Институт судостроения и морской арктической техники (Севмашвтуз)

Институт судостроения и морской арктической техники (Севмашвтуз)

 

 

Кафедра океанотехники и энергетических установок

 

А.М. Воронин

 

 

Общесудовые системы и устройства.

Проектирование трюмно-балластных систем

Методические указания к выполнению курсовой работы.

 

Северодвинск

2015

 

 

Общесудовые системы и устройства. Проектирование трюмно-балластных систем. Методические указания к выполнению курсовой работы/Сост. А.М. Воронин – Северодвинск: САФУ, 2015.- 47 с.

 

Пособие предназначено для студентов направления 26.03.02 "Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры", профиля «Судовые энергетические установки» (всех форм обучения) и содержит указания к проектированию трюмно-балластных систем морских транспортных судов, порядок разработки схем и выполнения расчётов систем и требования к оформлению курсовой работы. Приведен список справочной литературы и нормативной документации, необходимой при выполнении курсовой работы.

 

САФУ, 2015 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1. Назначение трюмно-балластных систем и анализ предъявляемых к ним требований. 5

2. Проектирование компоновки трюмно-балластных систем и их расчёт. 9

3. Заключение. 37

4. Требования к оформлению курсовых работ. 38

5. Список литературы. 39

Приложение I. Сортамент труб. 41

Приложение II. Характеристики некоторых насосов. 42

ВВЕДЕНИЕ

 

Трюмно-балластные системы, являющиеся объектом проектирования в данной курсовой работе, имеют важное общесудовое значение. Они обеспечивают живучесть и основные мореходные качества судна, такие как плавучесть и остойчивость. При их проектировании необходимо решать вопросы охраны окружающей среды. Проектирование этих систем включает в себя большую часть общеинженерных задач, встречающихся при проектировании других общесудовых систем.

При проектировании общесудовых систем существует следующий порядок приоритетов [6]:

1. Соответствие техническому заданию на проектирование судна (учёт особенностей судна, определяющих общую архитектуру систем);

2. Выполнение требований судостроительных нормативных документов (Правила РМРС, международные конвенции, руководящие документы и отраслевые стандарты);

3. Обеспечение работоспособности систем в условиях эксплуатации, подтверждаемое соответствующим расчётом;

4. Минимизация материальных и энергетических затрат.

При выполнении данной курсовой работы должны быть безусловно выполнены первые три приоритета. Строгое подтверждение четвёртого расчётами не требуется, однако студент должен учитывать это требование при выборе конструктивных решений в процессе проектирования систем и уметь аргументировать свои решения с этой точки зрения.

Таким образом, курсовая работа направлена на развитие умения самостоятельной разработки схем систем с учётом требований нормативных документов и особенностей судна, получение навыков самостоятельного выполнения расчётов систем и выбора оборудования, навыков оформления конструкторской документации.

Исходным материалом для выполнения курсовой работы, кроме задания, является план общего расположения судна, на котором показано расположение всех непроницаемых переборок, балластных цистерн, топливных и масляных цистерн, оборудования в машинном отделении, нанесена шкала практических шпангоутов.

В соответствии с вышесказанным, во Введении к курсовой работе студентом должны быть раскрыты следующие вопросы: место трюмно-балластных систем в обеспечении живучести и мореходных качеств судна, постановка цели и задач курсовой работы в соответствии с порядком приоритетов при проектировании.

НАЗНАЧЕНИЕ ТРЮМНО-БАЛЛАСТНЫХ СИСТЕМ И АНАЛИЗ ПРЕДЬЯВЛЯЕМЫХ К НИМ ТРЕБОВАНИЙ

 

1.1. Назначение проектируемых систем.

В данном подразделе следует конкретизировать, какие системы входят в группу трюмно-балластных систем для данного судна, и охарактеризовать их назначение.

 

1.2. Анализ особенностей судна, влияющих на общую архитектуру систем.

В данном подразделе следует дать общую характеристику судна, для которого проектируются системы (назначение, архитектурно-конструктивный тип, количество трюмов, тип грузового устройства, технические характеристики), а так же обозначить те особенности судна, которые влияют на технический облик проектируемых систем.

Пример построения общей характеристики судна (контейнеровоз):

"Архитектурно-конструктивный тип данного судна характерен для всех современных контейнеровозов. Судно имеет избыточный надводный борт и большое раскрытие палубы, исключающее операцию горизонтального перемещения груза в трюмах. Судно имеет двойное дно и двойные борта, простирающиеся на всём протяжении грузовой зоны.

Для размещения контейнеров предусмотрены семь грузовых трюмов, из них шесть расположены перед машинным отделением и один в кормовой части. Трюма имеют ячеистую структуру и оборудованы вертикальными направляющими угольниками. Грузовое устройство на судне не предусмотрено, все погрузочно-разгрузочные работы выполняются береговыми средствами. Крышки люков — понтонного типа, снимаемые и устанавливаемые также береговыми средствами."

Технические характеристики (длина, ширина, высота борта, осадка, дедвейт, водоизмещение в грузу, водоизмещение порожнем, контейнеровместимость, скорость хода, тип главного двигателя, тип и количество движителей, численность экипажа) можно оформлять в виде таблицы.

Различные типы судов имеют свои особенности, так или иначе влияющие на технический облик трюмно-балластных систем. В качестве примеров приводятся характеристики особенностей для наиболее распространённых типов морских транспортных судов - контейнеровозов, навалочных судов и танкеров.

Пример краткой характеристики особенностей для контейнеровоза:

"Особенностью судов-контейнеровозов является высокий борт и наличие палубного груза, что приводит к повышенному расположению центра тяжести по сравнению с другими грузовыми судами и требует особого внимания к обеспечению остойчивости судна при различных вариантах загрузки. Для решения этой задачи часто предусматривается не только большое количество балластных цистерн и, соответственно, довольно сложная балластная система, но и наличие отдельной противокреновой системы, способной обеспечить оперативное спрямление крена, т.к. именно поперечная остойчивость имеет решающее значение для надводных судов. Большинство балластных цистерн располагаются в двойном дне с целью приёма балласта не только для обеспечения требуемой посадки судна в балластном переходе, но и в грузу для понижения центра тяжести и увеличения метацентрической высоты".

Пример краткой характеристики особенностей для навалочного судна:

"Особенностью навалочных судов является пониженное расположение центра тяжести по сравнению с другими грузовыми судами при перевозке грузов большой плотности. Вызванная этим избыточная остойчивость приводит к слишком порывистой качке, что отрицательно влияет на обитаемость судна. В связи с этим на навалочных судах предусматриваются не только междудонные цистерны для размещения балласта, обеспечивающего требуемую посадку судна в балластном переходе, но и отдельные подпалубные цистерны, в которых размещается балласт для повышения центра тяжести судна в грузу и уменьшения метацентрической высоты. Кроме того, относительно большое количество балласта требует значительной подачи балластных насосов".

Пример краткой характеристики особенностей для танкера:

"Особенностью танкеров является малое количество осушаемых помещений - в связи с тем, что большая часть судна занята танками с жидким грузом. При этом основной осушительной системой фактически обслуживается только машинное отделение, поскольку грузовое насосное отделение (при его наличии) в соответствии с Правилами РМРС требует автономного осушения, а помещения форпика осушаются автономно традиционно в силу совокупности общих для всех судов причин. Кроме того, относительно большое количество балласта при ограничении времени погрузочно-разгрузочных (а соответственно, и выполняемых одновременно балластных) операций требует значительной подачи балластных насосов".

 

1.2. Анализ требований нормативных документов к проектируемым системам.

В данном подразделе следует привести нормативные документы, формулирующие требования и рекомендации к проектированию трюмно-балластных систем, и кратко охарактеризовать эти требования (обязательность выполнения, область распространения).

Основным источником требований, обязательных для выполнения при проектировании судов, являются «Правила классификации и постройки морских судов» Российского морского регистра судоходства [14]. Требования к трюмно-балластным системам в основном содержатся в части VIII “Системы и трубопроводы» (разделы 1, 2, 4, 5, 7 и 8).

Раздел 2 «Металлические трубопроводы» формулирует требования к трубопроводам трюмно-балластных систем: материалы, минимальные толщины стенок, типы соединений, максимально допустимые скорости течения воды в трубопроводах.

Раздел 4 «Арматура» формулирует требования к расположению и маркировке арматуры, в том числе донной и бортовой, и отверстиям в наружной обшивке судов.

Раздел 5 «Прокладка трубопроводов» формулирует требования к прокладке трубопроводов через различные помещения, переборки и цистерны.

Раздел 7 «Осушительная система» и раздел 8 «Балластная, креновая и дифферентная системы» формулируют ряд требований конкретно к трюмно-балластным системам: количество и минимальная подача осушительных и балластных насосов, минимальные диаметры трубопроводов, требования к осушению помещений различного назначения, к применяемой арматуре.

Выдвигаемые требования, несмотря на их многообразие, направлены прежде всего на обеспечение безопасности и надёжности (предотвращение гибели судна и нанесения вреда здоровью экипажа и окружающей среде при повреждении какого-либо элемента систем, защита элементов систем от повреждений, коррозии и эрозии), а так же на обеспечение удобства обслуживания и ремонта систем.

Часть VIII Правил хотя и является основной по части требований к трюмно-балластным системам, но не единственной. Современные суда как правило имеют высокий уровень автоматизации, а в части XV«Автоматизация» Правил РМРС содержатся требования к автоматизированным осушительным системам машинных отделений.

Ряд правил и рекомендаций к проектированию трюмно-баластных систем, а так же примерные схемы компоновки приводятся в РД5.5270-85 "Системы трюмные и балластные судовые. Правила проектирования" [19]. Во многом они пересекаются с требованиями Правил Российского морского регистра судоходства, но в отличие от являющихся строго обязательными Правил Регистра, РД содержит ряд положений, имеющих рекомендательный характер.

Серьёзные требования предъявляются к трюмно-балластным системам современных судов международными конвенциями в части предотвращения загрязнения морской среды.

Так, приложение I Международной конвенции по предотвращению загрязнения моря с судов (МАРПОЛ) формулирует правила по предотвращению загрязнения нефтью с судов. Согласно этим правилам, вода из машинного отделения, в которой могут содержаться нефтепродукты, не может сливаться напрямую за борт. Для хранения таких нефтесодержащих (льяльных) вод на судне должна быть предусмотрена сборная цистерна соответствующей ёмкости и трубопровод выдачи вод из этой цистерны на берег, обслуживаемые отдельным насосом. Для возможности сброса за борт в разрешённых районах нефтесодержащие воды должны пройти очистку в сепараторе льяльных вод, соответствующем резолюции ИМО МЕРС.107(49) и обеспечивающем очистку до нефтесодержания не более 15 частей на млн. Требуемая производительность сепаратора зависит от водоизмещения судна.

Экологические требования предъявляются на сегодняшний день и к балластным системам. Проблема состоит в том, что попавшие в цистерны вместе с балластом водные организмы и возбудители опасных болезней при сбросе балласта в другом районе Мирового океана попадают в местную экосистему, где они являются чужеродными. Способные к адаптации организмы начинают борьбу за выживание, что может привести к нарушению баланса экосистемы и к трансграничному биологическому загрязнению [8].

Согласно Международной конвенции о контроле балластных вод и осадков и управлению ими (2004), все новые суда и суда, находящиеся в эксплуатации, должны оснащаться системами управления балластными водами (СУБВ), обеспечивающими полное уничтожение вредных морских микроорганизмов и контроль качества обработки балластных вод [23]. Такая система была разработана в России ФГУП «Крыловский государственный научный центр» совместно с ЗАО «ЦНИИ СМ», «ООО «НПО ЭНТ» и Российским государственным гидрометеорологическим университетом [8, 20]. Модуль СУБВ-250 с номинальной производительностью 250 м3/ч состоит из блока СУБВ-Ф-250, обеспечивающего обезвреживание балластных вод методом фильтрации (задерживая организмы и взвешенные частицы размером 50 мкм и крупнее) и блока СУБВ-УФ-250, обеспечивающего обезвреживание балластных вод воздействием ультрафиолетового излучения (уничтожает организмы размером менее 50 мкм — планктон, бактерии и вирусы), а также приборов контроля. При заполнении балластных цистерн вода проходит последовательно через блоки СУБВ-Ф-250 и СУБВ-УФ-250, а при откачке балласта – только через блок СУБВ-УФ-250.

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПОНОВКИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В разделе "Заключение" курсовой работы производится обобщение и анализ результатов проектирования систем. Даётся краткая характеристика каждой системы (принцип компоновки, оценка выполнения требований нормативных документов при проектировании, количество насосов и их марка, вывод о работоспособности системы по результатам проверки условий работы насоса в системе, главные характеристики систем — расход, напор, время балластных операций с оценкой его соответствия заданному). Следует упомянуть возникшие при проектировании трудности и применённые методы их устранения, а также оригинальные конструктивные решения с их обоснованием (при их наличии, разумеется).

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОВЫХ РАБОТ

 

1. Пояснительная записка содержит 60-70 листов печатного текста (вместе с Приложениями), аккуратно выполненного на одной стороне стандартных листов бумаги формата А4. Содержание пояснительной записки: титульный лист, лист задания, содержание, введение, назначение трюмно-балластных систем и анализ предъявляемых к ним требований, проектирование компоновки трюмно-балластных систем и их расчёт, заключение, список использованных источников, а так же Приложения - комплект разработанных проектно-конструкторских документов, являющихся основным результатом работы.

2. Нумерация таблиц и рисунков сквозная.

3. Ссылки на источники оформляются следующим образом: [1, стр.131]. Ссылка делается на номер источника в перечне использованной литературы.

4. Источники в перечне использованной литературы пишутся в алфавитном порядке.

5. Все листы пояснительной записки нумеруются, начиная с титульного листа. Номера листов проставляются на всех листах, кроме титульного и листа задания. Таким образом, лист 2 – это задание на курсовую работу, лист 3 – содержание.

6. Оформление пояснительной записки (кроме Приложений) должно соответствовать всем требованиям стандарта СТО САФУ 89-03.05-2013 «Общие требования к оформлению и изложению документов учебной деятельности обучающихся» [21].

Товарищи студенты, помните, что аккуратность и грамотность оформления проектно-конструкторских документов является важным фактором, влияющим на итоговую оценку за курсовую работу!

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Александров А.В. Судовые системы. – Л.: Судпромгиз, 1966, 2012.

2. ГОСТ 2.701-2008 ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.

3. ГОСТ 7958–78. Насосы центробежные судовых систем. Типы и основные параметры.

4. ГОСТ 8732–78. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные.

5. ГОСТ 8734–75. Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные.

6. Двойченко Ю.А. Основы проектирования общесудовых систем. Часть 1. - Н.Новгород, 2012.

7. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1992.

8. Дроздов В.В. Трансграничное загрязнение морских экосистем балластными водами крупнотоннажных судов и технологии его предотвращения // Экология и промышленность России, октябрь 2014. – С. 38 – 43.

9. ЕШИВ.360000.038 Справочник по судовой арматуре.

10. КО 07.01.02.02-04 Насосы. Том 2.

11. Лопастные насосы: справочник. - Л.: Машиностроение, 1981.

12. Михрин Л.М. Судовое оборудование: справочник. СПб.: МОРСАР, 2010.

13. ОСТ5Р.5613-2001 Обозначения условные графические в схемах судовых систем и систем энергетических установок.

14. Правила классификации и постройки морских судов. – СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2015.

15. Правила о грузовой марке морских судов. – СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2015.

16. Правила по предотвращению загрязнения с судов, эксплуатирующихся в морских районах и на внутренних водных путях РФ. – СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2015.

17. РД5.0328-88. Правила выполнения спецификаций для морских самоходных судов.

18. РД5.76.038–84. Методика гидравлических расчетов судовых разветвленных трубопроводов.

19. РД 5.5270–85. Системы трюмные и балластные судовые. Правила и нормы проектирования.

20. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

21. СТО САФУ 89-03.05-2013 Общие требования к оформлению и изложению документов учебной деятельности обучающихся.

22. Судовые машины, установки, устройства и системы/под ред. В.М. Харина. - М.: Транспорт, 2010.

23. Хорошев В.Г., Погодин Н.П., Гатин Р.И., Шалларь А.В., Герасимов А.В., Дроздов В.В. Разработка технологии и создание опытного образца отечественной системы управления балластными водами морских судов и судов класса «река-море» // Судостроение. 2015. – № 4. – С. 35 – 40.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ I

Сортамент труб

Таблица 3. Сортамент труб

Трубы стальные, бесшовные горячедеформированные для механизмов аппаратов и судовых систем (ГОСТ 8732-78) из углеродистых сталей марок 10, 20 (ГОСТ 8731-82) применяют следующих размеров
Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм
	3;4;5;6 3;4;5;6;8 4;5;6;8;10		4;5;6;8;10 4;5;6;8 5;6;7;8;12; 6;9
Трубы стальные, бесшовные холоднодеформированные общего назначения (ГОСТ 8734-66) для систем бытового водоснабжения, отопления, нефтесодержащих вод и пр. из углеродистых сталей марок 10, 20 применяют следующих размеров
Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм
	2;3;4 2;3;4 2;2.5, 3;4,5 2;2.5, 3;4,5		2;2.5, 3;4,5 1.6 1.6,3

 

Таблица 4. Соответствие D y и наружных диаметров труб

D y, мм

D нар

min S стенки (Морские суда)

3.5*

4.0*

4.0*

4.0*

5.0*

5.0*

5.0*

5.0*

5.0

6.0

7.0

7.0

7.0

7.0

* при применении оцинковки толщина стенки может быть уменьшена на 1 мм.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ II

Таблица 6.Эжекторы

Наименование параметра	ВЭЖ 6.3	ВЭЖ 10	ВЭЖ 16	ВЭЖ 25	ВЭЖ 40	ВЭЖ 65	ВЭЖ 100	ВЭЖ 250	ВЭЖ 400
Производительность, м^3/ч	6,3
Давление рабочей воды, кПа
Расход рабочей воды, м^3/ч	6,1	9,7	15,4		38,5		91,5
Высота всасывания, м. вод. ст.
Высота нагнетания, м. вод.ст.
Усл. проход на входе, мм
Усл. проход на выходе, мм
Усл. проход рабочей воды, мм

 

Характеристики центробежных насосов, применяемых в трюмных системах

Рис. 11. Характеристики насосов малой производительности

 

Рис. 12. Характеристики насосов средней производительности

Рис. 13. Характеристики насосов высокой производительности

 

 

 

 

 

Институт судостроения и морской арктической техники (Севмашвтуз)

 

 

Кафедра океанотехники и энергетических установок

 

А.М. Воронин