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

1. Введение

2. Общие характеристики судна-прототипа, его вспомогательных механизмов, систем и устройств

3. Оборудование и механизмы судовых устройств

3.1 Рулевое устройство

3.1.1 Выбор типа рулевого органа, их числа и расположения

3.1.2 Определение геометрических характеристик

3.1.3 Выбор рулевой машины

3.2 Подруливающее устройство

3.3 Якорно-швартовное устройство

3.3.1 Якорные устройства

3.3.2 Швартовные устройства

3.4 Спасательные устройства

3.5 Буксирные устройства

4. Оборудование и механизмы общесудовых и специальных систем

4.1 Осушительная система

4.2 Балластная система

4.3 Противопожарные системы

4.4 Система водоснабжения

4.5 Система сточная и фановая

5. 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- 68,42 м; ширина- 14,4 м.

Водоизмещение судна с грузом 800 т и запасами-1159т.

Грузоподъёмность судна- 800 т.

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- 1,2 м Число лопастей- 4

Электростанция:

Дизель — генераторДГА- 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- 328 м³

Балластно-осушительный насос Подача- 120 м³/ч Напор — 20 м Осушительный эжектор — водоструйный Подача- 25 м³/ч Противопожарная система Система водотушения Пожарный насосЗК-6а Подача- 30−45м³/ч Напор- 45−30м Система водоснабжения Санитарный насос- 1ВС-0,9

Подача- 1−3,5 м³/ч Напор- 36−12м Система отопления КотёлВНИИСТО№ 14

Система вентиляции — естественная Рулевое устройство Руль балансирный Количество- 2

Площадь- 2,88 м²

Рулевая машина ручная с валиковым приводим.

Якорное устройство Якорь Холла Количество и масса якорей- 1*700; 1* 500 кг Калибр и длина цепей- 28*100(мм*м); 28*125(мм*м) Брашпильэлектроручной, 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

3.1 Рулевое устройство

3.1.1 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 УF_P

УF_P =L*T/z = 65*1.55/29=3.47м²

где Lрасчётная длина судна, м;

Тмаксимальная осадка (max из Т и Т_k), м;

А=29- коэффициент, зависящий от класса судна.

F₁= УF_P/z =3,47/2=1,74 м²

где z-число рулей.

Высота руля «h» принимается в зависимости от класса судна.

У судов класса «О» руль должен быть полностью погружён в воду.

h=T_k-h₁-h₂

h₂=0,05−0,25 м принимаем h₂=0,1 м т. к. нет дифферента

h₁=0,125h

h=T_k-0,125h-h₂

h=T_k-h₂/l, 125=1,55−0,1/1,125=1,29 м Длина руля прямоугольной формы определяется из соотношения

B=F₁/h=l, 74/l, 29=l, 35 м Относительное удлинение пера руля л=h/b=l, 29/1,35=0,956 0,5? л ?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=0,405 м х=0,18b=0,18*1,35=0,243 м

3.1.3 Выбор рулевой машины

Для выбора рулевой машины увеличиваем М_max на 15% для учёта потерь на трение в опоре баллера.

М=7429* 1,15=8,54кНм По 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 (б=±35°) — 24,5кНм б) аварийного ручного насоса (б=±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 800 м, при этом для грузовых судов учитывается так же площадь палубного груза.

F_б.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.

Число и массу носовых якорей, длину якорных цепей определяем в зависимости от характеристики снабжения:

N_c=L (B+H)+kУlh,

где kкоэффициент т.к. длина надстроек и рубок меньше четверти длины судна, поэтому коэффициент «k» не учитывается.

N_c=65*(14+2)=1040m²

По [4], табл. 3.31−2 для судов класса «О» принимаем при характеристике снабжения 1000 м²:

Число якорей- 2

Суммарная масса якорей- 1000 кг (два якоря по 500кг) Суммарная длина цепей- 200 м По выбираем:

Два якоря Холла ГОСТ 761–74 по m=500кг, исполнение К, обозначение 211−02.163.

Принимаем две носовые цепи по 100 м.

По [1], табл. 3.3.1−2, стр. 174 принимаем при m=500кг:

цепь с распорками при категории прочности 1−26; 2−22

По выбираем две цепи якорные сварные с распорками ГОСТ 228–79, исполнение 1, калибр 26, длина 100 м, m=1 427кг.

Т.к. характеристика снабжения более 1000 м², то масса кормового якоря должна составлять не менее четверти суммарной массы носовых якорей

m=0,25*1000=250кг.

По 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 выбираем цепь: исполнение 7, ГОСТ 228–79, калибр-16, длина 75 м, m=406кг.

Согласно 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 mкоэффициент прочности; m=1- для цепей с распорками; dкалибр цепи, мм.

Для шпиля:

F=22,6*1*16²=5785,6H

По 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- 560 кг;

без дистанционной отдачи якоря- 545 кг.

Для шпиля выбираем стопор:

Тип II, калибр 16, обозначение 211−03.628, масса 34 кг.

3.3.2 Швартовные устройства

По разрывное усилие стального швартовного каната для судов с характеристикой снабжения более 1000 м²:

F_p-171+3,92*10^-2(N_c-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- 56 мм линейная плотность- 2,370 ктскс (г/пог.м) разрывная нагрузка каната в целом- 173кН (гр Б) По выбираем:

кнехт, ГОСТ 11 265–73, тип IAкрестовый 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 110 кг.

Стопор выбираем по [8], табл. 8.6. (для швартовных канатов):

при L=175мм; В=322мм; Н=384мм; D=41,0 мм, 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.

По табл. 6.3.4. выбираем для судна класса «О» при L>30мколичество 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 табл. 6.4.4. для грузовых судов длиной L>30mколичество спасательных кругов- 4шт, из них самозажигающимся буйком- 1шт, с спасательным линем-1шт.

По табл. 4. Выбираем гравитационную двухшарнирную шлюпбалку и шлюпочную лебёдку со следующими характеристиками:

Тип шлюпкиСШП-10.

Тип шлюпбалкиШБ2Ш2.

Грузоподъёмность балок- 2000 кг.

Количество людей, допускаемых к посадке в шлюпку:

при спуске- 10чел при заваливании- 2чел.

Тип лебёдкиЛШ2

Диаметр лопаря- 11 мм Канатоёмкость барабана- 40 м Скорость подъёма шлюпки- 5ч10м/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 100 м.

Разрывное усилие каната вычисляем в соответствии с требованиями пл. 5,2.1 и 5.2.2:

Расчётная тяга на гаке:

F=0,16N_c=0,16*588=94,08кН где N_c— суммарная мощность главных двигателей, кВт.

Разрывное усилие каната в целом должно быть не менее:

F_o=кF=5*94,08=470,4кH

где ккоэффициент 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 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 d_к=(32ч41)мм.

Размеры: L=565мм, В=300мм, Н=360мм, h=143мм, b₁=150мм, d=55мм, масса держателя m=60,0 кг.

Для хранения буксирного каната выбираем банкет.

4. Оборудование и механизмы общесудовых и специальных систем

4.1 Осушительная система

В соответствии с требованиями правил 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:

D₁=l, 5*vL*(B+H)+25,

где L, В, Нглавные размерения судна, м;

D₁=1.5*v65*(14+2)+25=77,4 мм Округляем до стандартного значения D₁=80 мм.

Подача осушительного насоса, м³/ч, определяется по формуле:

Q=2826*D₁²*V,

где Vскорость движения воды в магистрали, принимаем равной 2 м/с;

D₁— диаметр магистрали, округлённый до стандартного значения, м;

Q=2826*0,08²*3=54,2 м³/ч По выбирается центробежный самовсасывающий насос НЦС-3 ТУ 24−3-487−76.

Технические характеристики:

Подача, м³/ч- 8ч60 м³/ч (2,2−17л/с) Напор, м- 21,7ч4,Зм Вакууметрическая высота всасывания- 8ч6,5 м Мощность на валу- 2,4ч3,8 кВт Частота вращения- 2880об/мин Электродвигатель- 4A100S2

Мощность- 4кВт Частота вращения- 3000об/мин

U=220B или 380 В Масса- 150 кг Срок службы- 5лет Для осушения машинного отделения необходимо установить отдельный насос.

Определим внутренний диаметр осушительной магистрали, мм:

D=l, 5*vL*(B+H)+25,

где Lдлина машинного отделения, принимаем по судну прототипу, L= 8 м В и Нглавные размерения судна, м;

D=1,5*v8*(14+2)+25=42мм Округляем до стандартного значения D=40мм Подача осушительного насоса, м³/ч:

Q=2826*D₁²*V=2826*0,04²*3=13,6 м³/ч Напор принимаем Н=21мпо рабочей характеристики насоса.

Выбираем центробежный самовсасывающий насос НЦС-3

Технические характеристики:

Подача, м³/ч- 8ч60 м³/ч Напор, м- 21,7ч4,Зм Вакууметрическая высота всасывания- 8ч6,5 м Мощность на валу- 2,4ч3,8кВт Частота вращения- 2880мин^-1

Электродвигатель- 4A100S2

Мощность- 4кВт

U=220B или 380 В Срок службы не менее 5лет Масса- 150 кг.

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

D=L*B*T*д=65*14*1,55*0,833=1174,9 м³

тонн накопление этих вод оценивается в 0,8 м³/сут.

Вместимость цистерны равна:

V_цчс=0,8*5=4,0 м³

Для переработки этих вод выбираем из табл.11 установку ОНВ со следующими характеристиками:

Производительность- 0,2 м³/сут.

Габаритные размеры: L=l500мм В=860мм Н=2250мм Масса- 927 кг 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.

Q=2826*D_B²*V,

где V?2м/сскорость движения воды в магистрали, м/с.

D_B— внутренний диаметр балластной магистрали, округлённый до стандартного значения.

D_B=16*³vV_max

где V_max— вместимость наибольшей балластной цистерны, м³

V_max принимаем равной 25% от полной вместимости балластных цистерн, которая составляет 15ч30% грузоподъёмности судна.

V_mах=0,25*(0,2у_е)=0,25*0,2*800=40м³

D_В=16*³v40=54,7 мм, округляем до 50 мм.

Q=2826*0,05²*3=25,4 м³/ч Напор принимаем равным 20 м. Н=20м.

Насос марки КМ 45/30

Подача- 45 м³/ч Напор- 20 м Частота вращения- 2900об/мин Допустимый кавитационный запас- 4,5 м 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. для судна длиной 65 м.

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- 51 мм, длина пожарных рукавов: для открытых палуб- 20 м; для палубных помещений-10м. Диаметр спрыска ручных стволов на открытых палубах судов грузоподъёмностью менее 1000т- 12 мм. 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 по формуле:

где Р_пк— избыточное давление жидкости у пожарного крана; Р_пк-0,25*10⁶ Па сплотность жидкости; с=1000кг/м³

мкоэффициент расхода брандспойта; м=1,0

d_c— диаметр спрыска ствола брандспойта; d_c=0,012 м

S_T— сопротивление трения шланга; из табл. 1.1. для диаметра шланга

51мм-0,15с²/м³

Уж_ш— суммарный коэффициент местных сопротивлений шланга; Уж_ш -0,62

d_ш— диаметр шланга; d_ш =0,051 м.

Q_пк=2,5 дм³/с=9,1 м³/ч Минимально требуемая подача равна:

Q_min=3*Q_пк=3*9,l=27,3 м³/ч Напор принимаем равным 50 м.

Из выбираем агрегат электронасосный центробежный консольный К 45/55 (3К-6У):

Подача- 45 м³/ч Напор- 55 м Допускаемый кавитационный запас- 4,5 м Мощность- 10,7кВт Частота вращения- 2900об/мин Электродвигатель- 4A160S2

Мощность электродвигателя- 15кВт Масса- 310 кг 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 расчётная суточная величина расхода воды (питьевой и мытьевой) на одного человека q для грузовых судов грузоподъёмностью менее 1000 т 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:

Q=m₃*(q/20)*(A/10³)

где m₃— коэффициент запаса, m₃=1,3- для грузовых судов Ачисло членов экипажа, А=9 человек

Q=1,3*(150/20)*(9/103)=0,8 775 м³/ч По полученному значению из табл. 12 выбираем станцию СППВ «Озон-0.1» со следующими показателями:

производительность- 0,1 м³/ч габаритные размеры, мм; L*B*H 1270*535*2085

масса станции- 511 кг 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:

V=(q/20)*(A/10³)*ф где ф — время нахождения судна на загрязнённом участке бассейна, ф =50 для грузовых судов.

V=(150/20)*(9/10³)*50=3,375 м³

Подача насоса забортной воды:

Q=V/ф =3,375/1,5=2,25 м³/ч где ф — время заполнения запасных цистерн, когда судно проходит чистый плёс Из выбираем насос забортной воды ВКС 1/16А со следующими характеристиками:

Подача- 3,6 м³/ч Напор- 16 м Допустимый кавитационный запас- 4 м Мощность насоса- 0,6кВт Частота вращения-1450мин^-1

Электродвигатель- 4АМХ80В4

Мощность- 1,5кВт Масса- 62 кг 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.

V_нц=2*K_н*(q/20)*(A/10³)

где К_н— коэффициент часовой неравномерности водопотребления, К_н=5,8 для грузовых судов

V_нц=2*5,8*(150/20)*(9/10³)=0,783 м³

Подача насоса определяется из условия опорожнения цистерн за два часа:

Q=V_нц/ф=0,783/2=0,39 м³/ч Выбираем из насос ВКС 1/16А, характеристики которой приведены выше.

Объём пневмоцистерны:

V_пц=Q*ф где ф — время одного наполнения пневмоцистерны, ф =0,16ч

V_пц=0,39*0,16=0,062 м³

По вычисленному объёму из выбираем пневмоцистерну тип I, Р_раб?0,3МПа, со следующим показателями: ОбъёмV=0,2 м³

Габаритные размеры: L=950мм; Н=946мм; п=220мм; П1=196мм; l=85мм Количество отверстий n=2

Масса М=165,7 кг 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 ф=3ч в период пиковой нагрузки:

Q_заб=(q_заб*А)/(1000* ф)=(60*9)/(1000*3)=0,18 м³/ч Выбираем из насос ВКС 1/16А Вместимость пневмоцистерны:

V_пц=Q*ф =0,18*0,16=0,029 м³

Выбираем такую же пневмоцистерну, как и в предыдущем случае.

4.5 Система сточная и фановая

судно якорный брашпиль рулевой Вместимость сборочных цистерн сточной системы:

V_сц=(q/20)*(A/10³)*ф где ф — автономность плавания по срокам сдачи сточных вод, ф =5 суток=120ч

V_сц=(150/20)*(9/10³)*120=8,1 м³

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- 0,5 м³/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:

V_ф=k_ф*q_ф*А*ф/1000

где k_ф=1,1- коэффициент запаса

q_ф — расчётное количество фекальных стоков на 1 чел в сутки

q_ф =16 для судов 1 группы ф — максимальная продолжительность рейса между пунктами опорожнения цистерн, ф=5 суток

V_ф=1,1*16*9*5/1000=0,792 м³

Подача фекального насоса:

Q=V_ф/ф где ф =1чвремя работы фекального насоса в сутки

Q=0,792/1=0,792 м³/ч Напор принимаем равным 20 м.

Из в качестве фекального насоса выбираем эжектор водоструйный фекальный с показателями:

Подача- 15 м³/ч Высота нагнетания- 2ч4м Высота всасывания- 2ч4м Срок службы до списания- 10лет Масса- 17,8 кг 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=R_B+R_T+R_гp.в

где R_B— равнодействующая сила ветра, приложенная к надводной части судна

R_T— равнодействующая силы течения, приложенная к подводной части корпуса

R_гp.в— равнодействующая силы течения, приложенная к неподвижным гребным винтам.

Результирующая сила ветра:

R_B=k^н_об*Р_В*Щ_н

где k^н_об =0,7- коэффициент обтекания надводной части корпуса, зависящей от конфигурации надстройки судна Р_В— давление ветра, Р_В=(с_В*х_В²)/2=(1,2*12²)/2=86,4Па Щ_H— площадь проекции надводной части судна на миделевое сечение Щ_H =Bh_H+Ув_ih_i=14*0,45+10*2,5+10*2,5+10*2,5=81,3 м²

В — ширина судна Н_н — высота надводной части корпуса в_i, h_i— ширина и высота отдельных надстроек

R_B=0,7*86,4*81,3=4917H

Сила течения, действующая на подводную часть корпуса судна:

R_T=о*(с*х_T²/2)*Щ_см

где о =0,0035- коэффициент трения с учётом шероховатости подводной части судна с=1000кг/м³— плотность х_т=5км/ч=1,39м/сскорость течения воды Щ_см — площадь смоченной поверхности корпуса судна Щ_см=L (аТ+двВ)=65*(1,36*1,55+0,833*1,24*14)=1076,98 м²

где L, В, Тсоответственно длина, ширина, осадка судна дкоэффициент полноты водоизмещения, д=0,833

а=1,36, в=1,24- коэффициенты, зависящие от формы оконечностей и мидель-шпангоута в подводной части судна.

R_T=0,0035*(1000*1,4²/2)*1076,98=3694H

Сила потока воды на гребные винты

R_гр.в=z_гр.в*С_гр.в*D_в²*х_т²

где z_гр.в — число гребных винтов С_гр.в =250кг/м³— параметр, увеличивающийся с возрастанием дискового отношения

D_в — внешний диаметр гребных винтов

R_гр.в =2*250*l, 2²*l, 4²=1411,2H

R=4917+3694+1411,2=10 022,2H

Масса единицы цепи:

m_ц?0,0213d²?0,0213*26²?14,4кг/м где d=26ммкалибр якорной цепи Длина участка якорной цепи лежащей на дне 1_ц=5m для судов класса «О» .

Длина провисшей части цепи:

где Н_я=40мглубина 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:

P₁^I =(1,2чl, 3)*(R+0,87m_ц*g*Hя) =l, 25*(10 022,2+ 0,87*14,4*9,8*40) =18 666,47Н Выбирание провисающего участка цепи:

P₁^II =(l, 2чl, 3)*(0,87 (m_я*g+m_ц*g*H_я)+ 2m_я*g)= l, 25*(0,87*(500*9,8+ 14,4*9,8*40)+2 *500*9,8) =23 717,47Н Вертикальный подъём якоря и цепи:

P_1н^III=(l, 2чl, 3)*(m_я+m_ц*H_я)*g=l, 25*(500+14,4*40)*9,8=1381Hв начале периода

P_1к^III =(l, 2чl, 3)*g*m_я=l, 25*500*9,8=6125H

По калибру цепи определяем размеры звёздочки:

Расстояние между осями звездочек брашпиля 800 мм.

Ориентировочное передаточное число механизма с электроприводом i=170

Рис. 2. Профиль пятикулачковой звёздочки.

Определяем усилие в швартове Р_шв=1,572*у_ш*d²

где у_ш =10Н/мм² — условное напряжение, которое рекомендуется принимать в следующих пределах 9,81ч12,75Н/мм²

dкалибр якорной цепи, мм Р_шв=1,572*10*26²=10 626,72

По таблице выбираем диаметр швартовного каната d_шв=17мм По диметру швартовного каната определяем размеры швартовного барабана.

Рис. 3. Профиль швартовного барабана.

Определяем моменты на валу электродвигателя:

а) В период уборки лежащей на дне цепи

M^I =(P₁^I*D_paсч)/(2*i*з) где D_расч=320ммрасчётный диаметр тягового органа

iпредельное число механизма i=170

з=0,73- общий КПД механизма

M^I=(18 666,47*320)/(2*170*0,73)=24 066,2H*мм б) Во второй период выбирания провисшей части цепи

M^II =(P^max*D_pacч)/(2*i*з)=(23 717,47*320)/(2*170*0,73)=30 578,53H*мм в) В начале третьего периода подъёма якоря и цепи

M_н^III= P_1н^III*D_pacч)/(2*i*з)=(13 181*320)/(2*170*0,73)==16 994,04H*мм г) В конце третьего периода

M_к^III =(P_1к^III*D_pacч)/(2*i*з)=(6125*320)/(2*170*0,73)=7896,86H*мм д) При выполнении швартовных операций М_шв=(Р_шв*(В_шв+d_шв))/(2*i*з)=(10 626,7*(365+17))/(2*170*0,73)=16 355,4Н*мм где D_шв=365ммдиаметр швартовного барабана

d_шв=17ммдиаметр 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:

М_ном=М^II/2=30 578,53/2=15 289,3Н*мм?15,ЗН*м Мощность электродвигателя:

N_ном=M_ном*n_ном/9550

где n_ном — номинальная частота вращения, мин^-1

n_ном=(60*х)/(р*D_расч)*i=(60*0,15)/(3,14*0,32)*170=1522мин^-1

х=0,15м/сскорость выбирания якорной цепи, регламентированная ПРРР

N_ном=15 289,3* 1522/9550=2436,7Вт?2,4кВт По значениям N_ном и n_ном отнесённых к получасовому режиму выбираем быстроходный двигатель смешанного возбуждения ДПМ11 по.

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 М^II характеристика строится по уравнению:

M₀=0,12* М^II=0,12*30,579?3,67H*M

Определяем продолжительность снятия судна с якоря:

ф₁=l_ц.л./х=5/0,l5=33,33суборка лежащей на дне цепи ф₂=l_ц.л.-Н_я/х=90,2−40/0,15=334,67суборка провисшего участка цепи ф₃=Н_я/х=40/0,15=266,67спродолжительность подъёма якоря.

Общая продолжительность выбирания якоря:

ф=ф₁+ф₂+ф₃=33,33+334,67+266,67=634,67с Средняя скорость выбирания:

х_ср=(l_ц1+l_цп)/ф=(5+90,2)/634,67=0,15м/с Скорость выбирания швартова:

х_шв=(р*D₂*n)/i=(З, 14*0,322*1570)/170=9,34м/мин=0,156м/с где n=1570об/мин — частота вращения ЭД, соответствующая моменту М_шв и определяется из графика.

Рассчитываем ручной привод для брашпиля из.

Наибольшая нагрузка, приходящаяся на одного работающего у брашпиля с рукояточными приводами, составляет:

P_p^max=М_max/r_p*z_p

где r_p=0,35мрадиус рукоятки

z_p=2- число работающих М_mах— максимальный момент на ведущем валу брашпиля

M_max=(P_max*D_pacч)/(2*i*з) где i=5- передаточное число ручного брашпиля Р_mах= P₁^II?23 717,47Н М_mах=(23 717,47*0,32)/(2*5*0,73)=1039,67Н*м Р_р^mах=1039,67/0,35*2=1485,24Н Так как усилие на рукоятке Р_mах=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; А_ч=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:

U_м=U_p*U_о.п.

где U_м— передаточное число якорно-швартовного механизма, U_м=170

U_p=28- передаточное число редуктора

U_o.п.— передаточное число открытой передачи.

U_о.п.=U_м/U_p= 170/28=6,07

Из стандартного ряда передаточных чисел выбираем U_о.п.=6,3. В связи с чем корректируется передаточное число механизма U_м=6,3*28=176,4.

Найдём параметры открытой передачи: n_эд=n_б=1610об/мин где n_эд— частота вращения электродвигателя

n_б— частота вращения быстроходной ступени редуктора

n_т=n_б/U_p=1610/28=57,5об/мин где n_т — частота вращения тихоходной ступени редуктора

n_о.п.=n_гр.в.= n_т /U_о.п.=57,5/6,3=9,127об/мин где n_о.п.— частота вращения открытой передачи.

Крутящий момент на двигателе м.б. определяем по формуле:

Т_дв=9550*(Р_дв/n_дв)=9550*(3/1610)=17,795Н*м Крутящий момент на открытой передаче:

Т_о.п.=Т_дв*U_м*з_м=17,795*176,4*0,85=2668,2Н*м где з_м=0,85- КПД механизма.

Определим межосевое расстояние зубчатой передачи:

где k_а=495- вспомогательный размерный коэффициент

U=6,3- передаточное число открытой передачи Т_2н=Т_o.п.=2668,2Н*мкрутящий момент на валу

k_нв=1,3- коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца у_нр=466МПа ш_вa=0,25- коэффициент рабочей ширины венца зубчатого колеса Из ряда стандартных межосевых расстояний выбираем а_w=450мм Определяем модуль зацепления: m=(0,01ч0,02)a_w=4,5ч9

Принимаем m=6

Суммарное число зубьев передачи:

Z_c=2*a_w/6=2*450/6=150

Число зубьев шестерён:

z_ш=z_c/U+l=150/6,3+1=21 зуб.

Число зубьев колеса:

z_к=l50−21=129 зубьев.

Уточняем значение передаточного числа:

U_уточн= 129/21=6,143

Частота вращения открытой передачи:

n_о.п.=n_т/U_уточн=57,5/6,143=9,36об/мин Действительная скорость выбирания якорной цепи:

х_д=(n_о.п.*р*D)/60=(9,36*3,14*0,32)/60=0,157м/с Диаметры делительных окружностей:

d₁=m₁*z₁=6*21=126MM

d₂=m₁*z₂=6* 129=774мм Диаметры впадин:

d_r1=d₁+2.5m₁=126−2,5*6=l 11 мм

d_r2=d₂+2.5m₁=774−2,5*6=759мм Диаметры вершин:

d_а1=d₁+2m₁=126+2*6=138мм

d_a2=d₂+2m₁=774+2*6=786мм Ширина колеса: B_ш=0,25*450=112мм Ширина шестерни: Вф=112+5=117мм где Ткрутящий момент на выходе из редуктора Т=Т_дв*U_р*з=17,795*28*0,95=473,ЗН*м где з=0,95- КПД редуктора.

Из-за ослабления шпоночным пазом диаметр увеличиваем на 8%.

d=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 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.

2. Альбом ОРФ. Палубные механизмы.

3. Альбом ОРФ (компрессоры, насосы, эжекторы и вентиляторы).

4. ПРРР т. 1. М. Маркин Нижинженеринг сервис. 1995 г.-329с.

5. ПРРР т.2. М. Маркин Нижинженеринг сервис. 1995 г.- 395с.

6. ПРРР т.З. М. Маркин Нижинженеринг сервис. 1995 г.- 432с.

7. Снабжение спасательными средствами. Расчёт, выбор и проектирование шлюпочных устройств. С. Г. Яковлев.

8. Проектирование и техническая эксплуатация судового вспомогательного энергетического оборудования. Н. Н. Борисов, В. В. Королёв, Н. А. Пономарёв, С. Г. Яковлев. Н. Новгород. 1997 г.

9. Санитарные правила для речных судов Министерства здравоохранения СССР. Л. Транспорт. 1986 г.-207с.

10. Чиняев И. А. Судовые системы. М. Транспорт. 1984 г.

11. ПТМ 212−0140−85. Система бытового водоснабжения судов внутреннего плавания. Правила и нормы проектирования. Срок введения с 01.06.86.

12. Правила безопасности труда на судах речного флота Минречфлота РСФСР. М. Транспорт. 1980

13. Карюков В. А, Лукин Н. В. Гидравлические машины, вспомогательные механизмы и системы. Н.Н. ВГАВТ. 1994 г.

14. Башкиров В. Д. Атлас аэродинамических характеристик изолированных рулей. Горький. 1964 г. Учебное пособие ГИИВТа.

15. Справочник по серийным судам т.9.

16. Альбом ОРФ. Котлы судовые, аппараты теплообменные, оборудование кондиционирования воздуха, пневмоцистерны, баллоны, фильтры, сепараторы.

17. И. А. Тув. Судовые технические средства предотвращения загрязнений.

18. Нукулаев С. М. Предотвращение загрязнений моря с судов. Учебное пособие для вузов. М. Транспорт. 1985 г.

19. Н. Г. Смирнов. ТУС. Учебник для речных училищ и техникумов. М. Транспорт. 1992 г.

20. Сизов Г. Н., Аристов Ю. Н, Лукин Н. В. Судовые насосы и вспомогательные механизмы. М. Транспорт. 1982 г.

21. Судовые электроприводы. Справочник в двух томах. Судостроение. 1983.

22. Анурьев В. И. «Справочник конструктора машиностроителя» т.3