Проектирование системы осушения нефтесодержащих вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСУШИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

1.1 Совокупности требований, предъявляемых к осушительной системе

1.2 Составление схемы осушительной системы

1.3 Предварительный расчет системы

1.3.1 Выбор расчетной магистрали

1.3.2 Определение диаметров трубопроводов приемной магистрали и проверка обеспечения допустимой высоты всасывания

1.4 Гидравлический расчет системы и согласование характеристик насоса с характеристиками системы

1.5 Проектирование системы осушения нефтесодержащих вод

1.5.1 Составление схемы системы

1.5.2 Выбор диаметра магистрали, подбор насоса и определение объема цистерны нефтесодержащих вод

1.6 Спецификация осушительной системы

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЛЛАСТНОЙ СИСТЕМЫ

2.1 Совокупность требований, предъявляемых балластной системы и анализ исходных данных для проектирования

2.2 Составление схем

2.2.1 Составление схемы балластной системы

2.2.2 Система воздушных и измерительных труб

2.3 Предварительный расчет балластной системы на осушение

2.3.1 Выбор расчетной магистрали при работе на осушение

2.3.2 Проверка допустимой высоты всасывания

2.4 Гидравлические расчеты балластной системы

2.4.1 Расчет системы на осушение. Согласование характеристик насоса и системы

2.4.2 Расчет системы на заполнение. Согласование характеристик насоса и системы

2.5 Определение времени осушения и заполнения балласта

2.6 Спецификация балластной системы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

осушительная балластная система судно

ВВЕДЕНИЕ

Цель курсового проекта: спроектировать осушительную систему, систему осушения нефтесодержащих вод, балластную систему для проектируемого универсального сухогрузного судна грузоподъемностью 1500т класса КМ Ice2R2[1]Аut1,перевозящего генеральные грузы, лес, контейнеры международного образца.

Главные измерения: L = 68.7 м, B = 12.51 м, T = 4,68 м, H = 6.67 м, D=3200 т, N = 1440 кВт, А = 8сут., n = 14чел., V = 13 узл.

Осушительная система служит для удаления небольших количеств воды из грузовых трюмов, МО, пиковых отсеков, цепных ящиков и других отсеков судна, в которых она может скапливаться вследствие конденсации, проточек через дейдвудные трубы, сальники, насосы. Вспомогательное назначение осушительной системы - удаление значительных количеств воды, образующейся в отсеке вследствие тушения пожара или затопления отсека другим путём. Система состоит из осушительных средств (насосов, эжекторов), осушительного трубопровода, и средств контроля за уровнем воды.

Система осушения нефтесодержащих вод служит для раздельного осушения загрязненных нефтепродуктами помещений и «чистых» помещений. Система состоит из насоса, трубопровода для осушения нефтесодержащих вод, цистерны нефтесодержащих вод, а так же специальные очистительные установки.

Балластная система служит для придания судну необходимых мореходных и эксплуатационных качеств, изменением осадки, крена и дифферента. Балластными системами оборудуются суда смешанного плавания. Балластными системами оборудуются суда смешанного плавания. Балластная система состоит из цистерн (отсеков) для водяного балласта, насосов и трубопроводов для его приёма и выкачки.

Система воздушных и измерительных труб нужна для контроля количества принятого балласта, для обеспечения входа воздуха в балластные цистерны и выхода из них.

Проектирование трюмных систем производим в соответствии с Морским Регистром Судоходства 2003г. и РД 5.5270-85.

Исходными данными по проектируемому судну являются схема общего расположения, схема размещения балластных цистерн разработанных в курсовом проекте по основам кораблестроения.

1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСУШИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

1.1 Совокупность требований, предъявляемых к осушительной системе

При разработке курсовой работы по судовым системам приняты во внимание следующие требования при проектировании осушительной системы.

Расположение осушительных трубопроводов, а также их приёмных отростков такое, что обеспечивается возможность осушения любого непроницаемого отсека любым из насосов, требуемых по Регистру.

Используются стальные бесшовные трубы. Внутренний диаметр труб в осушительной системе не менее 50 мм. Толщина стенок труб регламентируется по Регистру. Радиус сгиба труб не менее 2,5 диаметров труб.

Стальные трубы осушительных трубопроводов после гибки и сварки защищают от коррозии оцинковкой.

В соответствии с требованиями п.1.4.2.3, т.к. на судне применяется бортовая арматура из медных сплавов, предусмотрена протекторная защита наружной обшивки от контактной коррозии посредством стандартных межфланцевых протекторов. Кроме этого в местах соединений стальных трубопроводов с арматурой, корпусами насосов и другими элементами из цветных сплавов также устанавливаются межфланцевые протекторы.

Пробки и резьбовая часть палубных втулок измерительных труб на открытых палубах из бронзы.

Детали бортовой арматуры, установленные ниже палубы переборок, донной арматуры, а также и уплотняющие прокладки изготовляются из перонита. Бортовой отливной клапан имеет уплотнение типа «металл по металлу».

Арматура, установленная на водонепроницаемых переборках, крепится к приварышам на шпильках или устанавливается на переборочных стаканах.

Число проходов трубопроводов через водонепроницаемые переборки минимально. Трубопроводы, проходящие через водонепроницаемые переборки, располагаются от борта на расстоянии менее 1/5 ширины судна, поэтому для предотвращения распространения забортной воды из повреждённого отсека в другие непроницаемые отсеки и цистерны при аварийном повреждении корпуса судна и разрушении труб на концах приёмных трубопроводов устанавливаются невозвратные клапаны.

Осушительные трубопроводы прокладываются вне междудонного пространства. Трубопроводы прокладывающиеся через хранилища топлива, масла, котельной и питьевой воды, проходят через нефтепроницаемые туннели, являющиеся конструктивной частью цистерн.

Система устроена так, что исключается возможность поступления забортной воды из одного непроницаемого отсека в другой. Для этого клапаны на приемных отростках, присоединённых непосредственно к магистрали, берутся невозвратно-запорного типа.

На судне предусматривается два осушительных насоса с механическим приводом. В качестве осушительных применяются независимые балластные насосы.

Расположение осушительных трубопроводов обеспечивает возможность работы одного из насосов в случаях, когда остальные насосы неработоспособны или используются для других целей.

Предусмотрено аварийное осушение МО с помощью насоса охлаждающей воды главных двигателей.

Расположение трубопроводов такое, что обеспечивается возможность осушения МО через приемные отростки, непосредственно присоединённые к насосу, при одновременном осушении остальных отсеков другими насосами.

Клапанные коробки и клапаны с ручным управлением располагаются в таких местах, которые в нормальных условиях эксплуатации всегда доступны.

Применяются устройства для очистки от нефтепродуктов откачиваемой за борт воды. Установка и работа устройств для очистки воды не препятствует нормальной работе осушительной системы.

1.2 Составление схемы осушительной системы

Составление схемы осушительной системы начинается с расстановки приемников осушения в грузовых трюмах. В соответствии с Правилами Регистра приемники устанавливаются у кормовых переборок трюмов. Приемные отростки снабжены защитными сетками. Приемные сетки отростков помещены в сборные колодцы, выгороженные в двойном дне и имеющие емкость не менее 0,2м³, как это требуется Регистром. Приемные сетки устанавливаются на 63 шп.

В соответствием с заданием осушительная система судна компонуется по децентрализованному принципу составления схемы системы. Приемные отростки присоединяются к магистрали, проходящей в двойных бортах, посредством невозвратно-запорных клапанов с дистанционным управлением.

В МО в соответствии с [1] устанавливаем приемники с каждого борта у носовой и кормовой переборки, помещенные в сборные колодцы. Приемные сетки на концах отростков не устанавливаются. Для защиты трубопровода на отростках устанавливаются грязевые коробки. Отростки присоединяются к осушительной магистрали с помощью невозвратно-запорных клапанов.

В дизель-генераторной устанавливаем три приемника осушения: два по бортам у носовой переборки МО, помещены в сборные колодцы, и один в кормовой оконечности. На этих отростках также устанавливаются грязевые коробки, и они также присоединяются с помощью опломбированных невозвратно-запорных клапанов к магистрали, проходящей через дизель-генераторную.

Осушение ахтерпика производится посредством отростка, снабженного защитной сеткой, и присоединенного к магистрали в помещении дизель-генераторной с помощью невозвратно-запорного клапана.

Намечаем место установки отливного отверстия осушительной системы. Так как по заданию насос должен быть установлен на левом борту, отверстие располагаем на левом борту на 82 шпангоуте, таким образом, чтобы выполнялось требование [1], по исключению приема сточной воды другими насосами забортной воды и попадания отливной воды в спускаемые шлюпки. По требованиям Регистра отливное отверстие снабжено угловым невозвратно-запорным клапаном с дистанционным приводом с главной палубы. Отливное отверстие располагаем по высоте на 0,3м выше уровня КВЛ.

Насос устанавливаем в районе 71 шпангоута. К насосу присоединяем его функциональную группу арматуры. В функциональную группу насоса входит: отсечная клинкетная задвижка; грязевая коробка; отсечный невозвратно-запорный клапан; отросток непосредственного осушения, который в соответствии с [1] снабжен невозвратно-запорным клапанрм с дистанционным приводом с главной палубы.

Входная и выходная точка функциональной группы осушительного насоса имеет ответвления для присоединения перемычек с соответствующими точками функциональной группы балластного насоса, который в соответствии с [1] является вторым осушительным насосом.

Осушение форпика в соответствии с [1] производится автономно водоструйным эжектором, питающимся от пожарной магистрали.

Приемники в форпике установлены в месте скопления воды у кормовой переборки правого и левого борта на 10 шпангоуте, а также приемники устанавливаются в цепных ящиках на 8 шпангоуте.

Приемники присоединяются к осушительной магистрали с помощью клапанных коробок.

Отливное отверстие находится на высоте 0,3 м над КВЛ и снабжено угловым невозвратно-запорным клапаном с дистанционным приводом с главной палубы. Отливное отверстие находится на левом борту на 8 шп.

1.3 Предварительный расчет осушительной системы

1.3.1 Выбор расчетной магистрали

В качестве расчетной магистрали принимается трубопровод, путь воды по которому является наиболее энергоемким. Такой трубопровод начинается от приемной сетки, стоящей на правом борту на 45 шпангоуте, и заканчивается отливным отверстием на 87 шпангоуте.

Расчетная магистраль разбивается на участки, в пределах которых диаметры трубопроводов предполагаются одинаковыми.

Участок 1-2 - приемный отросток правого борта трюма от приемного отверстия до места присоединения его к магистрали. Его длина составляет 1,5м.

Участок 2-3 - магистраль начинается на 45 шп. и заканчивается у входа в насос на 83 шп. Общая длина участка 2-3 составляет 31,7м.

Участок 3-4 - отливной трубопровод осушительной системы. Горизонтальные длины трубопроводов определяем по плану МО и дополнительно включаем длину по вертикали от насоса до отливного отверстия. Общая длина участка 3-4 составляет 6,3м.

На рисунке 1.1 представлена схема расчетной магистрали. На рисунке нанесены номера участков и рядом с каждым участком помещены гидравлические характеристики элементов трубопровода:

длина l;

внутренний диаметр d;

вид и величина коэффициентов местного гидравлического сопротивления, а также количество и суммарное сопротивление;

На каждом участке показан уровень подъема воды над ОП.

1.3.2 Определение диаметров трубопроводов приемной магистрали и проверка обеспечения допустимой высоты всасывания

Диаметр приемной магистрали в соответствии с [1] определяем по формуле:

(1.1)

где L=68,7м - расчетная длина судна;

H=6,67м - расчетная высота борта;

В=12,51м - расчетная ширина судна.

Подставляя в формулу 1.1, получим

Минимальный диаметр отростка, присоединяемого к магистрали, определяем по формуле:

(1.2)

где l=31,7м - длина наибольшего осушаемого отсека, м.

Находим требуемую производительность осушительного насоса в соответствии с [1], где сказано, что скорость воды в трубопроводе, внутренний диаметр которого найден по формуле (1.1), должна составлять 2м/с.

Q=5652d_маг² = 56520,086² = 41,8 м³/ч (1.3)

Из сортамента насосов принимают ближайший по производительности НЦВС 40/20М.

Насос имеет следующие характеристики:

паспортная подача Q=40м³/ч,

паспортный напор Н=25м вод.ст.,

мощность приводного двигателя N=8кВт/об.мин

Определяем диаметр отливного трубопровода системы исходя из условия, что скорость воды в трубопроводе в соответствии с требованиями РД5.5270-85 не должна превышать 3,25м/с.

(1.4)

где Q -производительность насоса равная 42 м/с.

d>0.067.

Для этого трубопровода принимаем трубу D_У 70 c толщиной стенки 4мм, внешним диаметром 76мм, и внутренним диаметром 68мм. Для приемного отростка принимаем трубу D_У 100 c толщиной стенки 5мм, внешним диаметром 108мм, и внутренним диаметром 98мм. Для магистрали принимаем трубу D_У 100 c толщиной стенки 5мм, внешним диаметром 108мм, и внутренним диаметром 98мм.

Производим проверку допустимой высоты всасывания при работе системы и насоса. Гидравлический расчет ведется в верхней части таблицы1.1.

Проверка показывает, что принятые по Правилам диаметры трубопроводов удовлетворяют требованиям по допустимой высоте всасывания (6м).

Для осушения форпика и помещения подруливающего устройства в соответствии с [1] принимаем трубопровод D_У 50.

Исходя из условия, что входной патрубок насоса не может быть меньше диаметра магистрали, принимаем для осушения форпика и помещения подруливающего устройства эжектор марки ВЭЖ-16, имеющий диаметр входного патрубка D_У 50, диаметр выходного патрубка D_У70, диаметр входного патрубка рабочей воды D_У 40.

Гидравлические характеристики эжектора марки ВЭЖ-16: производительность Q = 16 м³/ч, высота нагнетания 10 м. вод.ст., высота всасывания 4 м.вод.ст., расход рабочей воды 15,4 м³/ч, давление рабочей воды 70 кПа.

Ввиду малости длин трубопровода гидравлический расчет системы осушения форпика не производим.

1.4 Гидравлический расчет системы и согласования характеристик выбранного насоса с характеристиками системы

Для согласования характеристик насоса и системы строится характеристика системы, которая получена путем расчета гидравлических потерь в ней при трех значениях подачи: Q₁=34 м³/ч, Q₂=42м³/ч, Q₃=50м³/ч.

Расчет производим в таблице 1.1.

В результате расчета строим графики характеристик работы осушительной системы и насоса, представленные на рисунке 1.2.

В результате расчета получим, что характеристика системы пересекается с характеристикой насоса вне пределов рабочей части насоса. Для согласованной работы насоса и системы с подачей Q=42м³/ч требуется увеличить местное гидравлическое сопротивление в отливном трубопроводе. Требуемая величина потерь напора в этом трубопроводе определяется графически, и равна 6,47м.

Величину коэффициента дополнительного гидравлического сопротивления определяем по формуле:



Используя полученные значения, производим окончательный расчет потерь в системе в таблице 1.1.

В последней строчке таблицы 1.1 приводятся характеристики совместной работы насоса и системы при рабочем значении подачи.

Таким образом, характеристики насоса и системы согласованы. Система работает при следующих значениях параметров:

Подача насоса 42 м³/ч.

Полный напор 19,5 м.вод.ст.

Рабочая мощность насоса 4,9кВт.

КПД насоса 48%.

1.5 Проектирование системы осушения нефтесодержащих вод

1.5.1 Составление схемы

Составление схемы системы начинаем с расстановки приемников осушения. Поскольку длина судна менее 91м в соответствии с РД 5.5270.70-75 в качестве приемников системы нефтесодержащих вод (СОНВ) используем штатные приемники системы осушения, находящиеся в МО. Кроме этого приемники устанавливаем в поддонах под главными двигателями и дизельгенераторами.

Для защиты трубопровода на отростках устанавливаются грязевые коробки.

По заданию система осушения нефтесодержащих вод компонуется по централизованному принципу. Приемники присоединяются к магистрали с помощью клапанных коробок невозвратно-запорного типа.

Обслуживается система одним льяльным насосом винтового типа, расположенным в районе 84 шп. на правом борту. Насос соединен перемычкой с соответствующими точками функциональной группы основного осушительного и балластного насоса.

Насос выкачивает воду из колодцев в цистерну нефтесодержащих вод, а также выкачивает воду на станцию очистки, находящуюся на берегу или на другом судне. Непосредственно перед насосом устанавливается фильтр.

Выкачка производится через отливную перемычку, проходящую на оба борта в районе 94 шп. и выходящую на главную палубу. Концы перемычки снабжены невозвратно-запорными клапанами с заглушками международного образца. На перемычке установлен трехходовой L-образный кран-манипулятор, позволяющий изменять направление выкачки.

Отливной трубопровод снабжен трехходовым T-образным клапаном-манипулятором и пробковым краном, которые позволяют направлять воду в цистерну нефтесодержащих вод, а также на сепаратор.

На входе в насос также установлен T-образный трехходовой кран-манипулятор, позволяющий осуществить циркуляционную прокачку воды из цистерны через сепаратор.

1.5.2 Назначение диаметров магистралей, выбор насоса и определение объема цистерн нефтесодержащих вод

Производительность сепаратора для очистки нефтесодержащих вод в соответствии с требованиями Регистра п.7.3.9 принимаем в зависимости от водоизмещения судна. Принимаем сепаратор марки СК-2,5 с производительностью 2,5 м³/ч.

Насос подбираем исходя из требования, что его производительность не должна быть меньше производительности сепаратора. В соответствии с этим устанавливаем винтовой насос марки ЭВН-3/5 с характеристиками: Q=2,8м³/ч; Н=5м. вод. ст.; диаметр входного патрубка Dy40, диаметр выходного патрубка Dy32; мощность двигателя 1,6кВт.

Диаметры отростков осушительной магистрали из условия равенства его входному патрубку насоса принимаем равным Dy40.

Для отливного трубопровода принимаем трубу Dy32.

Скорость воды в трубопроводах системы должна быть в пределах 0,7 - 1 м/с.

Скорость воды в магистрали

,

Таким образом, делаем вывод, что выбранные диаметры близки к рекомендуемым.

Окончательно принимаем к установке: на приемной магистрали трубы Dy40, с наружным диаметром 45мм и толщиной стенки 4мм; на отливном трубопроводе Dy40 с наружным диаметром 45мм и толщиной стенки 4мм.

Объем цистерны нефтесодержащих вод определяется по формуле для морских судов:

V=k·c·D,

где k=0,005 - коэффициент, учитывающий отсутствие пурификации топлива;

c- суточный расход топлива, равен 8,4 т/сутки;

D- максимальная продолжительность рейса между портами где можно сдать нефтесодержащие воды, рекомендуется принимать две автономности, принимаем равной 20 суток.

Тогда

V=0,005·8,4·20=0,84м³.

1.6 Спецификация осушительной системы

Основная осушительная система на судне изготовлена из стальных бесшовных оцинкованных внутри и снаружи труб.

Отростки осушения изготовлены из трубы Dy100 с толщиной стенки 5 мм.

Осушительная магистраль изготовлена из трубы Dy100 с толщиной стенки 5 мм.

Участок магистрали, присоединенный непосредственно к насосу имеет Dy100 cтолщиной стенки 5мм.

За арматурой из цветных металлов установлены жертвенные участки трубопроводов длиной 0,5м с увеличенной толщиной на 1-2 мм.

Трубопровод присоединен к бортовому клапану через цинковый кольцевой протектор.

Соединение трубопроводов фланцевое.

На приемных отростках в грузовом трюме установлены сетки с невозвратно-запорными клапанами Dy100.

Приемные отростки присоединены к магистрали с помощью невозвратно-запорных проходных клапанов Dy 100 с дистанционным управлением электрического типа.

Магистраль присоединяется к насосу с помощью отсечной клинкетной задвижки Dy100 через фильтр Dy100.

Отросток непосредственного осушения снабжен невозвратно-запорным клапаном Dy100 с дистанционным приводом, выведенным на главную палубу.

Выходной патрубок насоса снабжен отсечным невозвратно-запорным клапаном Dy70.

Отливной трубопровод присоединен к борту посредством углового невозвратно-запорного клапана Dy70 снабженного дистанционным приводом, выведенным на главную палубу.

Отростки осушения МО у носовой и кормовой переборок снабжены грязевыми коробками Dy100.

В ахтерпике установлена приёмная сетка Dу100.

Вся арматура бронзовая, материал валиковых приводов - сталь.

Установлен осушительный насос марки НЦВС 40/20М с характеристиками: паспортная производительность 40 м³/ч, напор 20 м.вод.ст., мощность электродвигателя 8 кВт, рабочая мощность насоса 4,9кВт.

Система осушения форпика изготовлена из стальных бесшовных оцинкованных внутри и снаружи труб.

Для осушения форпика приняты трубопроводы Dу50 с толщиной стенки 4 мм.

Отростки осушения расположенные у кормовой переборки форпика и под цепными ящиками присоединены к магистрали посредством клапанных коробок невозвратно-запорного типа Dу50.

За арматурой из цветных металлов установлены жертвенные участки трубопроводов длиной 0,5 м с увеличенной толщиной стенки на 2 мм.

Отливной трубопровод изготовлен из трубы Dу40 с толщиной стенки 4мм.

Трубопровод присоединён к бортовому клапану через цинковый кольцевой протектор.

Соединение трубопроводов фланцевое.

Отливной трубопровод присоединён к борту посредством углового невозвратно-запорного клапана Dу40 снабжённого дистанционным приводом валиково типа, выведенным к палубной втулке на палубе бака.

Магистраль присоединяется к эжектору с помощью отсечной клинкетной задвижки Dу50.

Вся арматура бронзовая, материал валиковых приводов сталь.

Установлен водоструйный эжектор марки ВЭЖ-16 с характеристиками: паспортная производительность 16 м³/ч, напор 10 м.вод.ст,расход рабочей воды 15,4 м³/ч.

Система осушения нефтесодержащих вод изготовлена из стальных бесшовных оцинкованных внутри и снаружи труб Dy40 с толщиной стенки 4 мм.

Участок магистрали, присоединенный непосредственно к насосу имеет Dy40 с толщиной стенки 4 мм.

В местах соединения трубопроводов с арматурой установлены кольцевые цинковые протекторы. Участки трубопровода за арматурой, по ходу движения жидкости, выполнены утолщенными на 1мм (жертвенные участки).

Отливной трубопровод изготовлен из трубы Dy32 с толщиной стенки 4 мм.

Соединение трубопроводов фланцевое.

Все отростки осушения снабжены грязевыми коробками Dy40 и присоединяются к магистрали с помощью клапанных коробок Dy40.

Концы отливной перемычки снабжены невозвратно-запорными клапанами Dy32 с заглушками международного образца. На перемычке установлен трехходовой L-образный кран-манипулятор Dy32.

Отливной трубопровод снабжен трехходовым T-образным краном-манипулятором Dy32.

Магистраль присоединяется к насосу с помощью трехходового T-образного крана-манипулятора Dy40 через фильтр Dy40.

На отростке, ведущем к сепаратору, установлен пробковый кран Dy32.

Вся арматура бронзовая.

В качестве насоса осушения нефтесодержащих вод установлен насос марки ЭВН 3/5 с характеристиками: подача 2,8м³/ч; напор5 м.вод.ст., кавитационный запас 6м, диаметр всасывающего трубопровода Dy40, нагнетательного патрубка Dy32. Мощность двигателя 1,6кВт.

Для очистки нефтесодержащих вод установлен сепаратор марки Ск-2,5 с производительностью 2,5м³/ч.

Система СОНВ соединяется с осушительной системой посредством пробковых кранов Dy40 с пломбами.

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЛЛАСТНОЙ СИСТЕМЫ

2.1 Совокупность требований, предъявляемых к балластной системе и анализ исходных данных для проектирования

В соответствии с п.8.1.1 [1] балластная система обслуживается одним насосом, в качестве которого используется второй осушительный насос.

Балластные трубопроводы прокладываются в двойных бортах.

Соединение трубопроводов фланцевое (типа С₂, п.2.4.3.2 [1]). Трубы стальные, бесшовные, оцинкованные внутри и снаружи. Проход труб через непроницаемые переборки осуществляется переборочных стаканов.

Арматура балластной цистерны бронзовая. Защита от коррозии производится посредством кольцевых протекторов, устанавливаемых в местах соединения бронзовой арматуры со стальными трубами. Кроме этого, за бронзовой арматурой по ходу движения жидкость установлены жертвенные участки трубопроводов с утолщенными стенками.

Размещение балластных цистерн на судне дано в таблице 2.1.

Таблица 2.1

№БЦ	Расположение	Шп.	Объем, м3	Диаметр отростков мм	Dy, мм	Принятое Dy, мм
БЦ1	дв. борт	13-46	83,5	78,7	Dy100	Dy100
БЦ2	дв. борт	13-46	83,5	78,7	Dy100	Dy100
БЦ3	дв. дно	13-46	138,5	93,1	Dy100	Dy100
БЦ4	дв. дно	13-46	138,5	93,1	Dy100	Dy100
ИТОГО			444

Диаметр отростков ведущих в балластные цистерны определяю по формуле 8.2.1:

, где (2.1)

V - объём балластной цистерны, м³.

В соответствии с п.8.2.2, в качестве диаметра балластной магистрали принимаю наибольший из расчётных диаметров- Dy100. Эта труба имеет следующие характеристики:

D_нар =108 мм ; толщина стенки 5 мм; D_вн = 98 мм.

Требуемая производительность балластного насоса определяю из условия (п.8.1.1) что скорость воды в трубопроводе должна быть не менее 2 м/с при вычислении его внутреннего диаметра по формуле 8.2.1.

(2.2)

м³/ч.

Определим производительность балластного насоса исходя из трех условий:

1) производительность балластного насоса как второго осушительного не может быть меньшей, чем производительность выбранного насоса (Q=42м³/ч);

2) производительность балластного насоса в соответствии с заданием должна обеспечить закачку и выкачку балласта за время не более 12 часов

Исходя из этих условий, в качестве балластного насоса выбираем насос НЦВЦ 40/20М.

Для установки на судне предварительно выбираются следующие стандартные трубы. Для магистрали диаметр, соответствующий наибольшему диаметру отростка Dу100. Эта труба имеет следующие характеристики:мм ; толщина стенки 5 мм; D_вн = 98 мм.

Минимальный диаметр трубопровода для этого насоса по ограничению скорости воды в трубопроводах, составляет

,где

Q -производительность насоса,

Vдоп - допустимая скорость в трубопроводе.

мм.

2.2 Составление схем

2.2.1 Составление схемы балластной системы

Схема компоновки системы - децентрализованная (в соответствии с заданием).

Составление схемы начинаю с расстановки приемных отростков в балластных цистернах. В соответствии с п.8.3.1 1 отростки устанавливаются у кормовых переборок в балластных цистернах с левого борта на 46 шп. Концы приёмных отростков снабжены раструбами.

Отростки присоединяются к балластным магистралям, проходящим в двойных бортах посредством клинкетных задвижек с дистанционным управлением гидравлического типа.

Отливные отверстия балластной системы устанавливают на каждом борту в соответствии с п.4.3.2.2 1 так, чтобы отливаемая вода не попадала в иллюминаторы, шлюпки и плоты при их спуске, а так же был исключен прием отливаемой воды другими насосами забортной воды. Отверстия устанавливаются в районе 88 шп. на высоте 0,3 м выше летней ГВЛ. Отливные отверстия снабжены в соответствии с п.4.2.4 1 угловыми невозвратно-запорными клапанами, имеющими дистанционный привод с палубы.

Балластный насос, расположенный на 85 шп. по левому борту присоединяется к балластной магистрали через отсечную клинкетную задвижку и фильтр. Между клинкетной задвижкой и фильтром к магистрали присоединён отросток непосредственного осушения МО, который снабжён невозвратно-запорным клапаном имеющим дистанционное управление с главной палубы

Выходной патрубок насоса присоединяется к отливному трубопроводу через отсечный невозвратно-запорный клапан. Этот трубопровод присоединяется к отливной перемычке соединяющей отливные отверстия. В районе присоединения трубопровода к перемычке на перемычке установлены два маневровых невозвратно-запорных проходных клапана позволяющих изменять борт, с которого выкачивается балласт, без закрытия бортовых клапанов.

Перед отсечной клинкетной задвижкой и за отсечным клапаном к трубопроводам присоединена перемычка связывающая балластно-осушительный насос с осушительным (п.7.3.4).

Заполнение цистерны балластом производится из кингстонной перемычки расположенной в районе 68 шп., к которой присоединены ответвления от приёмного участка балластной магистрали. В близи точки присоединения установлены клинкетные задвижки, позволяющие балластному насосу принимать воду из перемычки или из балластной системы. На выходе из насоса, за отсечным клапаном к отливному трубопроводу присоединён обвод ведущий к балластной магистрали, позволяющей заполнять цистерны водой. Обвод снабжён проходным клапаном.

2.2.2 Система воздушных и измерительных труб

В соответствии с п. 10.1.1 каждая балластная цистерна оборудована воздушной трубой, каждая из которых выведена выше палубы переборок.

Воздушные трубы установлены в цистернах в наиболее удаленных от наполнительных отростков местах (п. 10.1.2).

Высота воздушных труб, измеренная от палубы до уровня жидкости в трубе при заполнении, составляет 760мм. Диаметр воздушной трубы определяется из условия, что ее площадь, в соответствии с п.10.1.10, должна составлять не менее 1,25 площади наполнительного отростка. Принимаем Dу=125

В соответствии с п.10.1.4 толщина стенки воздушной трубы выбирается равной 5 мм.

Выходные концы труб в соответствии с п.10.1.8 снабжены защитными головками с сеткой и шаровым клапаном, препятствующим попаданию воды в балластные цистерны.

Схема расположения воздушных труб изображена на плане трюма и боковом виде.

Каждая балластная цистерна снабжена измерительной трубой, выведенной на главную палубу. Измерительные трубы крепятся к главной палубе посредством палубных втулок и закрыты плотными пробками.

В соответствии с п.10.6.7 в качестве измерительных используются трубы ДУ-32 с толщиной стенки 4 мм. Измерительные трубы располагаются в непосредственной близости от наливных отростков в цистернах.

2.3 Предварительный расчет балластной системы на осушение

2.3.1 Выбор расчетной магистрали при работе на осушение

В качестве расчетной магистрали принимаю совокупность трубопроводов, путь воды по которым является наиболее энергоемким. Расчетная магистраль разбивается на участки, в пределах которых предполагается равенство внутренних диаметров трубопровода:

Участок 1-2: приемный отросток от раструба, расположенного в двойном борте трюма с правой стороны на 46 шп. до места его присоединения к магистрали на 46 шп. Его длина составляет 1,6м, определяется по схеме трюмных систем.

Участок 2-3: магистраль начинается на 46шп. и заканчивается у входа в насос на 85шп. Длина магистрали вдоль судна составляет 29,8м, длина участков магистрали в поперечном сечении определяется по плану МО - 2,5м. таким образом, общая длина участка составляет 32,3м

Участок 3-4: отливной трубопровод балластной системы до отливного отверстия правого борта. Общая длина участка составляет 18,4 м

Схематично расчетная магистраль изображена на рисунке 2.1.

На рисунке нанесены номера участков и рядом с каждым участком помещены гидравлические характеристики элементов трубопровода: длина; внутренний диаметр; вид и величина коэффициентов местного гидравлического сопротивления, а также количество и суммарное сопротивление

На каждом участке показан уровень подъема воды над ОП.

2.3.2 Проверка допустимой высоты всасывания

Производим проверку допустимой высоты всасывания при работе системы и насоса. Гидравлический расчет ведется в верхней части таблицы 2.2.

Проверка показывает, что принятые по правилам диаметры трубопроводов обеспечивают требуемая высота всасывания 3,25 м.вод.ст. меньше чем допустимая высота всасывания насоса равная 6 м.вод.ст. Значит, при принятых диаметров трубопроводов при подаче насоса Q=42м³/ч работоспособность системы обеспечивается.

2.4 Гидравлические расчеты балластной системы

2.4.1 Расчет системы на осушение. Согласование характеристик насоса и системы

Для согласования характеристик совместной работы насоса и системы производим гидравлический расчет балластной системы при осушении балласта для трех значений подачи насоса: Q₁=34м³/ч; Q₂=42м³/ч; Q₃=50м³/ч.

Расчет производим в таблице 2.3 для случая `конца осушения'.

Начало осушения отражается с помощью графика, построенного по таблице 2.2 и показанного на рисунке 2.2, путём сдвига рассчитанной кривой Н_с вертикально вниз на величину максимального уровня воды в осушаемой балластной цистерне, т.е. на 5м.

В результате расчета строим графики характеристик работы балластной системы и насоса на осушение, представленные на рисунке 2.2.

В результате расчета получим, что характеристика системы пересекается с характеристикой насоса вне пределов рабочей части насоса. В качестве рабочей точки выбираем подачу насоса Q=42м³/ч. Для согласованной работы насоса и системы с этой подачей требуется увеличить местное гидравлическое сопротивление в отливном трубопроводе. Требуемая величина потерь напора в этом трубопроводе определяется графически, и равна 9.

Величину коэффициента дополнительного гидравлического сопротивления определяем по формуле:

Используя полученные значения, производим окончательный расчет потерь в системе в таблице 2.2.

В последней строчке таблицы 2.2 приводятся характеристики совместной работы насоса и системы в “конце осушения” при рабочем значении подачи.

Таким образом, в результате расчета получим, что при “окончании осушения” насос и система работают при следующих параметрах:

Подача насоса 42 м³/ч

Полный напор 19,5м вод.ст.

Рабочая мощность насоса 4,9Вт

КПД насоса 47%

В “начале осушения” насос и система работают при следующих параметрах:

Подача насоса 37м³/ч

Полный напор 20,5м

Рабочая мощность насоса 4,9кВт

КПД насоса 48%

2.4.2 Гидравлический расчет и согласование системы при заполнении цистерн балластом

Для расчёта системы на заполнение составляется схема расчётной магистрали, включающей обводную перемычку, которая позволяет заполнять цистерны забортной водой. Ввиду малости длины трубопровода от кингстонной перемычки до насоса, этот участок не рассчитывается.

Расчётная магистраль содержит участки:

Участок 1-2 - перемычка, служащая для заполнения цистерн, протяжённостью от насоса до места присоединения к балластной магистрали.

Так как диаметры магистрали и приёмных отростков одинаковы, то участок 2-3 будет включать балластную магистраль. до места присоединения отростка, ведущего в левую балластную цистерну двойного борта и сам этот отросток.

Расчётная схема представлена на рисунке 2.3 (всасывающий участок не изображается).

Расчёт производится аналогично расчёту системы на осушение - для трёх расходов и на начало заполнения, при этом геометрической высотой z подъема воды в расчете является превышение уровня воды в заполняемой цистерне над ГВЛ в балласте. Высота установки насоса в расчет не входит.

Расчёт приведён в таблице 2.3.

График по расчёту построен на рисунке 2.4.

Случай "начало заполнения" не рассчитывается, а строится путём вертикального смещения точек Н_с вниз на величину уровня жидкости над наливным патрубком (он же приёмный) в полностью заполненной цистерне .

Из графика на рисунка 2.4 видно, что нужно дополнительное сопротивление, которое высчитывается аналогично п. 1.4:

Для согласования характеристик совместной работы насоса и системы производим гидравлический расчет балластной системы при осушении балласта для трех значений подачи насоса: Q₁=34м³/ч; Q₂=42,6м³/ч; Q₃=51м³/ч.

В качестве основного расчетного случая рассматриваем “окончание заполнения”, при этом геометрическая высота подъема воды будет равна подъему воды до верха бортовой балластной системы над БВЛ 3м.

Гидравлический расчет производим в таблице 2.3.

Расчетный случай начало заполнения в таблице 2.3 не рассчитывается, а положение характеристики системы получаем путем эквидистантного сдвига характеристики системы вертикально вниз на высоту жидкости над приемником в начале осушения 2,1 м.

В результате расчета строим графики характеристик работы балластной системы и насоса на заполнение, представленные на рисунке 2.4.

В результате расчета получено, что характеристики системы в “начале заполнения” и в “конце заполнения” пересекается с характеристикой насоса за пределами рабочей части.

Для согласования работы насоса и системы выбираем насос Q=42,6м³/ч. Согласование производим для случая “начало заполнения”

Для согласованной работы насоса и системы с этой подачей требуется увеличить местное гидравлическое сопротивление на участке 2-3. Требуемая величина потерь напора в этом трубопроводе определяется графически, и равна 12,5м

Величину коэффициента дополнительного гидравлического сопротивления определяем по формуле

Используя полученные значения, производим окончательный расчет потерь в системе в таблице 2.3.

В последней строчке таблицы 2.3 приводятся характеристики совместной работы насоса и системы в “конце заполнения” при рабочем значении подачи.

Таким образом, в результате расчета получим, что при насос и система в “начале заполнения” работают при следующих параметрах:

Подача насоса 42,6м³/ч

Полный напор 19,5м

Рабочая мощность насоса 5кВт

КПД насоса 46%

В “окончании заполнения” насос и система работают при следующих параметрах:

Подача насоса 38м³/ч

Полный напор 20,5м

Рабочая мощность насоса 4,7кВт

КПД насоса 48%

Рисунок 2.4- Графики характеристик работы балластной системы и насоса. Согласование их работы при заполнении.

2.5 Определение времени осушения и заполнения балласта

Время операций с балластом определяется для двух основных объектов.

1. Операции с балластом для наибольшей по объему цистерны.

В качестве наибольшей по объему цистерны выбираем цистерну №3 объемом 138,5м³.

Время операций с балластом определяется по формуле:

где Q определяется для двух расчетных случаев: осушение балласта, заполнение балласта.

Для случая осушения балласта

Тогда время осушения

Для случая заполнения балласта

Тогда время заполнения

Таким образом, максимальное время операций с балластом наибольшей по объему цистерны получится при осушении балласта и составляет 3,5ч.

2. Операции с основным балластом.

Время операций с основным балластом определяется по формуле:



где V_бал=444м³ - суммарный балласт

Используя найденные выше средние значения производительности насоса при осушении и заполнения балласта, получим:

В результате расчета получено, что максимальное время с основным балластом затрачивается на осушение балласта и составляет 11,24ч.

2.6 Спецификация балластной системы

Балластная система на судне изготовлена из стальных бесшовных оцинкованных внутри и снаружи труб.

Отростки изготовлены из трубы Dу100с толщиной стенки 5мм.

Балластная магистраль изготовлена из трубы Dу100 с толщиной стенки 5мм.

Участок магистрали, присоединённый непосредственно к насосу имеет Dу100 с толщиной стенки 5 мм.

За арматурой из цветных металлов установлены жертвенные участки трубопроводов длиной 0,5 м с увеличенной толщиной стенки на 1-2 мм.

Трубопровод для заполнения балласта изготовлен из трубы Dу100.

Отливной трубопровод изготовлен из трубы Dу100 с толщиной стенки 5мм.

Трубопровод присоединён к бортовому клапану через цинковый кольцевой протектор.

Соединение трубопроводов фланцевое.

Приёмные отростки присоединены к магистрали с помощью клинкетных задвижек Dу100.

Магистраль присоединяется к насосу с помощью отсечной клинкетной задвижки Dу100 через фильтр Dу100.

Отросток непосредственного осушения снабжён невозвратно-запорным клапаном Dу100 с дистанционным приводом валикова типа, выведенным к палубной втулке на главную палубу.

Выходной патрубок насоса снабжён отсечным невозвратно-запорным клапаном Dу80.

Отливной трубопровод присоединён к борту посредством углового невозвратно-запорного клапана Dу80 снабжённого дистанционным приводом валиково типа, выведенным к палубной втулке на главной палубе. Перед этими клапанами установлены невозвратно-запорные клапаны Dу80.

Отливная перемычка присоединена к выходному патрубку насоса с помощью невозвратно-запорного клапана Dу80.

Кингстонная перемычка присоединяется к магистрали с помощью клинкетной задвижки Dу80. Вся арматура бронзовая, материал валиковых приводов сталь. Установлен осушительный насос марки НЦВС 40/20М с характеристиками: паспортная производительность 40 м³/ч, напор 25 м.вод.ст., мощность электродвигателя 8 кВт.

В качестве измерительных труб используются стальные шовные оцинкованные внутри и снаружи трубы Dу32 с толщиной стенки 3 мм.

Концы измерительных труб снабжены плотными пробками, имеющими резьбу, и изготовленными из бронзы.

В качестве воздушных труб используются стальные шовные оцинкованные внутри и снаружи трубы Dу100 с толщиной стенки 6 мм.

Выходные концы воздушных труб обращены коленом вниз и на их концах установлены поплавковые клапаны Dу100.

Размещено на Allbest.ru