Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Судовые вспомогательные системы и механизмы. Курс лекций
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»
(ФБОУ ВПО «МГАВТ»)
Косыгин И.А., Тюрина О.А.
СУДОВЫЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И МЕХАНИЗМЫ
Курс лекций
МГАВТ
Москва, 2015
УДК 629.12
Косыгин И.А., Тюрина О.А.
Судовые вспомогательные системы и механизмы. Курс лекций. — М.: Альтаир–
МГАВТ, 2015 — 80 с.
В курсе лекций предлагается оригинальный метод изложения материала. Структура
курса лекций по дисциплине составлена в соответствии с рабочей программой, входящей в
состав учебно-методического комплекса дисциплины «Судовые вспомогательные системы и
механизмы». Приведены основные темы, рассматриваемые на лекции, а затем кратко
изложен лекционный материал с примерами расчёта и иллюстрациями. Перечислены
учебные наглядные пособия, используемые на лекции, что способствует усвоению материала
студентами.
Ценным является как наличие необходимого справочного материала, так и изложенные
необходимые теоретические вопросы, поясняющие особенности рабочих процессов в
судовых вспомогательных механизмах и системах.
Курс лекций «Судовые вспомогательные системы и механизмы» может быть полезен
студентам и при выполнении дипломного и курсового проектов.
Предназначен для студентов специальности 180405.65 — «Эксплуатация судовых
энергетических установок».
Рецензент — кандидат технических наук, доцент В.А. Зябров.
Издаётся по решению Учебно-методического совета МГАВТ.
Рассмотрено и рекомендовано к использованию в учебном процессе кафедрой Судовых
энергетических установок и автоматики (протокол №8 от 10 апреля 2014 года).
Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать материалов
несут авторы и кафедры академии, выпускающие учебно-методические материалы
© МГАВТ, 2015
© Косыгин И.А., 2015
© Тюрина О.А. 2015
Оглавление
Судовые системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Основы гидравлического расчета трубопроводов . . . . . . . . . . 6
Гидравлический расчет трубопровода . . . . . . . . . . . . . . . 8
Аналитический метод расчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Параметры механизмов судовых систем . . . . . . . . . . . . . . 10
Классификация насосов по принципу действия . . . . . . . . . . 10
Характеристики насосов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Трюмные системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Балластная система . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Основы расчета балластной системы . . . . . . . . . . . . . . . 13
Осушительная система . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Основы расчета осушительной системы . . . . . . . . . . . . . 14
Противопожарная система . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Система водотушения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Основы расчета осушительной системы . . . . . . . . . . . . . 17
Углекислотная система (СО
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2
Система пенотушения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Гидравлический расчет судовой системы . . . . . . . . . . . . . . 17
Центробежные насосы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Принцип действия и конструкции центробежных насосов . . . . . . 21
Осевая сила и способы ее уравновешивания . . . . . . . . . . . . 21
Построение треугольника скоростей . . . . . . . . . . . . . . . 22
Степень реактивности рабочего колеса . . . . . . . . . . . . . . 25
Элементы теории подобия и коэффициенты быстроходности
лопастных насосов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Расчет и профилирование спирального канала центробежного насоса . . 27
Действительные и теоретические характеристики центробежного насоса . 27
Влияние коэфициэнта быстроходности на формы характеристик
центробежных насосов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Коэфициент быстроходности центробежного насоса . . . . . . . . 29
Кавитация. Кавитационный запас и высота всасывания центробежных
насосов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Осевые насосы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Поток в осевом насосе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Решетка профилей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Силы, действующие на лопасти в потоке жидкости осевого насоса . 35
Характеристики осевых насосов . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3
Вихревые насосы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Вихревой насос открытого типа . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Вихревой насос с закрытым рабочим колесом . . . . . . . . . . . 38
Основы расчета вихревых насосов . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Характеристики вихревых насосов . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Струйные насосы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Характеристики эжекторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Расчет эжекторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Кавитация в эжекторах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Роторные насосы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Шестеренные насосы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Винтовые насосы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Пластинчатые насосы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Поршневые насосы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Клапаны поршневых насосов и их расчет . . . . . . . . . . . . . 50
Расчет пружины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Индикаторная диаграмма поршневого насоса и определение
неисправностей по ней . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Насосные установки речных танкеров и плавучих нефтестанций . . . . 52
Типы грузовых и зачистных насосов . . . . . . . . . . . . . . . 52
Насосные установки нефтяных станций . . . . . . . . . . . . . . . 53
Особенности работы центробежных насосов на вязких жидкостях . 53
Судовые вентиляторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Колеса радиальных вентиляторов . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Параметры работы вентилятора . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Система судовой вентиляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Пример расчета системы вентиляции . . . . . . . . . . . . . . . 56
Система отопления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Основы расчета системы отопления . . . . . . . . . . . . . . . 57
Санитарная система . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Основы расчета станции приготовления питьевой воды . . . . . . 58
Палубные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Рулевое устройство . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Основные размеры рулей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Рулевые приводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Рулевые машины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Системы управления рулевыми машинами . . . . . . . . . . . . . 65
Расчет рулевых машин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4
Якорные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Расчет усилия в якорной цепи при снятии судна с якоря . . . . . . 72
Основы расчета якорно-швартового механизма . . . . . . . . . . 72
Судовые грузоподъемные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Основы расчета грузовой лебедки . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Буксирные и сцепные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Основы расчета буксирной лебедки . . . . . . . . . . . . . . . 75
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5
Судовые системы
h
мтр
hhh
тр
h
l
U
2
d
g
Vd
Re
м
h
g
V
h
м
2
2
12
zzh
ст
g
V
d
l
h
тр
2
2
g
P
H
Основы гидравлического расчета трубопроводов
Гидравлической характеристикой трубопровода называется графическая зависимость
напора Н от расхода жидкости Q через этот трубопровод.
Напором называется удельная энергия, отнесенная к единице веса жидкости.
— потери энергии в трубопроводе при течении жидкости:
— потери энергии на трение жидкости о стенки трубопровода по его длине.
— коэффициент гидравлического трения, который в общем случае является
функцией числа Рейнольдса (Re) и шероховатости стенок трубы.
— длина трубопровода, м;
— уточненное значение скорости движения жидкости по трубопроводу, м/с2;
— стандартный диаметр трубопровода, м;
— ускорение свободного падения, м/с2.
Число Рейнольдса (Re) определяется для турбулентного потока по формуле:
— потери напора в местных сопротивлениях (отводы, краны, тройники, клапаны и т.д.), м;
, м
— сумма коэффициентов местных сопротивлений.
Если трубопровод не горизонтален, нужно учитывать потери энергии на подъем
жидкости в трубопроводе. Эти затраты называются статическим напором:
6
Потребляемый напор будет определяться как сумма местных потерь и потерь в
стмтрпотр
hhhh
VFQ
тр
V
F
4
2
dF
V
d
Q
тр
4
2
2
4dQ
V
2
QkhH
стпотр
трубопроводе:
Расход жидкости через трубопровод:
— скорость движения жидкости;
— площадь поперечного сечения трубопровода
Потребляемый напор:
Характеристикой трубопровода называется графическая зависимость потребляемого
напора Н от расхода жидкости Q через этот трубопровод.
7
Гидравлический расчет трубопровода
l
21
Расчет служит основой для определения диаметра трубопровода, скорости движения
жидкости в трубопроводе и параметров работы механизма, подачи или напора.
Существует несколько случаев расчета:
1. задается схема системы, диаметр трубопровода и расход жидкости. Нужно
подобрать насос, т.е. определить параметры напора и подачи.
2. даны параметры насоса и схема трубопровода. Определить диаметр и расход через
трубопровод.
Существует 3 метода расчета:
1. аналитический;
2. метод потери на напор;
3. метод характеристик.
При любом методе расчета необходимо:
1. построить схему системы и указать места расположения местных сопротивлений и
механизмов;
2. необходимо разбить схему на расчетные участки. Расчетным участком называется
участок трубопровода, имеющий одинаковые диаметр и расход.
Начало и конец каждого участка необходимо обозначить двумя узловыми точками.
Указать для этих точек высоту от базовой плоскости.
3. на выносной линии указать для участка диаметр, длину и скорость движения.
Аналитический метод расчета
Аналитический метод расчета используется для расчета как простых, так и сложных
трубопроводов.
Расчет простого трубопровода.
Основные расчетные данные:
1.
2. Z1 — высота точки выхода жидкости (точка 1), м;
3. Z2 — высота точки входа жидкости (точка 2), м;
4. V
5. d — диаметр, мм;
— длина трубопровода на участке 1-2, м;
— скорость движения жидкости на участке трубопровода 1-2, м/с;
1-2
8
g
V
g
P
zh
g
V
g
P
z
22
2
22
221
2
11
1
g
P
H
1
1
g
P
H
2
2
g
V
Hzh
g
V
Hz
22
2
2
2221
2
1
11
1
V
2
V
1
V
2
V
121212
HhzzH
1
H
2
H
21
Q
1
2
121
gH
fQ
f
4
2
d
f
спр
1
V
Q
d
21
21
4
21
2
21
21
21
4
d
Q
V
hhh
трм 212121
211212
)(
hHzzH
;
Для простого трубопровода скорость в сечении
=
=const
Рассмотрим случай 1.
= !
= ?
участок 1–2 — отросток пожарной системы.
Решение:
1.
= ?
,
— площадь поперечного сечения пожарного ствола:
равна скорости в сечении
2
, м
— коэффициент истечения потока жидкости из пожарного ствола.
2. Скорость движения жидкости в трубопроводе на участке 1-2 принимаем согласно
правилам РР равной 4 м/с, для трубопроводов систем водотушения.
3. Определяем диаметр отростка трубопровода на участке 1-2:
, м
4. Приводим полученный диаметр трубопровода к стандартному размеру. Уточняем
значение скорости движения жидкости по трубопроводу на участке 1-2 для стандартного
наружного диаметра трубопровода:
, м/с
5. Рассчитываем потери напора на участке 1-2:
, м
6.
Выполнив гидравлический расчет трубопровода, строят его гидравлическую
характеристику. Для этого гидравлический расчет проводят еще для нескольких значений
расхода.
, м
9
Параметры механизмов судовых систем
Q
qQQ
ид
H
12
2
1
2
221
2ZZg
VV
g
PP
H
012 ZZ
gVV2
2
1
2
2
g
PP
H
21
V
Z
Z
P
P
2
V
1
1
2
2
Гидравлической машиной называется механизм, который сообщает протекающей через
него жидкости механическую энергию или получает часть энергии потока жидкости и
передает ее рабочему органу.
В первом случае — это насос, во втором — гидродвигатель.
Классификация насосов по принципу действия:
1. динамические;
2. объемные
Динамические насосы:
1. лопастные (центробежные, осевые);
2. насосы трения (вихревые, струйные).
Объемные насосы:
1. поршневые (плунжерные, поршневые);
2. роторные (шестеренные, винтовые, пластинчатые);
3. роторно-поршневые (аксиально- и радиальнопоршневые).
По назначению насосы делятся в зависимости от системы, в которой они
используются.
Основные параметры гидромашин:
1) подача
— массовая [кг/ч]
Различают действительную подачу м идеальную.
: — объемная [м3/ч]
2) напор
Принимаем сечение 1–1 как вход в насос, а сечение 2–2 как выход.
[м]
Напором называется разность энергий жидкости
на выходе и входе в насос.
, так как насосы компактные
= 0, так как жидкость неразрывна
Давление на выходе измеряется манометром, на
входе — вакууметром.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]