Технические характеристики и описание рефрижераторного судна «Охотское море»

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Теория, устройство и борьба за живучесть судна»

Тема: «Технические характеристики и описание рефрижераторного судна «Охотское море»

В задании поставлена задача описать технические характеристики и мореходные качества рефрижераторного судна «Охотское море», изучить состав и особенности судовой энергетической установки, рассчитать характеристики гребного винта.

Главная цель курсовой работы — закрепить теоретические знания по дисциплине «Теория, устройство и борьба за живучесть судна», научиться самостоятельно работать с учебной литературой, руководящими и нормативными документами по живучести и непотопляемости судна, правильно принимать полученные знания в дальнейшей практической деятельности.

Каждое судно характеризуется эксплуатационными и мореходными качествами, такими как:

Плавучесть — способность судна, плавать в требуемом положении относительно поверхности воды.

Остойчивость — способность судна, наклоненного внешними силами возвращаться в первоначальное положение равновесия после прекращения их действия.

Непотопляемость — способность судна оставаться на плаву и сохранять необходимую остойчивость после затопления одного или нескольких отсеков.

Ходкость — способность судна развивать заданную скорость в определенных путевых условиях при затрате минимально необходимой мощности СЭУ.

Управляемость — способность судна сохранять заданное направление или изменять его в соответствии с желанием судоводителя.

Плавность качки — способность судна раскачиваться с меньшей частотой и амплитудой.

Прочность — способность корпуса судна не разрушаться и не деформироваться под действием внешних сил.

С ростом грузоподъёмности и скорости хода судов увеличивается их энергооснащённость и мощность главных двигателей. В связи с этим судовые энергетические установки, затраты на которые составляют около 35% общей строительной стоимости судов, оказывают большое влияние на технико-эксплуатационные и экономические показатели флота. Большое значение в повышении эффективности работы водного транспорта имеет техническая эксплуатация флота; на неё приходится около 50% расходов, отнесённых на себестоимость перевозок грузов и пассажиров.

1. Технические характеристики и мореходные качества судна

1.1 Основные технические характеристики судна

Главные размерения:

Длина, м:

Наибольшая…157,00

Между перпендикулярами…143,00

Ширина наибольшая, м …21,20

Высота борта до верхней палубы, м …13,20

Осадка по грузовую марку, м …7,39

Водоизмещение по грузовую марку, т …15 500

Дедвейт при осадке 7,39 м, т… …8750

Автономность, сут…75

Количество коечных мест… …81

Скорость, уз… …17,5

Регистровая вместимость, рег.

Валовая…10 870

Чистая…5900

Объем грузовых помещений, м… …13 266

В том числе:

Трюмов и твиндеков рефрижераторных…12 649

Диптанков мучных…476

Цистерн рыбьего жира…141

Объем цистерн запаса, м… …5647

В том числе:

Дизельного топлива…3803

Котельного топлива…1470

Пресной воды…374

в том числе питьевой…108

Грузовое устройство.

Грузовые стрелы грузоподъемностью 5 т…10

Лебедки электрические…10

Тяговое усилие, тс…5/2.5

Скорость подъема груза, м/мин…30/60

Энергетическая установка — дизель…1

Тип, марка… VGS7V760/1500

Мощность, л. с…8750 при 112 об/мин Вспомогательный дизель…3

Первичный двигатель — дизель Тип, марка… G8V 23,5/33AL

Мощность, л. с…800 при 600 об/мин Генератор Тип, марка… GAD — 108

Мощность, кВт…520 при 600 об/мин

12. Движитель… ВФШ

13. Рефрижераторная установка Назначение — охлаждение грузовых трюмов, кондиционирование воздуха.

Тип — компрессионная Хладагент — аммиак Система охлаждения трюмов — воздушная, с рассольными воздухоохладителями

Компрессорный агрегат…3

Тип, марка… S64; SMC — 4/180

Хладопроизводительность — 3×195 000 ккал/ч при tисп = - 44с tконд = + 34с Система кондиционирования воздуха — рассольная Компрессорный агрегат…1

Тип, марка… SMC — 4/180

Хладопроизводительность — 1×250 000 ккал/ч при tисп = -16с

tконд = + 34с Температура воздуха в трюмах… — 8; - 30с

1.2 Документы по остойчивости и посадке судна

В целях обеспечения постоянного контроля и поддерживания в допустимых пределах посадки и остойчивости судна Правила предусматривают наличие на каждом судне «Информации об остойчивости», состоящие из пяти разделов.

В разделе № 1 даются сведения о судне, общая характеристика остойчивости, ограничения по нагрузки.

В разделе № 2 для каждого предусмотренного типового случая нагрузки приведены в табличной форме сведения о нагрузке (см. выписку из весового журнала), схематичный чертеж судна с нанесенными на нём основными статьями нагрузки, сведения о балластировке, остойчивости и посадке, ДСО (диаграмма статической остойчивости).

В разделе№ 3 содержится конкретные указания и рекомендации по сохранению остойчивости в различных условиях эксплуатации, перед выходом в рейс, во время рейса, при плавании в свежую и штормовую погоду, при грузовых операциях в море, при угрозе обледенения и т. д. Даны указания по последовательности приёма и расходования запасов груза.

В разделе № 4 приведены справочные материалы, позволяющие произвести оперативный контроль, остойчивости при нагрузке, отличающейся от типовой схемы судна, таблица или диаграмма h на остойчивость, таблицы или графики допускаемого положения центра тяжести судна по высоте либо график балансировки. В этот же раздел включены необходимые методические указания, помогающие пользоваться справочными материалами и производить расчеты.

В разделе № 5 даны материалы, предназначенные для более точного определения характеристик посадки и остойчивости судна: пантокарены или ДСО; диаграммы для определения осадок, характеристик остойчивости; кривая, таблица или шкала для определения остойчивости по пероду качки; схема расположения открытых отверстий; график (таблица) углов заливания и т. п.

На судне должен быть справочник материалов, в котором имеется оперативная информация для старшего механика. В ней должны быть плакаты с таблицами для внесения массы (процента) запасов основных цистерн на конец вахты.

1.3 Приемка, хранение и учет расхода масла и топлива

Контроль за приемкой топлива и масел и оформление документации осуществляет главный (старший) механик. Приемкой топлива и масла руководит механик, в чьем ведении находится эта система, или по поручению главного (старшего) механика — вахтенный механик. Персонал, производящий приемку топлива и масел, должен быть ознакомлен с системой топливных и масляных трубопроводов, включая расположение переливных воздушных и мерительных труб и указателей уровня заполненных танков.

Основным документом для принятого топлива и масла является накладная нефтебазы (судна-бункеровщика), которая должна быть подписана представителем нефтебазы и механиком, принимавшим топливо и масло. Копия накладной и паспорт (сертификат) на принятое топливо и масло должны быть представлены главным (старшим) механиком механико-судовой службы (МСС) судовладельца.

Во время приемки ГСМ необходимо следить за наполнением танков и цистерн, периодически производя замеры.

Учет расхода топлива должен контролироваться третьим механиком, проверка наличия масла выполняется вторым механиком. Каждые сутки они представляют главному (старшему) механику сведения по обмеру танков и наличию топлива и масла. Наличие ГСМ на судне регистрируется в машинном журнале каждые сутки. Главный (старший) механик по данным сведениям должен сравнить фактический расход топлива и масла с существующими нормами.

Ежемесячно главный (старший) механик обязан составлять, а по прибытии из рейса представлять в МСС судовладельца теплотехнический отчет и отчеты по топливу и маслу.

1.4 Определение координат центра тяжести судна

Для определения координат центра тяжести судна используют теорему статических моментов весов, которая для определения абсциссы центра тяжести выглядит следующим образом где: ,-веса составных частей судна или находящихся на нем грузов

 — абсциссы центра тяжести каждого находящегося на судне груза.

Аналогично составляют формулы для ординат ЦТ и аппликат

Расчет расположения центра тяжести судна ведётся в табличной форме, которая называется весовым журналом.

Зная значения аппликаты метацентра zm можно определить величину метацентрической высоты h, как раз разность аппликат метацентра zm и центра тяжести zg.

h=zm-zg

Для определения поперечной метацентрической высоты h, воспользуемся формулой:

h = zm — zg.

Аппликату метацентра zm можно определить как сумму метацентрического радиуса r и аппликаты центра величины zc, т. е.

h = r +zc — zg.

Аппликаты центра величины zc выбирается из «Информации капитана об остойчивости», которая позволяет вести постоянный контроль за остойчивостью судна в условиях эксплуатации Влияние жидких грузов на остойчивость. Если цистерна заполнена не доверху, т. е. в ней имеется свободная поверхность жидкости, то при наклонении жидкость перельется в сторону крена и центр тяжести судна сместится в ту же сторону.

Это приведет к уменьшению плеча остойчивости, а следовательно, к уменьшению восстанавливающего момента, в этом случае появится дополнительный кренящий момент Mg.

При этом чем шире цистерна, в которой имеется свободная поверхность жидкости, тем значительнее будет уменьшение поперечной остойчивости. Для уменьшения влияния свободной поверхности целесообразно уменьшать ширину цистерн и стремиться к тому, чтобы во время эксплуатации было минимальное количество цистерн со свободной поверхностью жидкости, в этом случае появится дополнительный кренящий момент Mg.

Тогда восстанавливающий момент судна с учётом свободной поверхности жидкости можно определить:

Mg=Mb-Mq

где: Mb — восстанавливающий момент судна без учета переливания жидкости.

Для определения поправки метацентрической высоте?? h от влияния свободной поверхности жидкости в цистерне необходимо знать момент инерции свободной поверхности жидкости, которая может быть определена для прямоугольной цистерны по следующей формуле:

;

где: iдлина цистерны, измеряемая в долях длины судна, м;

bширина цистерны, м.

Теперь появляется возможность определить поправку к

метацентрической высоты h

где: y — удельный вес жидкости, тс/;

Dводоизмещение судна.

Окончательное значение метацентрической высоты будет определяться по формуле мореходный рефрижераторный судно

h1=hh

Поправка h всегда отрицательная и пропорциональна моменту инерции свободных поверхностей жидкости. Главную роль в увеличении момента инерции играет ширина цистерны. Чтобы уменьшить поправку к метацентрической высоте, следует уменьшить размеры свободных поверхностей, причём наибольший эффект даёт уменьшение ширины танка, для чего в танках устанавливают продольные переборки.

1.5 Выписка из весового журнала

Вычисления сделаны при условии, что удельный вес нефтепродуктов рассчитывался при условии, что температура окружающей среды равна 20.

2. Состав и технические характеристики судовой энергетической установки

Судовая энергетическая установка состоит из комплекса оборудования (тепловых двигателей, механизмов, аппаратов, магистралей, систем), предназначенного для преобразования энергии топлива в механическую, электрическую и тепловую энергию и транспортировки её к потребителям. Указанные виды энергии обеспечивают:

движение судна с заданной скоростью; безопасность и надёжность плавания;

работу механизмов машинного помещения, палубных механизмов и устройств; электрическое освещение; действие средств судовождения, управления механизмами, сигнализации и автоматики; общесудовые и бытовые нужды экипажа и пассажиров; выполнение различных производственных операций на транспортных судах, судах технического флота и специального назначения.

Судовая энергетическая установка должна удовлетворять следующим основным технико-экономическим и эксплуатационным требованиям:

быть экономичной, т. е. строительная стоимость и эксплуатационные затраты на неё должны быть оптимальными;

ГСЭУ должна обеспечивать заданную скорость хода судна, обладать достаточными маневренными качествами на всех режимах его движения и иметь высокий моторесурс;

снабжать потребителей различными видами энергии и холодом при высокой экономичности процессов превращения тепловой энергии в механическую и электрическую;

процессы управления и регулирования должны быть автоматизированы;

быть надёжной, т. е. иметь оптимальную вероятность безотказной работы, требовать минимальное время на устранение неисправностей и сохранять работоспособность в аварийных ситуациях;

при работе не оказывать вредного воздействия на обслуживающий персонал, пассажиров и не загрязнять окружающую среду;

иметь малые габариты и массу.

В качестве главных и вспомогательных двигателей в ДЭУ применяются поршневые ДВС — дизели, работающие по отрытому циклу.

Дизельные энергетические установки получили широкое распространение на судах различного назначения вследствие ряда положительных особенностей:

возможности создания большого диапазона агрегатных мощностей на базе стандартных типоразмеров цилиндров;

доступности использования различных типов передач;

сравнительно высокой экономичности;

относительной простоты автоматизации управления.

На речных транспортных судах новой постройки в качестве главных и вспомогательных двигателей устанавливают исключительно дизели.

На речном флоте в большинстве случаев в качестве главных применяют четырёхтактные дизели с наддувом, реверсивные среднеоборотные и нереверсивные повышенной оборотности.

В качестве вспомогательных обычно устанавливаются четырёхтактные дизели без наддува повышенной оборотности. в котором Широкому распространению дизелей в СЭУ способствует непрерывное улучшение их технико-экономических показателей путём совершенствования наддува и рабочего процесса, применения тяжёлых сортов топлива, использования двухконтурной системы охлаждения, повышения надёжности и моторесурса, автоматизации процессов управления, контроля и диагностирования.

Дальнейшее повышение экономичности судовых дизелей в основном должно происходить за счёт утилизации теплоты выпускных газов и охлаждающей дизель воды. Теплота, получаемая в утилизационном котле, работающем на выпускных газах, и охлаждающей дизель воды может быть использована в системе теплоснабжения судна или для получения искусственного холода.

На теплоходах с большими агрегатными мощностями, работающих длительное время на постоянном режиме и потребляющих большое количество электроэнергии, пар, получаемый в утилизационных котлах, можно использовать в паровой турбине турбоэлектрогенератора.

Повышение экономичности ДЭУ тесно связано с увеличением уровня их надёжности и ресурса. Поэтому на перспективу предусматривается увеличение ресурса дизелей, приближение сроков службы дизеля к срокам службы судна, резкое увеличение сроков службы до первой переборки, сроков необслуживаемой работы, что позволит значительно снизить затраты на техническое обслуживание и ремонт.

Эффективное использование СЭУ, надёжная их эксплуатация и высокая производительность труда обслуживающего персонала обеспечиваются комплексной автоматизацией установки. Автоматизированные СЭУ с безвахтенным обслуживаем получили широкое распространение на судах. СЭУ разделяют на главную энергетическую установку (ГЭУ), иногда называют силовой, механическую и другую вспомогательную энергетическую установку (ВЭУ) или (СВМ) и электроэнергетическая установка (ЭЭУ).

Главные энергетические установки (ГЭУ) классифицируются по различным признакам: типу движителя; передачи; виду применяемого топлива; типу главного двигателя и т. д. По традиции основу классификации ГЭУ составляет тип главного двигателя и способ генерирования рабочего тела, обеспечивающие его работу. По этим признакам различают: котельно-машинные, котлотурбинные, дизельные, газотурбинные, атомные и комбинированные энергетические установки.

Самое большое распространение получили двигатели внутреннего сгорания (дизели), чаще всего это двухтактные дизельные двигатели, в которых зажигание происходит вследствие сильного начального сжатия смеси и её самовоспламенения или вследствие действия небольшой калильной свечи со спиралькой, раскалённой от батарейки. Используют и четырёхтактные двигатели с воспламенением смеси от обычных электросвечей, питающихся от магнето или катушки зажигания. Двигатели состоят из блока с рёбрами воздушного охлаждения (или водяного), находится сам цилиндр. В цилиндр вставляется втулка (форсунка), выточенная из специальной стали, для впуска горячей смеси и выпуска отработанных газов.

Сверху цилиндр закрывают крышкой, в которую ввинчивается свеча зажигания или болт, регулирующий объем камеры сжатия. Последний действует как противопоршень и позволяет изменять степень сжатия.

Вспомогательная энергетическая установка (ВЭУ) Судовые вспомогательные механизмы предназначены для обслуживания судовых систем и устройств, а также для обеспечения работы главной энергетической установки судна.

Работа каждого из вспомогательных механизмов влияет на общие эксплуатационно-технические показатели судна, поэтому вспомогательные механизмы имеют большое значение для работы всей энергетической установки.

Современные вспомогательные механизмы обладают высокой экономичностью и надежностью, имеют относительно невысокую стоимость (вследствие взаимозаменяемости деталей). В числе судовых ВЭУ различают:

по назначению — насосы, рулевые, якорные, швартовные, грузоподъемные механизмы и вентиляторы. Отдельные группы устройств представляют водоопреснительные установки и судовые системы;

по расположению — палубные и внутрикорпусные механизмы:

по роду привода — электрические, паровые, дизельные, гидравлические, пневматические и ручные (используемые как аварийные).

Любой вспомогательный механизм, за исключением водоопреспительных установок, независимо от назначения состоит из исполнительной части и двигателя.

ВЭУ обеспечивает на судне жизнедеятельность людей, работу ГЭУ и электроэнергетическую установку, а также различные судовые механизмы. В состав ВЭУ входят установки для получения пара, кондиционирования воздуха, опреснения воды, холодильные установки и вспомогательные механизмы, являющиеся составными элементами систем судна (насосы, компрессоры, кондиционеры и т. д.) Производимые в ВЭУ пар используется на судне для бытовых нужд (грелки, камбуз, душевая и т. д.), для борьбы с обледенением, продувки кингстонов, а также работы кондиционеров и водоопреснителей. Для получения пара в ВЭУ применяют автономные вспомогательные и утилизационные котлы, работающие как от агрегатов ГЭУ так и от ЭЭУ.

Электроэнергетическая установка (ЭЭУ) это совокупность электротехнических устройств для производства, преобразования и распределения электроэнергии, судовых потребителям электроэнергии.

В состав ЭЭУ входит первичные двигатели, генераторы электрического тока, аккумуляторы электроэнергии, преобразователи электрического тока и распределительные щиты. ЭЭУ вместе с системами канализации электрической энергии от распределительных щитов до потребителей и самими потребителями составляет электроэнергетическую систему.

2.1 Судовые системы

Это совокупность трубопроводов с механизмами, аппаратами, приборами, устройствами и ёмкостями. Они предназначены для перемещения жидкостей, воздуха или газов в целях обеспечения нормальной эксплуатации судна.

На торговых судах в состав судовых систем входит: трюмные системы, балластные системы, системы пожаротушения, системы бытового водоснабжения, сточные системы, системы микроклимата, системы хозяйственного снабжения, системы сжатого воздуха, система охлаждения судового оборудования, система гидравлики.

2.2 Режимы работы двигателя

Номинальный режим

Работа главных двигателей, при которой суммарная располагаемая мощность (без нагрузки по среднему эффективному давлению, температурам и скорости при движении судна с паспортной нагрузкой) используется полностью.

Режим холостого хода.

Работа нереверсивных двигателей на холостом ходу характеризуется неравномерностью подачи топлива, низким давлением распыливания и нагнетания, что приводит к ухудшению смесеобразования, пропускам вспышек, отложению нагара на поршнях, пальцах и кольцах. Работать на этом режиме можно не более 30 минут.

Перегрузочный режим.

Инструкцией завода изготовителя разрешается работа двигателя с перегрузкой. При этом требуется строгий контроль за его работой.

При таком режиме работы двигателя необходимо следить за температурами масла и охлаждающей жидкости, не допуская превышения предельно допустимых значений.

Перегрузки двигателей различаются по температурному режиму, эффективному давлению и по частоте вращения.

Значительные перегрузки могут привести к заеданию поршней, образованию трещин в крышках цилиндров, днищах поршней и блоках, выплавлению заливки вкладышей подшипников, взрыву паров масла.

При перегрузках необходимо снизить частоту вращения у всех цилиндров, выяснить причину роста температуры отработавших газов, устранить ее и восстановить номинальную мощность и увеличить частоту вращения.

Аварийные режимы.

В исключительных случаях, связанных со спасением людей, судна или груза допускается работа неисправных двигателей. Такая их работа называется аварийным режимом. При такой его работе за ним необходим строжайший контроль.

Работу двигателя с отключенной подачей топлива в отдельные цилиндры, без шатунно-поршневого комплекта одного из цилиндров, с отключенным турбокомпрессором можно считать аварийным режимом.

2.3 Классификация ДВС

Согласно отраслевому стандарту Д.В.С классифицируются по следующим признакам:

По мощности: маломощные (до 74 кВт), средней мощности (от 74 кВт до 736 кВт), сверхмощные (от 736 кВт).

По степени форсирования: показателем форсировки двигателя является удельная поршневая мощность. По степени форсирования двигателя делятся на нефорсированные, форсированные, высокофорсированные.

По способу осуществления рабочего процесса (2-х (с прямоточной, поперечной, контурной, петлевой продувкой), 4-х тактные).

По способу воздухоснабжения: без наддува, с продувочным агрегатом без повышения давления, и с наддувом, когда воздух в цилиндр подается специальным насосом, под избыточным давлением.

По способу воспламенения: (от искры, от высокой температуры вследствие сжатия).

По роду применяемого топлива: различают двигатели которые могут работать на жидком топливе (многотопливные) могут работать на дизеле, моторном и газотурбинном топливе и двухтопливные которые могут работать на жидком и газообразном топливе.

По способу смесеобразования.

По типу камер сгорания: с открытой камерой сгорания, с камерой сгорания в поршне, с воздушной камерой.

По направлению вращения коленчатого вала и возможности его изменения.

По конструктивному исполнению: простого и двойного действия.

По назначению: Главные и Вспомогательные.

По частоте вращения коленчатого вала и быстроходности:

малооборотные, среднеоборотные, высокооборотные.

Быстроходность двигателя оценивается по средней скорости поршня: тихоходные (до 6,5 м/с) средней быстроходности (от 8,5 — 9 м/с) и быстроходные (свыше 9 м/с).

2.4 Машинное отделение

Машинное отделение — помещение или помещения на судне, предназначенные для размещения машин и механизмов, обеспечивающие его движение.

Пункт 8 Правила 2 Главы II-1 СОЛАС (Международной конвенции по охране человеческой жизни на море) дает следующее определение термина машинное помещение:

Машинное помещение — пространство, заключенное между теоретической основной плоскостью, плоскостью предельной линии погружения, а также крайними главными поперечными водонепроницаемыми переборками, ограничивающими помещения, в которых находятся главные механизмы, а также обслуживающие их вспомогательные механизмы, котлы и постоянные угольные бункеры.

При необычном расположении пределы машинных помещений определяет Администрация.

Машинное отделение содержит: главные механизмы, валопроводы, котлы, двигатели внутреннего сгорания, электрогенераторы и другие основные электрические элементы, установки, рулевые машины и т. д. Главные механизмы (энергетическая установка (ЭУ)) предназначены для приведения в действия двигателей, вспомогательные механизмы обеспечивающие работу главных механизмов, снабжение судна электроэнергией и другими видами энергии, а также функционирование систем и устройств.

К машинным помещениям относят: МО, котельное (или МКО), отделение холодильных машин (рефрижераторное отделение), румпельное, туннель валопровода и др.

Каждое машинное помещение с механизмами общей мощностью не менее 375 кВт, работающим на друга. Размещение главных и вспомогательных механизмов, оборудования, трубопроводов, арматуры и т. д. должно быть таким чтобы был возможен свободный доступ к ним для обслуживания и аварийного ремонта при обеспечении свободного прохода шириной не менее 600 мм. К выходным путям из их постов управления и мест обслуживания.

Рациональное использование объема МО обеспечивают платформы, а удобство обслуживания — установленные в несколько ярусов решёточные площадки с трапами и прочным леерным ограждением.

Палубу настилают рифлеными металлическими листами, плотно прилегающими к металлическому каркасу. Между настилом и вторым дном прокладывают трубопровод.

На малых добывающих судах получили распространение дизель-редукторные ЭУ (дизель или два дизель-редуктор — гребной вал), на средниходномашинные дизель-редукторные ЭУ, на больших и крупныхдвухмашинные дизель-редукторные ЭУ с отбором мощности на валогенераторы. ЭУ крупных ТР — одновальные дизельные (ТР типа «кристал-2») или дизель-редукторные агрегаты (ТР пр. («Атлантик-602»), крупных обрабатывающих судов — одновальные двухмашинные дизель-редукторные агрегаты с отбором мощности на валогенераторы (краборыбоконсервная плавбаза), одновальные одномашинные дизельные дизельные агрегаты (ПБ (ПНР)).

Для обеспечения электроэнергией судовой электростанции устанавливают дизель-генераторы либо дизель-генераторы и валогенераторы. Приём электроэнергии и её подачу к потребителям обеспечивает главный распределительный щит (ТРЩ), располагаемый в ЦПУ в районе МО.

В перспективе на крупнотоннажных обрабатывающих и приёмо-транспортных судах возможно использование ЭУ с комбинированной двухпоточной передачей мощности на гребной винт.

Главные двигатели могут работать непосредственно на гребной винт через вертикальные передаточные колонки и редуктор либо, при отключенных колонках, на генераторы, питающие гребной электродвигатель.

Представление о перспективном расположении механизмов в МО даёт рисунок. Все вспомогательные механизмы, обслуживающие главные двигатели, собраны в единый функциональный агрегатный Блок для двигателя. Общая компоновка МО подчинена функциональной целесообразности.

Рис. 1 Схема расположения механизмов в МО Т/х «Охотское Море».

1 — МИШ; 2 — масляная цистерна ВРШ; 3 — валогенератор; 4 — углекислотные баллоны системы пожаротушения; 5 — топливные и масляный сепараторы; 6 — топливоподкачивающие насосы; 7 — водяные холодильники; 8 — масляные насосы главного двигателя; 9 — масляный холодильник; 10 — масляные насосы вспомогательных двигателей; 11 — насосы кондиционеров; 12 — насосы забортной воды; 13 — вспомогательные дизель-генераторы; 14 — воздушные компрессоры; 15 — установка минерализации; 16 — установка озонирования; 17 — пусковые баллоны; 18 топливоперекачивающие насосы; 19 — пожарный насос; 20 — кингстон; 21 насосы забортной воды; 22 — главный двигатель; 23 — технологический насос; 24'— гидрофоры; 25 —сепаратор трюмных вод; 26 — мазутный котельный насос; 27 — вспомогательный паровой котел; 28 — котельный насос дизельного топлива; 29 — осушительные насосы; 30 — аварийный насос МИШ; 31 — гидронасосы МИШ; 32 — тали на кран-балке; 33 — ЦПУ; 34 — ГРЩ.

2.5 Мощность двигателя

Работа, совершаемая газами во всех цилиндрах за единицу времени, называется индикаторной мощностью двигателя .

При выводе формулы мощности приняты следующие обозначения:

D —диаметр цилиндра, м; S — ход поршня, м; V_s — рабочий объем цилиндра, м³; p_t — среднее индикаторное давление; п — частота вращения, об/мин; Z — число цилиндров; i = kZ — число рабочих ходов за один оборот во всех цилиндрах, где k — коэффициент тактности (для четырехтактных двигателей k = ½, для двухтактных простого действия k = 1).

Согласно определению среднего индикаторного давления работа, совершаемая газами в цилиндре за один цикл, Дж/цикл, (один рабочий ход поршня).

S

Индикаторная работа всего двигателя в минуту, Дж/мин. Разделив минутную работу на 60, получим индикаторную мощность, Вт Выражение /4 представляет собой рабочий объем цилиндра V_s; тогда для двухтактного двигателя

;

для четырехтактного двигателя Если выражение S/n/30 заменим на среднюю скорость поршня ст = Sn/30, то получим обобщенную формулу индикаторной мощности для любого типа двигателей, Вт,

с_т

2.6 Фундамент под главный двигатель и вспомогательные механизмы

Фундаменты служат для размещения и крепления машин, котлов, различных установок и устройств и т. д. Все это оборудование воздействует на фундаменты собственным весом и инерционными силами, возникающими при продольной и поперечной качке судна, а также неуравновешенными усилиями, создающимися при работе механизмов. Фундамент воспринимает эти усилия и передает их на связи корпуса судна.

Фундамент дизеля — фундамент главного двигателя — состоит из двух непрерывных продольных балок, которые постепенно переходят в настил второго дна. На верхние кромки продольных балок приварены так называемые опорные горизонтальные полосы, на которые спомощью пригоночных деталей установлен фундамент двигателя икоторые связаны друг с другом винтовыми болтами.

Продольные балки фундамента и опорные полосы подкреплены на каждом флоре поперечными бра-кетами с поясками между продольными фундаментными балками и кницами на наружных сторонах.

Днищевые связи и настил второго дна в районе фундамента машин усилены; под продольными балками фундаментов в большинстве случаев расположены дополнительные стрингеры.

На небольших судах с одинарным дном фундамент для главного двигателя, как правило, не устанавливают. Двигатель крепится к опорным листам высоких флоров, форма которых соответствует форме поддона картера.

Фундамент упорного подшипника, который должен воспринимать аксиальный упор гребного винта, тоже прочно соединен с днищем судна.

Если упорный подшипник не образует с фундаментом главного двигателя единый узел, то в соответствии с возникающими усилиями упора под упорным подшипником устанавливают дополнительные стрингеры и бракеты.

Фундаменты под котлы разделяют на фундаменты под цилиндрические огнетрубные и водотрубные котлы. Водотрубные котлы по конструкции и по форме очень разнообразны, в соответствии с этим их фундаменты также могут иметь самую различную форму.

Фундаменты под цилиндрические огнетрубные котлы состоят из двух седлообразных балок, которые подогнаны к форме котла. В продольном направлении они связаны двумя продольными балками с полками. Чтобы предотвратить смещение котла в продольном направлении, на концах котлов установлены стопорные опоры.

Анкерные связи на каждой стороне предотвращают скатывание котла с фундамента при бортовой качке.

Рис. 2 Фундаменты:

а — фундамент главного двигателя на настиле второго дна; b — фундамент главного двигателя на одинарном дне; с — фундамент для цилиндрического огнетрубного котла; d — фундамент для водотрубного котла; е — Фундамент для компрессора. 1 — кницы (с полками); 2 — флор; 3 днищевой стрингер; 4 — вертикальный киль; 5 — поперечные бракеты; 6 — продольные балки; 7 — опорные горизонтальные полосы; 8 — фундамент вспомогательного двигателя; 9 — анкерная связь; 10 — стопор котла; 11 — седельная опора Вспомогательные механизмы, такие как генераторы, тяжелые насосы, компрессоры, также имеют фундаменты, которые отличаются от фундаментов главного двигателя в основном меньшими размерами и более слабой конструкцией, а также формой, которая соответствует станинам этих механизмов.

Для создания лучшей опоры крупных механизмов и агрегатов, при работе которых возникает вибрация, продольные балки их фундаментов доводят до поперечных переборок. Фундаменты под небольшие механизмы и элементы судовых устройств (брашпили, насосы, кнехты и т. п.) устанавливают так, чтоб усилия передавалось на набор, а не на обшивку. Для плотного прилегания лап механизмов к опорной поверхности фундаментов применяют различные прокладки. Главные двигатели устанавливают на фундаменты, используя специально изготовленные по замерам с места металлические клинья или сферические прокладки.

В последнее время с целью удешевления операции центровки и установки двигателя на фундамент применяют пластмассовые прокладки.

Указания прокладки формуют специальным приспособлением из тестообразной пластмассы марки ФМВ (формуемая, малоусадочная, волокнистая).

Двигатель устанавливают на фундамент с зазором 20−40 мм, ось его коленчатого вала центруется с осью валопровода, а затем в последствие между лапами двигателя и лафетной полосой фундамента формуют пластмассовые шашки.

Срок затвердения (полимеризации) пластмассовых шашек 2−20 часов.

Ни каких предварительных замеров и никакой пригонки такая операция не требует. Срок установки двигателя сокращается в несколько раз.

Для обеспечения демонтажа двигателя опорные поверхности лап смазывают техническим вазелином.

Рис. 3. Установка фундамента по главный двигатель МО.

1 — ширстрек; 2 — кница;3 — настил палубы; 4 — ребро жесткости палубы; 5 — карлингс; 6 — карлингс-комингс; 7 — карлингс-бимс; 8 — шахта; 9 — бимс рамный; 10 — пиллерс; 11 — рамный шпангоут; 12 — обыкновенный шпангоут; 13 — стрингер бортовой; 14 — настил двойного дна; 15 — стрингеры днищевые; 16 — киль вертикальный; 17 — флор сплошной; 18 — обшивка днища; 19 — кница фундамента; 20 — платформа; 21 — кормовая переборка; 22 — кница скуловая; 23 — продольная фундаментная балка; 24 — лаферный лист

3. Расчет и характеристики гребного винта

Гребной винт, это судовой движитель, состоящий из нескольких лопастей, которые расположены радиально на цилиндрической или конусной ступице на равных угловых расстояниях.

Гребной винт преобразует вращение вала двигателя в упор — силу, толкающую судно вперед.

При вращении винта на поверхностях его лопастей, обращенных вперед — в сторону движения судна (засасывающих), создается разрежение, а на обращенных назад (нагнетающих) — повышенное давление воды. В результате разности давлений на лопастях возникает сила Y (ее называют подъемной). Разложив силу на составляющие — одну, направленную в сторону движения судна, а вторую перпендикулярно к нему, получим силу Р, создающую упор гребного винта, и силу Т, образующую крутящий момент, который преодолевается двигателем.

Гребные винты имеют различные конструкции: цельнолитую, с поворотными (винты регулирующего шага) и со съёмными лопастями.

Последние, имеющие болтовое соединение со ступицей, применяют главным образом на судах ледового плавания.

Гребные винты изготовляют из бронзы, латуни, нержавеющей стали или углеродистой, чугуна. Металлическими винты выполняют литыми с последующей станочной обработкой.

Лопасти грибных винтов представляют собой крылья специальной формы, образованные пересечением двух винтовых поверхностей. Линия этого пересечения является контуром лопасти.

Сторона лопасти, обращённая в нос судна, называется засасывающей, поскольку при движении судна передним ходом на ней развивается разрежение среды.

Противоположная сторона является нагнетающей. Часть лопасти, примыкающей к ступице, называется корневой. Различают гребные винты правого и левого вращения в зависимости от направления вращения образующих лопастей винтовых поверхностей.

Сечения лопастей цилиндрическими поверхностями, соосными с осью гребного винта, характеризуют профиль лопастей.

Движущая сила у гребного винта возникает в результате отбрасывания в сторону противоположную движения судна жидких масс, захватываемых из окружающего судно воды.

Диаметр и шаг винта являются важнейшими параметрами, от которых зависит степень использования мощности двигателя, а следовательно, и возможность достижения наибольшей скорости хода судна.

Каждый двигатель имеет свою так называемую внешнюю характеристику — зависимость снимаемой с вала мощности от частоты вращения коленчатого вала при полностью открытом дросселе карбюратора.

Рабочие лопасти винта взаимодействуют с окружающей массой воды и преобразуют это взаимодействие в силу упора винта Р, которая уравновешивается сопротивлением воды движения судна.

Для вращения гребного винта, главный двигатель судна должен приложить момент к гребному валу М. Сила упора винта Р и момент на валу М могут быть выражены через безразмерные коэффициенты и представлены в виде:

p

М =

где: Р — упор гребного винта, М — момент на валу двигателя, рплотность жидкости,

D — диаметр диска гребного винта,

nчисло оборотов гребного винта в секунду,

— коэффициент упора винта,

— коэффициент момента винта.

является функциями относительной поступи винта ,

где

здесьскорость судна.

Взаимодействие функции () и () и КПД гребного винта можно представить в виде графика, а также определить зависимость коэффициентов и КПД относительно поступи винта Необходимая мощность главной энергетической установки, обеспечивающая судну движение с заданной скоростью можно определить выражением

=

где nпропульсивный КПД движителя.

Гребной винт, позволяющий для конкретного сочетания судна и двигателя полностью использовать мощность последнего, называется согласованным.

Следует заметить, что согласованных винтов для конкретного сочетания судна и мотора существует бесконечное множество.

В самом деле, винт с несколько большим диаметром, но несколько меньшим шагом нагрузит двигатель так же, как и винт с меньшим диаметром и большим шагом.

Существует правило: при замене согласованного с корпусом и двигателем гребного винта другим, с близкими величинами D и Н (расхождение допустимо не более 10%), требуется, чтобы сумма этих величин для старого и нового винтов была равна.

Однако из этого множества согласованных винтов только один винт, с конкретными значениями D и Н, будет обладать наибольшим КПД. Такой винт называется оптимальным.

Целью расчёта гребного винта как раз и является нахождение оптимальных величин диаметра и шага.

Коэффициент полезного действия. Эффективность работы гребного винта оценивается величиной его КПД, т. е. отношения полезно используемой мощности к затрачиваемой мощности двигателя.

Не вдаваясь в подробности, отметим, что главным образом КПД некавитирующего винта зависит от относительного скольжения винта, которое в свою очередь определяется соотношением мощности, скорости, диаметра и частоты вращения. Максимальная величина КПД гребного винта может достигать 70 ~ 80%, однако на практике довольно трудно выбрать оптимальные величины основных параметров, от которых зависит КПД: диаметра и частоты вращения.

Поэтому на малых судах КПД реальных винтов может оказаться много ниже, составлять всего 45%. Максимальной эффективности гребной винт достигает при относительном скольжении 10 — 30%.

При увеличении скольжения КПД быстро падает: при работе винта в швартовном режиме он становится равным нулю. Подобным же образом КПД уменьшается до нуля, когда вследствие больших оборотов при малом шаге упор винта равен нулю.

3.1 Элементы геометрии гребного винта

Основными геометрическими характеристиками винта являются:

— диаметр винта D — диаметр окружности, описываемой наиболее удалёнными от оси точками лопастей: у крупнотоннажных судов диаметр доходит до 10 м;

— диаметр ступицы винта d- (обычно у монолитных винтов d= 0'2D);

— шаг винта Нрасстояние, которое прошёл бы винт за один оборот в твердой среде;

— шаговое отношение — отношение шага винта к его диаметру, для судовых винтов

= 0,6

площадь диска винта — площадь ометаемая винтом при его вращении:

;

площадь лопастей винта Асуммарная площадь спрямлённой (развернутой на плоскости) поверхности всех лопастей винта;

дисковое отношение — отношение площади лопастей к площади диска винта

= 0,3 ?1,2 (большое значение у быстроходных судов);

количество лопастей zможет быть от двух до двенадцати; чем больше лопастей, тем лучше уравновешен винт;

профиль сечения может быть сегментным (как правило, у буксиров и ледоколов), авиационным (у транспортных судов) и специальным, похожим на вытянутый криволинейный треугольник — у скоростных судов для предотвращения кавитации.

3.2 Кинематические и гидродинамические характеристики гребного винта

Во время работы гребной винт участвует одновременно в двух движенях: вращается вокруг своей оси и перемещается поступательно вместе с судном вдоль своей оси. Расстояние, которое пройдет винт в водной среде за один оборот называется абсолютной поступью винта h

h = ,

где: hизмеряется в метрах;

— осевая скорость перемещения винта, м/с;

nчастота вращения винта, с.

Отношение абсолютной поступи к диаметру винта называется относительной поступью винта ;

Разность между геометрическим шагом винта Н и его абсолютной называется абсолютным скольжением S;

S = H-h=H;

Отношение абсолютного скольжения к шагу винта называется относительным скольжением винта s;

s == 1 — = 1;

Скольжение и поступь винта являются характеристиками режима работы гребного винта. При работе винта на месте (швартовых) поступь винта равна, А скольжения s=1. С началом движения судна поступь увеличивается, а скольжение до определённых пределов при полной скорости судна для данной частоты вращения винта.

Винт при своём вращении движется поступательно. Для простоты рассмотрим план скоростей для элемента лопасти, вырезанного низ неё на радиусе двумя коническими сечениями, близкими друг к другу.

Скорость вращательного движения элементов лопасти =2prn, а поступательного =nh, причём направление противоположно направлению движения элемента лопасти винта.

Рассмотрим силы, действующие на элемент лопасти, как на элемент крыла. Силу, действующую на элемент лопасти. Можно разложить на подъёмную силу?? Y и силу лобового сопративления?? X, причём?? Y перпендикулярна к скорости ?, которая является результирующей скоростей и, сила?? X параллельна ей.

Каждую из этих сил можно разложить на составляющие, параллельные поступательному движению элемента и перпендикулярные к нему. Подъёмная сила?? Y раскладывается на составляющие ?? и ??, а если сила лобового сопротивления?? Х на ?? и .

Разность составляющих ??? — это упор, создаваемым элементом винта:

Сумма составляющих ?? и даёт касательную силу, препятствующую вращению элемента лопасти:

??Т = ??+

Произведение силы?? Т на радиус r, по которому вырезан элемент, даёт момент, противодействующий вращению винта.

Суммируя силы упора и моменты, создаваемые каждым элементом, для всех лопастей винта, получим упор Р = и момент М = для всего гребного винта.

Упор Р = и есть сила, движущая судно, т. е. сила преодолевающая сопротивление воды и характеризующая полезную работу, совершаемую винтом.

Момент М характеризует усилие, которое должен развивать главный двигатель, чтобы вращать винт с требуемой частотой вращения.

Основной задачей при длительной работе судна является согласование характеристик элементов комплекса гребной винт — корпус судна — двигатель.

Любой двигатель может нормально работать только при соблюдении ряда условий. Для получения наибольшей скорости судна или наибольшего упора при наименьшем расходе топлива необходимо полное соответствие гребного не только основному режиму эксплуатации, но и характеристикам главного двигателя. Винт должен обеспечивать работу двигателя с номинальной мощностью и заданной частотой вращения, сохраняя при этом свой наивысший КПД. Зависимость потребляемой гребным винтом мощности от частоты вращения при постоянном буксировочном сопротивлении называют винтовой характеристикой.

Винтов соответствующих двигателю, может быть бесчисленное множество. Они отличаются от всех прочих винтов только тем, что позволяют полностью потреблять передаваемую двигателем номинальную мощность при нормальной частоте вращения, используя её с большим или меньшим эффектом. Совокупность согласованных между собой характеристик корпуса, двигателя и движителя, построенных в зависимости от скорости судна, называют паспортной диаграммой и ходовыми характеристиками.

3.3 Передача мощности на гребной винт

По способу передачи мощности от двигателя к гребному винту энергетические установки можно разделить на три основные группы:

1.установки с непосредственным (прямым) соединением главного двигателя с гребным винтом фиксированного или регулируемого шага;

2.установки с зубчатой редук-торной передачей;

3.установки с электрической передачей.

На рис. представлены одно-вальные схемы указанных передач.

Прямая передача (рис. а). Главный двигатель 1 с помощью валопровода 2 жестко соединен с гребным винтом 3. В прямой передаче потери в системе двигатель—гребной винт будут минимальными. Это наиболее простая и надежная установка.

Частота вращения главного двигателя обычно не превышает 300 об/мин, что объясняется стремлением повысить проиульснвный КПД гребного винта. Малая частота вращения главного двигателя объективно обусловливает надежность его работы, удобство эксплуатации, большой моторесурс и малый удельный расход топлива.

Наряду с этим применение на судне малооборотного двигателя приводит к некоторому увеличению высоты машинного отделения и массы энергетической установки, а также ухудшает маневренные свойства судна, если оно не имеет специальных подруливающих устройств.

Прямая передача получила широкое распространение в промысловом флоте.

Редукторная передача (рис. б). Чаще всего ее комплектуют из двух главных двигателей, которые связаны через эластичные муфты 4 и понижающую зубчатую передачу 5 с общим гребным валом.

Развитию дизель-редукторных установок способствовало появление мощных среднеоборотных четырехтактных дизелей, применение которых на судах имеет ряд преимуществ, в частности, позволяет производить отбор мощности на работу вспомогательных установок (механизмов) в рабочем (промысловом) режиме, а также снизить массу и габарит энергетических установок.

Частота вращения гребного винта, независимо от номинальных оборотов двигателя, при наличии редуктора может быть установлена с таким расчетом, чтобы обеспечить оптимальные условия работы движителя.

Выигрыш в КПД гребного винта частично компенсирует потери мощности в зубчатой передаче (5—б %). Дизель-редукторпая установка с двумя (или более) двигателями обладает повышенной живучестью и маневренностью по сравнению с прямой передачей. Кроме того, при работе на частичных нагрузках, связанных со значительным увеличением удельного расхода топлива, часть двигателей может быть выключена.

Остальные двигатели при этом продолжают работать с большей нагрузкой и при меньшем удельном расходе топлива. Вместе с тем редукторным передачам по сравнению с прямыми присущи и недостатки, к которым следует отнести конструктивное усложнение установки, ее более низкий КПД вследствие потерь в редукторе и муфтах, меньший моторесурс двигателей и больший удельный расход топлива. Дизель-редукторные передачи получили самое широкое распространение на транспортных рефрижераторах промыслового флота.

Электрическая передача (рис. в). Она состоит из гребного электродвигателя 8, электропроводииков 7 и генератора 6, жестко соединенного с главным двигателем. Дизель-генераторов, как правило, бывает несколько, от двух до шести. Из схемы видно, что происходит двойная трансформация энергии (механической в электрическую, а затем электрической в механическую), сопровождающаяся увеличением потерь в передаче и соответственным снижением ее КПД.

С другой стороны, отсутствие жесткой механической связи между первичным двигателем (дизелями) и гребным винтом, а также наличие нескольких главных дизель-генераторов дает ряд существенных преимуществ:

возможность применения при наличии винта фиксированного шага (ВФШ) нереверсивных дизелей, так как реверс осуществляется гребным электродвигателем;

высокие маневренные качества судна благодаря широкому диапазону частоты вращения гребного электродвигателя.

3.4 Расчёт диаметра гребного винта

Дано:

P =

М=

М —?; Р — ?.

Решение Упор винта:

P= 0,011 = 4 510 687.5

Момент винта:

M= 0,02 = 41 006 250

Диаметр винта

D= == 5

Р — упор гребного винта, М — момент на валу двигателя, рплотность жидкости,

D — диаметр диска гребного винта,

nчисло оборотов гребного винта в секунду,

— коэффициент упора винта,

— коэффициент момента винта.

— является функциями относительной поступи винта

заключение

В курсовой работе рассмотрены технические характеристики теплохода «Охотское море», приведено содержание документации по остойчивости и посадке судна. В результате показано, что мореходные качества и расположение судовой энергетической установки на т/х «Охотское море» полностью соответствует требованиям регистра судоходства России, и обеспечивает нормальную работу судна в различных условиях его плавания.

список использованных источников

1. Донцов С. В. «Основы теории судна» — Одесса: Феникс, 2007 г.

2. Кацман Ф. М., Милькин Г. Т. «Выбор морского транспортного судна и оценка его мореходных качеств» — СПб: ГМА, 2002 г.

3. «Транспортные рефрижераторные суда промыслового флота. Католог технических характеристик» — Л: «Гипрорыбфлот», 1974 г.

4. «Флот рыбной промышленности. Справочник" — М: «Транспорт», 1990 г.