Алгоритм расчёта балластной системы.

Расчёт балластной системы имеет два принципиальных отличия от расчёта осушительной.

Во-первых, расчёт производится отдельно для двух режимов работы системы - откачки и заполнения (балластной цистерны), поскольку расчётные схемы в этих режимах существенно различаются.

Во-вторых, для каждого режима нужно строить не одну, а две характеристики системы – для начала и конца процесса откачки (или заполнения), поскольку в процессе меняется уровень воды в балластной цистерне, а соответственно, и статический напор. Если условия работы насоса в системе выполняются в начале и в конце процесса, то очевидно, что они выполняются и во всех промежуточных положениях.

Расчёт режима откачки балласта.

Исходные данные - подача насоса, диаметр трубопроводов и скорость потока воды в трубопроводах - известны из произведённого ранее проектировочного расчёта (документ "Системы трюмно-балластные. Расчёт и выбор оборудования").

1. Разделение расчётной схемы на участки. В простейшем случае при постоянстве диаметра трубопровода на всасывающей и нагнетательной магистралях система будет содержать два участка - участок 1-2 (всасывающая магистраль) и участок 3-4 (нагнетательная магистраль).

2 - 7 - эти пункты выполняются абсолютно аналогично алгоритму расчёта осушительной системы.

8. Построение характеристик системы и проверка работоспособности.

Общие уравнения характеристик системы и всасывающей магистрали аналогичны рассмотренным в алгоритме расчёта осушительной системы.

Статический напор и высота всасывания в режиме откачки балласта могут быть найдены по следующим выражениям (рис.8):

,

,

где Z_Н – высота отливного отверстия над уровнем приёмного патрубка в цистерне (уровнем дна цистерны, определяется по чертежу), Z_нас – высота насоса над уровнем приёмного патрубка в цистерне (определяется по чертежу), Z_БЦ – уровень воды в цистерне.

Рис.8 Схема к определению статического напора

Уровень воды в балластной цистерне Z_БЦ меняется от высоты балластной цистерны Н_БЦ в начале откачки до 0 в конце.

Тогда статический напор и высота всасывания в начале откачки:

,

,

статический напор и высота всасывания в конце откачки:

,

.

С помощью уравнений характеристик системы и всасывающей магистрали находится ряд значений H_с, Н_всас, Н_с^/, Н_всас^/ при разных значениях подачи Q начиная с 0, по которым строится график совмещённых характеристик системы и насоса (рис.9).

Рис.9 График совмещённых характеристик системы и насоса

Проверка условий работоспособности системы и мероприятия при их невыполнении абсолютно аналогичны рассмотренным для осушительной системы. Поскольку в данном случае рабочая точка системы в процессе откачки перемещается от положения А в начале к положению А^/ в конце, оба значения (А и А^/) должны находиться в рабочем диапазоне насоса.

Среднее значение подачи насоса в процессе откачки:

,

где Q и Q^/ - значения подачи в точках А и А^/ соответственно.

Время откачки балласта всеми насосами одновременно:

,

где n - количество балластных насосов, V_Б - суммарный объём балласта.

Рассчитанное значение времени должно укладываться в заданное для данного судна время балластных операций.

 

Расчёт режима заполнения балластной цистерны.

1. Разделение расчётной схемы на участки. В простейшем случае при постоянстве диаметра трубопровода на всасывающей и нагнетательной магистралях система будет содержать два участка - участок 1-2 (всасывающая магистраль) и участок 3-4 (нагнетательная магистраль).

2 - 7 - эти пункты выполняются абсолютно аналогично алгоритму расчёта осушительной системы.

8. Построение характеристик системы и проверка работоспособности.

Статический напор и высота всасывания в режиме заполнения цистерн могут быть найдены по следующим выражениям (рис.10):

,

,

где Z_БЦ – уровень воды в балластной цистерне, Z_нас – высота насоса над уровнем дна судна (определяется по чертежу), Т_Б – осадка в балластном переходе.

Рис.10 Схема к определению статического напора

Уровень в балластной цистерне Z_БЦ меняется от 0 начале откачки до высоты балластной цистерны Н_БЦ.

Видно, что высота всасывания постоянна для всего процесса заполнения и, так как T_Б > Z_нас, отрицательна - насос работает с подпором, таким образом в данном режиме нет необходимости проверять условие всасывания.

Осадка в балластном переходе в исходных данных не задана - её нужно найти. Для этого можно воспользоваться следующим упрощённым способом. Искомую осадку T_Б выразим по формуле:

,

где Т - осадка в грузу, м; ΔТ - разница в осадке, м.

Разница в осадке:

,

где ΔW - изменение водоизмещения (погружённого объёма) судна, м³,

S – площадь ватерлинии, м²; которая может быть найдена по формуле:

.

где L – длина судна, B – ширина судна, α - коэффициент полноты площади ватерлинии, определяемый по формуле:

,

где δ – коэффициент общей полноты, в свою очередь определяемый по формуле:

.

W - объёмное водоизмещение судна в грузу, м³.

Объёмное водоизмещение находится из известного массового водоизмещения в грузу D, т через плотность воды ρ, т/м³:

.

Изменение водоизмещения:

,

где W – водоизмещение в грузу, м³, W_Б – водоизмещение в балласте, м³.

,

где W_П – водоизмещение порожнем, м³, V_Б – суммарный объём балласта, м³.

.

Тогда статический напор в начале заполнения цистерн:

,

Статический напор в конце заполнения:

.

С помощью уравнений характеристик системы и всасывающей магистрали находится ряд значений H_с и Н_с^/ при разных значениях подачи Q начиная с 0, по которым строится график совмещённых характеристик системы и насоса (рис.11).

Рис.11 График совмещённых характеристик системы и насоса

Для подтверждения работоспособности в данном режиме обе граничные рабочие точки (А и А^/) должны находиться в рабочем диапазоне насоса.

Среднее значение подачи насоса в процессе заполнения:

,

где Q и Q^/ - значения подачи в точках А и А^/ соответственно.

Время заполнения цистерн всеми насосами одновременно:

,

где n - количество балластных насосов, V_Б - суммарный объём балласта.

Рассчитанное значение времени должно укладываться в заданное для данного судна время балластных операций.

При выполнении всех условий в режимах откачки и заполнения работоспособность спроектированной системы с выбранным оборудованием считается подтверждённой.

Как и для осушительной системы, результаты промежуточных построений и расчётов в чистовике гидравлического расчёта не приводятся, приводятся только окончательные таблицы и графики.

 

Документы "Система осушительная. Гидравлический расчёт" и "Система балластная. Гидравлический расчёт" имеют номера ХХХХХ.360065.002РР и ХХХХХ.360065.003РР соответственно. Примеры оформления данных документов приводится в Приложениях III-5о и III-5б.

 

- Разработка раздела спецификации по трюмно-балластным системам.

Спецификация является основным документом в составе проекта, содержащим основные технические характеристики судна, сведения о его основных конструктивных элементах и комплектующем оборудовании в полном соответствии с чертежами, расчётами и другими документами технического проекта судна.

Спецификация составляется в соответствии с РД5.0328-88 "Правила выполнения спецификаций для морских самоходных судов" [17].

В числе прочих, спецификация должна содержать раздел "Осушительная и балластная система", разработка которого и выполняется в рамках данной задачи.

Документ "Трюмно-балластные системы. Спецификация" имеет номер ХХХХХ.360065.001СП. Пример оформления данного документа приводится в Приложении III-6.

 

 

В пояснительной записке курсовой работы данный раздел будет очень кратким и иметь примерно следующий вид:

" Результаты работ по данному разделу представлены в виде комплекта проектно-конструкторских документов (см. Приложения).

В состав разработанных документов входят:

- "Трюмно-балластные системы. Проектировочный расчёт и выбор оборудования", в котором на основании формул, установленных Правилами Российского морского регистра судоходства, определены основные характеристики систем (производительности насосов, диаметры трубопроводов, скорости движения воды в трубопроводах) и произведён выбор основного оборудования систем;

- "Трюмно-балластные системы. Пояснительная записка", в которой приводится аргументация компоновочных решений при проектировании схем систем на основании требований Правил Российского морского регистра судоходства, международных конвенций и отраслевых руководящих документов;

- "Осушительная система. Схема принципиальная" и "Балластная система. Схема принципиальная", выполненные в привязке к общему расположению судна в масштабе 1:100, с прилагающимися "Перечнями оборудования и элементов конструкций";

- "Осушительная система. Гидравлический расчёт" и "Балластная система. Гидравлический расчёт", подтверждающие работоспособность спроектированных систем с выбранным оборудованием;

- "Трюмно-балластные системы. Спецификация", в которой в соответствии с установленной формой [17] приводится краткая характеристика систем, принцип работы, описание основного оборудования систем с указанием его назначения и параметров.

Документы разработаны в соответствии с принятыми стандартами оформления конструкторской документации."

 

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