*0,16=0,029м3
Выбираем такую же пневмоцистерну, как и в
предыдущем случае.
4.5 Система сточная
и фановая
судно якорный брашпиль рулевой
Вместимость сборочных цистерн сточной системы:
сц=(q/20)*(A/103)*τ
где τ - автономность
плавания по срокам сдачи сточных вод, τ =5 суток=120ч
Vсц=(150/20)*(9/103)*120=8,1м3
Для очистки и обеззараживания сточных вод
непосредственно на судне принимаем из [11], табл. 13 станцию очистку и
обеззараживания сточных вод "Сток-10" со следующими
техническими показателями:
Производительность- 0,5м3/ч
Показатели обеззараживания сточной воды (не
более):
БПК- 50мг/л
Взвешенные вещества- 50мг/л
Колииндекс- 1000
Мощность- 6
Масса-1500
Габаритные размеры, мм L*B*H 1970*960*2300
Срок службы- 15лет
Полезный объём цистерны фекальных стоков:
Vф=kф*qф*А*τ/1000
где kф=1,1-
коэффициент запаса
qф
- расчётное количество фекальных стоков на 1 чел в сутки
qф
=16 для судов 1 группы
τ - максимальная
продолжительность рейса между пунктами опорожнения цистерн,
τ=5 суток
Vф=1,1*16*9*5/1000=0,792м3
Подача фекального насоса:
Q=Vф/τ
где τ =1ч-
время работы фекального насоса в сутки
Q=0,792/1=0,792м3/ч
Напор принимаем равным 20м.
Из [11] в качестве фекального насоса выбираем
эжектор водоструйный фекальный с показателями:
Подача- 15м3/ч
Высота нагнетания- 2÷4м
Высота всасывания- 2÷4м
Срок службы до списания- 10лет
Масса- 17,8кг
Для мусора принимаем специальные мусорные баки.
5. Расчёт брашпиля
Для надёжного закрепления судов и плавучих
установок в различных условиях эксплуатации используется якорно-швартовные
устройства. На строящихся судах не всегда можно использовать механизмы,
находящиеся в производстве. Это приводит к созданию новых механизмов.
Определяем усилие, возникающее на звёздочке
якорно-швартовного механизма.
Определяем внешнюю
равнодействующую силу:
R=RB+RT+Rгp.в
где RB-
равнодействующая сила ветра, приложенная к надводной части судна
RT-
равнодействующая силы течения, приложенная к подводной части корпуса
Rгp.в-
равнодействующая силы течения, приложенная к неподвижным гребным винтам.
Результирующая сила ветра:
RB=kноб*РВ*Ωн
где kноб
=0,7- коэффициент обтекания надводной части корпуса, зависящей от конфигурации
надстройки судна
РВ- давление ветра,
РВ=(ρВ*υВ2)/2=(1,2*122)/2=86,4Па
ΩH-
площадь проекции надводной части судна на миделевое сечение
ΩH
=BhH+Σвihi=14*0,45+10*2,5+10*2,5+10*2,5=81,3м2
В - ширина судна
Нн - высота
надводной части корпуса
вi,
hi- ширина и высота
отдельных надстроек
RB=0,7*86,4*81,3=4917H
Сила течения, действующая на
подводную часть корпуса судна:
RT=ξ*(ρ*υT2/2)*Ωсм
где ξ
=0,0035- коэффициент трения с учётом шероховатости подводной части судна
ρ=1000кг/м3-
плотность
υт=5км/ч=1,39м/с-
скорость течения воды
Ωсм
- площадь смоченной поверхности корпуса судна
Ωсм=L(аТ+δвВ)=65*(1,36*1,55+0,833*1,24*14)=1076,98м2
где L, В, Т- соответственно длина, ширина,
осадка судна
δ- коэффициент полноты
водоизмещения, δ=0,833
а=1,36, в=1,24- коэффициенты, зависящие от формы
оконечностей и
мидель-шпангоута в подводной части судна.T=0,0035*(1000*1,42/2)*1076,98=3694H
Сила потока воды на гребные винты
Rгр.в=zгр.в*Сгр.в*Dв2*υт2
где zгр.в
- число гребных винтов
Сгр.в =250кг/м3- параметр,
увеличивающийся с возрастанием дискового отношения
Dв
- внешний диаметр гребных винтов
Rгр.в
=2*250*l,22*l,42=1411,2H=4917+3694+1411,2=10022,2H
Масса единицы цепи:
mц≈0,0213d2≈0,0213*262≈14,4кг/м
где d=26мм-
калибр якорной цепи
Длина участка якорной цепи лежащей на дне 1ц=5m
для судов класса "О".
Длина провисшей части цепи:
где Ня=40м- глубина
заложения якоря
Процесс снятия судна с якоря делят на три
основных периода: уборке цепи, лежащей на дне; выбирания провисающего участка
цепи с отрывом якоря от грунта; вертикальный подъём якоря и цепи. Для каждого
из указанных периодов определяем усилие на звёздочке якорно-швартовного
механизма.
Уборка лежащей на дне цепи:
P1I =(1,2÷l,3)*(R+0,87mц*g*Hя)
=l,25*(10022,2+
0,87*14,4*9,8*40)
=18666,47Н
Выбирание провисающего участка цепи:
P1II
=(l,2÷l,3)*(0,87
(mя*g+mц*g*Hя)+
2mя*g)=
l,25*(0,87*(500*9,8+
14,4*9,8*40)+2 *500*9,8) =23717,47Н
Вертикальный подъём якоря и цепи:1нIII=(l,2÷l,3)*(mя+mц*Hя)*g=l,25*(500+14,4*40)*9,8=1381H-
в начале периода1кIII =(l,2÷l,3)*g*mя=l,25*500*9,8=6125H
По калибру цепи определяем размеры звёздочки:
Калибр
цепи, мм
|
Dн.о, мм
|
Dрасч.,
мм
|
D, мм
|
Dг,
мм
|
Dз,
мм
|
R, мм
|
B, мм
|
b, мм
|
Z, мм
|
Z1, мм
|
α,
град
|
D1, мм
|
26
|
340
|
320
|
405
|
375
|
178
|
98
|
115
|
45
|
7
|
3
|
72
|
405
|
Расстояние между осями звездочек брашпиля 800мм.
Ориентировочное передаточное число механизма с
электроприводом i=170
Рис. 2. Профиль пятикулачковой звёздочки.
Определяем усилие в швартове
Ршв=1,572*σш*d2
где
σш =10Н/мм2
- условное напряжение, которое рекомендуется принимать в следующих пределах
9,81÷12,75Н/мм2калибр
якорной цепи, мм
Ршв=1,572*10*262=10626,72
По
таблице выбираем диаметр швартовного каната dшв=17мм
По
диметру швартовного каната определяем размеры швартовного барабана.
Диаметр
стального каната, мм
|
D
|
L
|
A
|
Расчётные
диаметры
|
B
|
|
|
|
|
Крутящего
момента
|
Скорости
каната
|
|
|
|
|
|
D1
|
D2
|
|
17,0
|
305
|
290
|
175
|
365
|
322
|
40
|
Рис. 3. Профиль швартовного барабана.
Определяем моменты на валу электродвигателя:
а) В период уборки лежащей на дне цепи
MI =(P1I*Dpaсч)/(2*i*η)
где Dрасч=320мм-
расчётный диаметр тягового органапредельное число механизма i=170
η=0,73- общий
КПД механизма
MI=(18666,47*320)/(2*170*0,73)=24066,2H*мм
б) Во второй период выбирания провисшей части
цепи
MII =(Pmax*Dpacч)/(2*i*η)=(23717,47*320)/(2*170*0,73)=30578,53H*мм
в) В начале третьего периода подъёма якоря и
цепи
MнIII=
P1нIII*Dpacч)/(2*i*η)=(13181*320)/(2*170*0,73)==16994,04H*мм
г) В конце третьего периода
MкIII
=( P1кIII*Dpacч)/(2*i*η)=(6125*320)/(2*170*0,73)=7896,86H*мм
д) При выполнении швартовных операций
Мшв=(Ршв*(Вшв+dшв))/(2*i*η)=(10626,7*(365+17))/(2*170*0,73)=16355,4Н*мм
где
Dшв=365мм-
диаметр швартовного барабанашв=17мм- диаметр швартовного каната
В
качестве электродвигателей якорно-швартовного механизма по рекомендациям
выбираем быстроходный двигатель смешанного возбуждения постоянного тока серии
ДПМ.
Перегрузочная
Характеристика этого класса электродвигателей позволяет развивать максимальный
момент в двое больше номинального, достаточный для отрыва якоря от грунта. Так
как в судовой сети судна находится переменный ток, то питание ДПМ
осуществляется через выпрямитель. Номинальный момент электродвигатель:
Мном=МII/2=30578,53/2=15289,3Н*мм≈15,ЗН*м
Мощность
электродвигателя:
ном=Mном*nном/9550
где
nном - номинальная частота вращения, мин-1
ном=(60*υ)/(π*Dрасч)*i=(60*0,15)/(3,14*0,32)*170=1522мин-1
υ=0,15м/с-
скорость выбирания якорной цепи, регламентированная ПРРРном=15289,3*
1522/9550=2436,7Вт≈2,4кВт
По
значениям Nном и nном отнесённых к получасовому режиму
выбираем быстроходный двигатель смешанного возбуждения ДПМ11 по [21].
Параметры
ЭД ДПМ 11:
Габаритные
размеры: L=660мм, h=315мм
Мощность
N=3кВт
Ток
I=18А
Частота
вращения n=1610об/мин
Для
расчёта средней скорости выбирания якорной цепи используем графический метод.
На
участке ав от М0 до МII
характеристика строится по уравнению:
0=0,12* МII=0,12*30,579≈3,67H*M
Определяем
продолжительность снятия судна с якоря:
τ1=lц.л./υ=5/0,l5=33,33с- уборка
лежащей на дне цепи
τ2=lц.л.-Ня/υ=90,2-40/0,15=334,67с- уборка
провисшего участка цепи τ3=Ня/υ=40/0,15=266,67с-
продолжительность подъёма якоря.
Общая
продолжительность выбирания якоря:
τ=τ1+τ2+τ3=33,33+334,67+266,67=634,67с
Средняя
скорость выбирания:
υср=(lц1+lцп)/τ=(5+90,2)/634,67=0,15м/с
Скорость
выбирания швартова:
υшв=(π*D2*n)/i=(З,14*0,322*1570)/170=9,34м/мин=0,156м/с
где
n=1570об/мин
- частота вращения ЭД, соответствующая моменту Мшв и определяется из
графика.
Рассчитываем
ручной привод для брашпиля из [20].
Наибольшая
нагрузка, приходящаяся на одного работающего у брашпиля с рукояточными приводами,
составляет:
Ppmax=Мmax/rp*zp
где
rp=0,35м-
радиус рукояткиp=2- число работающих
Мmах-
максимальный момент на ведущем валу брашпиля
Mmax=(Pmax*Dpacч)/(2*i*η)
где
i=5- передаточное число ручного брашпиля
Рmах= P1II≈23717,47Н
Мmах=(23717,47*0,32)/(2*5*0,73)=1039,67Н*м
Ррmах=1039,67/0,35*2=1485,24Н
Так
как усилие на рукоятке Рmах=1485,24Н
превышает допустимое в 160Н, то ручной привод не устанавливается. Ручной привод
на брашпиле устанавливать не рекомендуется.
Частота
вращения звёздочки брашпиля в передаточное число раз i=l70 должна быть меньше
частоты вращения электродвигателя. Роль связующего звена в этой кинематической
схеме играет редуктор, который уменьшает частоту вращения, увеличивает момент
на грузовом валу.
Выбираем
редуктор коническо-цилиндрический двухступенчатый КЦ1-200 с номинальным
передаточным числом i=28 и главными размерениями:
А=200мм;
Ач=375мм; L=900мм; Н=435мм; В=200мм; H1=225mm.
Так
как передаточное число редуктора является ниже требуемого, то необходимо
установить открытую передачу, которая бы обеспечивала условие:
м=Up*Uо.п.
где
Uм- передаточное число якорно-швартовного механизма, Uм=170p=28-
передаточное число редуктораo.п.- передаточное число открытой
передачи.
о.п.=Uм/Up=
170/28=6,07
Из
стандартного ряда передаточных чисел выбираем Uо.п.=6,3. В связи с
чем корректируется передаточное число механизма Uм=6,3*28=176,4.
Найдём
параметры открытой передачи: nэд=nб=1610об/мин
где
nэд- частота
вращения электродвигателя
nб- частота
вращения быстроходной ступени редуктора
т=nб/Up=1610/28=57,5об/мин
где
nт - частота вращения тихоходной ступени редуктора
nо.п.=nгр.в.= nт
/Uо.п.=57,5/6,3=9,127об/мин
где
nо.п.- частота
вращения открытой передачи.
Крутящий
момент на двигателе м.б. определяем по формуле:
Тдв=9550*(Рдв/nдв)=9550*(3/1610)=17,795Н*м
Крутящий
момент на открытой передаче:
То.п.=Тдв*Uм*ηм=17,795*176,4*0,85=2668,2Н*м
где
ηм=0,85- КПД
механизма.
Определим
межосевое расстояние зубчатой передачи:
где
kа=495-
вспомогательный размерный коэффициент=6,3- передаточное число открытой передачи
Т2н=Тo.п.=2668,2Н*м-
крутящий момент на валу
kнβ=1,3-
коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца
σнр=466МПа
ψвa=0,25-
коэффициент рабочей ширины венца зубчатого колеса
Из
ряда стандартных межосевых расстояний выбираем аw=450мм
Определяем
модуль зацепления: m=(0,01÷0,02)aw=4,5÷9
Принимаем
m=6
Суммарное
число зубьев передачи:
Zc=2*aw/6=2*450/6=150
Число
зубьев шестерён:
zш=zc/U+l=150/6,3+1=21
зуб.
Число
зубьев колеса:
zк=l50-21=129
зубьев.
Уточняем
значение передаточного числа:уточн= 129/21=6,143
Частота
вращения открытой передачи:
nо.п.=nт/Uуточн=57,5/6,143=9,36об/мин
Действительная
скорость выбирания якорной цепи:
υд=(nо.п.*π*D)/60=(9,36*3,14*0,32)/60=0,157м/с
Диаметры
делительных окружностей:
d1=m1*z1=6*21=126MM2=m1*z2=6*
129=774мм
Диаметры
впадин:
dr1=d1+2.5m1=126-2,5*6=l
11мм
dr2=d2+2.5m1=774-2,5*6=759мм
Диаметры
вершин:
dа1=d1+2m1=126+2*6=138мм
da2=d2+2m1=774+2*6=786мм
Ширина
колеса: Bψ=0,25*450=112мм
Ширина
шестерни: Вф=112+5=117мм
где
Т- крутящий момент на выходе из редуктора
Т=Тдв*Uр*η=17,795*28*0,95=473,ЗН*м
где
η=0,95- КПД
редуктора.
Из
за ослабления шпоночным пазом диаметр увеличиваем на 8%.=53мм
Диаметр
вала в месте посадки зубчатого колеса:
Из
за ослабления увеличиваем на 8% d=95мм.
Для
передачи вращающего момента с электродвигателя на редуктор служит устройство,
называемое муфтой. Для соединения вала ЭД с быстроходным валом редуктора
выбираем: МУВП 1-45 МН 2096-64.
По
определённым габаритным размерам, размерам тяговых органов и электродвигателя
выполняется чертёж общего вида якорно-швартовного механизма.
6.
Рекомендации по технической эксплуатации якорного устройства
Согласно
правилам [4] якорное устройство судна должно удовлетворять требованиям ПРРР и
обеспечивать при любых условиях плавания быструю отдачу и подъём якорей и
надёжную стоянку на них судна, а якорное устройство в период эксплуатации судна
должно быть всегда готово к действию. При осмотрах якорного устройства и
технических уходах за ним необходимо особенно тщательно проверить наличие
смазки на трущихся частях брашпилей и шпилей, а также уровень масла в
редукторах, надёжность крепления якорей тормозом и стопорами, надёжность
соединения коренных концов якорей цепей с устройствами для их отдачи,
неисправность устройства для закрепления и отдачи коренного конца якорной цепи
и самой якорной цепи, штыри соединительных звеньев.
Необходимо
сладить за наличием и состоянием кожухов на якорно-швартовых механизмах и
постоянно поддерживать их в исправности. Осмотр и обслуживание
электрооборудования якорных устройств должны производиться в объёме и в сроки,
предусмотренные графиком технических уходов, составленным в соответствие с
действующими Правилами обслуживания электрооборудования и ухода за ними.
Запрещается
выпускать судно в эксплуатацию при несоответствии якорного снабжения
установленным нормам или неисправности якорного устройства, если:
а)
якорные цепи не помещаются в цепных ящиках, концы цепей ненадёжно прикреплены к
набору корпуса с помощью жвака-галса;
б)
уменьшение диаметра цепей вследствие их износа превышает 20%;
в)
обнаружение звеньев с выпавшими контрфорсами;
г)
звенья, скобы и стопоры цепей, тормозы якорной машины имеют трещины или
повреждения;
д)
якорная цепь проскальзывает в звёздочке брашпиля, шпиля или в щеколде стопора;
е)
неисправны смотры цепей, тормозное устройство брашпиля и шпиля, а также узлы
дистанционной отдачи якоря;
ж)
при отсутствии дистанционной отдачи якорной цепи не обеспечена возможность
отдачи жвака-галса усилиями одного человека;
з)
износ клюзов и стопоров препятствует нормальной работе устройства; и) ненадёжно
действует дистанционная отдача якорей из рулевой рубки;
к)
якорные цепи не подвергались испытанию и не имеют соответствующего
свидетельства.
Заключение
В
данном курсовом проекте было выбрано оборудование общесудовых систем, а также
оборудование и механизмы судовых устройств. Произведен расчёт брашпиля.
Список
использованных источников
1. Альбом ОРФ. Судовые устройства и дельные
вещи.
. Альбом ОРФ. Палубные механизмы.
. Альбом ОРФ (компрессоры, насосы, эжекторы и
вентиляторы).
. ПРРР т. 1. М. Маркин Нижинженеринг сервис.
1995г.-329с.
. ПРРР т.2. М. Маркин Нижинженеринг сервис.
1995г.- 395с.
. ПРРР т.З. М. Маркин Нижинженеринг сервис.
1995г.- 432с.
. Снабжение спасательными средствами. Расчёт,
выбор и проектирование шлюпочных устройств. С.Г.Яковлев.
. Проектирование и техническая эксплуатация
судового вспомогательного энергетического оборудования. Н.Н. Борисов, В.В.
Королёв, Н.А. Пономарёв, С.Г. Яковлев. Н. Новгород. 1997г.
. Санитарные правила для речных судов
Министерства здравоохранения СССР. Л. Транспорт. 1986г.-207с.
. Чиняев И.А. Судовые системы. М. Транспорт.
1984г.
. ПТМ 212-0140-85. Система бытового
водоснабжения судов внутреннего плавания. Правила и нормы проектирования. Срок
введения с 01.06.86.
. Правила безопасности труда на судах речного
флота Минречфлота РСФСР. М. Транспорт. 1980
. Карюков В.А, Лукин Н.В. Гидравлические машины,
вспомогательные механизмы и системы. Н.Н. ВГАВТ. 1994г.
. Башкиров В.Д. Атлас аэродинамических
характеристик изолированных рулей. Горький. 1964г. Учебное пособие ГИИВТа.
. Справочник по серийным судам т.9.
. Альбом ОРФ. Котлы судовые, аппараты
теплообменные, оборудование кондиционирования воздуха, пневмоцистерны, баллоны,
фильтры, сепараторы.
. И. А. Тув. Судовые технические средства
предотвращения загрязнений.
. Нукулаев С.М. Предотвращение загрязнений моря
с судов. Учебное пособие для вузов. М. Транспорт. 1985г.
. Н.Г. Смирнов. ТУС. Учебник для речных училищ и
техникумов. М. Транспорт. 1992г.
. Сизов Г.Н., Аристов Ю.Н, Лукин Н.В. Судовые
насосы и вспомогательные механизмы. М. Транспорт. 1982г.
21.
Судовые электроприводы. Справочник в двух томах. Судостроение. 1983.
.
Анурьев В.И. «Справочник конструктора машиностроителя» т.3