Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Судовые вспомогательные системы и механизмы. Курс лекций
.pdf
3) мощность N: полезная
П
N
N
QPgQHN
П
N
N
П
ГМО
В
H
ВС
hz
g
V
g
P
g
P
1
2
11
0
2
ВСВ
hZ
g
V
g
PP
H
1
2
1
10
2
0
P
1
P
1
V
1
Z
ВС
h
2
1
1
P0
Z1
2
затраченная
4) коэффициент полезного действия
[Вт]
КПД насоса без привода
5) вакуумметрическая высота всасывания
Различают вакуумметрическую и геометрическую высоту всасывания.
Геометрическая высота всасывания — это расстояние по вертикали от уровня
перекачиваемой жидкости до входного патрубка в насос.
[м]
где:
Вакуумметрическая высота всасывания – это энергия, которую нужно затратить на
преодоление сопротивления во всасывающем трубопроводе, на подъем жидкости к насосу и
на разгон жидкости на входе в насос.
Вакуумметрическая высота всасывания ограничена из-за возможности возникновения
кавитации.
Кавитацией называется явление возникновения разряженных пространств внутри
корпуса насоса, заполненных парами или газами перекачиваемой жидкости. При попадании
пузырька в область повышенного давления он конденсируется, что приводит к
кавитационной эрозии, снижению КПД, подачи и напора, появлению шума и вибрации.
Вакуумметрическая высота всасывания , при которой наступает кавитация, называется
максимально допустимой вакуумметрической высотой всасывания.
-— скорость входа жидкости в насос;
— геометрическая высота всасывания;
— суммарные потери во всасывающем трубопроводе.
— атмосферное давление;
— показания вакуумметра;
11
Характеристики насосов
2
2 3 3
0
1
1
P0
Z1
0
Z3 Z
2
Z
1
Z0 l1 l0 l3 l2 l
Q
опт
H
N
N
H
В
Q
H
H
Вопт
H
В
H
опт
N
опт
Характеристикой насоса
называется зависимость основных
параметров насоса от расхода для
динамических насосов, и от давления для объемных насосов.
Рабочая точка насоса и
вентилятора
l — удельная энергия
l0 – l1 = hвс
(потери на всасывание)
l2 – l3 = h
(потери в нагнетательном трубопроводе)
наг
l2 – l1 = H
(напор насоса)
Для определения рабочей точки насоса на конкретный трубопровод надо совместить
характеристику насоса и характеристику трубопровода.
Точка пересечения этих характеристик будет являться рабочей точкой.
12
1 — характеристика насоса H = f(Q);
3
V 16d
3600V
4
d
Q
2
2 — рабочая точка;
3 — характеристика трубопровода Hтр = f(Q).
При пересечении характеристики всасывающего трубопровода и характеристики
всасывания насоса получится точка, которая определит начало кавитации.
Трюмные системы
Балластная система
Балластная система предназначена для придания судну необходимых мореходных
качеств путем изменения его осадки, крена и дифферента.
К балластной системе относятся:
1) Система замещения — поддерживает постоянную осадку судна при расходе топлива;
2) Креновая и дифферентная системы;
3) Балластная система, которая является универсальной системой.
В состав балластной системы входят цистерны для водяного балласта, насосы и
трубопроводы для его приёма и выкачки, воздушные трубы для входа воздуха в балластные
цистерны и выхода из них, устройства для контроля количества балласта в цистернах.
Требования к балластной системе:
- должна обеспечивать отдельное заполнение всех цистерн, а также одновременное их
заполнение;
- должна обеспечивать перекачку балласта из одной цистерны в другую;
- устройство системы должно предотвращать самопроизвольное попадание воды из-за борта;
- система должна выполнять свои функции при минимальном количестве балласта.
Система может быть выполнена как по централизованному, так и по
децентрализованному принципу.
Принципиальная схема балластной системы
Основы расчета балластной системы
1. определяются внутренние диаметры отростков балластного трубопровода для
отдельных цистерн по формуле:
где: d - диаметр отростка, мм;
V - объём балластной цистерны, м3.
Диаметр магистрального трубопровода балластной системы должен быть не менее
диаметра отростка, принятого для наибольшей балластной цистерны.
2. по диаметру балластной магистрали и скорости движения жидкости в ней можно
найти подачу балластного насоса:
,м3/ч
13
где: d — диаметр балластной магистрали, м;
v — скорость движения жидкости, которую можно принять равной 2 м/с.
3. напор балластных насосов принимают в зависимости от осадки и длины напорного
трубопровода. Обычно он принимается в пределах 15–30 м.
4. количество приемных раструбов в балластной цистерне от 1 до 3 шт. При уклоне
днища <5
самому удаленному отсеку. Целью расчета является получение характеристики
всасывающего трубопровода.
высоты всасывания.
оказалась левее необходимой подачи. В этом случае в насосе начнется кавитация при
расчетной подаче. Для смещения характеристики трубопровода для варианта два (точка
пересечения должна быть правее расчетной подачи насоса) необходимо снизить
сопротивление трубопровода (уменьшить количество местных сопротивлений, увеличить
диаметр трубопровода, уменьшить длину трубопровода (создать либо автономную, либо
децентрализованную систему)).
0
раструбы располагаются у бортов, >50 – у ДП.
5. Расстояние от раструбов до нижней поверхности танка ¼ диаметра.
6. Диаметр отверстия у приемной решетки кингстона = 20 мм.
7. По параметрам напора и расхода выбирается насос с известными характеристиками.
8. Определяют величину сопротивления всасывания для трубопровода, ведущего к
После получения характеристики трубопровода ее совмещают с характеристикой
Возможны два варианта: в первом случае точка пересечения этих характеристик
Осушительная система
Осушительная система служит для удаления небольших количеств воды из корпуса
судна (из грузовых трюмов, машинных отделений, бытовых и др. помещений).
В состав осушительной системы входят осушительные средства (насосы, эжекторы),
осушительные трубопроводы, арматура и средства контроля уровня подсланевых вод.
Требования к осушительной системе:
- удаление воды из отдельных помещений;
- исключать попадание воды в корпус через трубопроводы системы.
Система может быть выполнена как по централизованному, так и по
децентрализованному принципу.
Принципиальные схемы осушительных систем
Установка приемных сеток осуществляется в осушительных грязевых колодцах, объем
которых равен объему жидкости во всасывающем трубопроводе. Для уменьшения объема
колодца на конце трубопровода устанавливают невозвратный клапан.
14
Трубопроводы осушительной системы прокладываются вне двойного дна и
25H)L(B1,5d
25H)(B2d
o
l
V
d
Q
4
2
защищаются кожухами.
На судах устанавливают 2 осушительных насоса, один из которых осушает воды,
загрязненные нефтепродуктами.
Основы расчета осушительной системы
1. определяется диаметр приёмной осушительной магистрали:
,мм
где: L, B и H - длина, ширина и высота борта судна, м.
2. определяется диаметр приёмных отростков, присоединяемых к магистралям:
, мм
где: l — длина осушаемого отсека, м;
В — ширина осушаемого отсека, м.
При этом диаметр магистрали и отростков не может быть менее 40 мм.
3. зная диаметр приёмной магистрали, определяют подачу осушительного насоса:
,м3/ч
где: d — диаметр приёмной магистрали, м;
v — скорость воды в приёмной магистрали, м/с.
Согласно Правилам Речного Регистра РФ V 2 м/с.
4. напор осушительного насоса лежит в пределах 15-20 м.
5. по этим параметрам подбирается насос и производится проверочный расчет
всасывающего трубопровода (т.е. гидравлический расчет трубопровода). Проверяют
положение точки пересечения характеристики трубопровода и насоса относительно
заданного параметра расхода Q.
Противопожарная система
Характерные особенности пожара на судах:
1) внезапность и интенсивность;
2) быстрое распространение;
3) интенсивность воздухо- и газообмена;
4) возникновение взрывоопасной и отравляющей среды;
5) ограниченный доступ к очагу пожара;
6) необходимость обеспечения живучести судна.
Существуют два метода борьбы с пожаром:
1) конструктивный — негорючие материалы, огне задерживающие и огнезащитные
переборки;
2) разработка средств борьбы с пожарами — противопожарная система (сигнальные и
тушащие системы).
Классификация тушащих систем:
1) по роду огнегасящего вещества: водяные, паротушения, пенотушения, газотушения
и огнегасящие жидкости СЖБ;
2) по способу тушения: объемные (вытеснение кислорода из объема помещения);
поверхностные (отделение кислорода от охлаждаемой поверхности).
Правилами РР регламентируется, какие системы могут быть использованы в
определенных помещениях.
15
Сигнальные системы:
1) электрические;
2) дымовые.
Требования к тушащим системам:
- постоянная готовность к действию;
- универсальность;
- наличие нескольких постов управления;
- использование высокоэффективных огнегасящих средств;
- согласованность применения огнегасящих и осушительных средств;
- сокращение объема применяемых горючих материалов;
- надежность.
Система водотушения
Назначение: для тушения пожара сплошной струей воды и прекращение горения за
счет охлаждения поверхности. Кроме того, вода из этой системы используется в
пенотушении и других судовых системах.
Требования к системе:
- достаточное количество воды. Производительность пожарного насоса должна
обеспечивать расход воды через 15% от общего количества одновременно открытых
пожарных кранов, но не менее трех. Если система обслуживает пенотушение, то 7,5%, но не
менее двух.
- достаточный для каждого судна напор насоса. Для этого напор насоса должен
обеспечивать напор у самого отдаленного пожарного крана, обеспечивающий компактную
струю, превышающую надстройку на 10м;
- в любой точке судна должна быть обеспечена подача воды не менее чем от двух
пожарных кранов;
- постоянная готовность к действию.
1) линейная
Линейная система используется в основном на сухогрузных судах. Как правило,
магистральный трубопровод проходит вдоль одного борта. На речных судах его располагают
на главной палубе, на судах при эксплуатации с отрицательными температурами – под
главной палубой.
16
2) кольцевая
Кольцевая система применяется на пассажирских судах, танкерах и судах-спасателях.
Преимущества: повышенная живучесть.
Недостатки: повышенные масса, сложность, стоимость.
На судах с кольцевой системой при длине судна >65м. Необходимо устанавливать не
менее двух перемычек.
Основы расчета осушительной системы
1. построение схемы системы (обоснование выбора количества клапанов).
2. выделяют самый удаленный трубопровод
3. определяют высоту струи от ствола из удаленного крана SВ
4. определяют диаметр соплового отверстия пожарного ствола:
d
= 13мм (при длине т/х до 65м)
спр
d
= 16мм (при длине т/х >65м)
спр
5. по графику по величинам d
6. по расходу через пожарный кран Q определяют подачу насоса QК
7. определяют величину B = f(d
8. производят гидравлический расчет самого удаленного трубопровода
9. совмещают напорную характеристику насоса и трубопровода.
СО
в 1,5 раза тяжелее воздуха и при попадании в помещение вытесняет воздух
2
(кислород). Хранится СО
Расход СО
- 1кг. на 2м3 помещения.
2
Количество СО
в жидком состоянии при давлении 5 Мпа при t = 200.
2
рассчитывается из расчета 1/3 максимального объема помещения
2
Недостатки: необходимо большое количество СО2, опасность для людей, трудоемкость
контроля.
Достоинства: универсальность.
и SВ определяют расход через пожарный кран Q
спр
, b)
спр
Углекислотная система (СО
)
2
17
Система пенотушения
1
2 3 4 5 6
Прекращение горения за счет изоляции очага пожара от кислорода. На судах
применяется воздушно-механическое и химическое пенотушение.
1. кингстон
2. пожарный насос
3. эжектор-смеситель
4. цистерна пенообразователя
5. рукав
6. ствол
Состав пены: 90%воздуха, 9,6% воды, 0,4% пенообразователя.
Гидравлический расчет судовой системы
В общем виде любая судовая система, представляет собой единый комплекс,
состоящий из трубопроводов и гидравлической машины. К основным преимуществам
гидроприводов относят:
- надежность эксплуатации;
- возможность получения больших сил и мощностей при малых размерах и весе
передаточного механизма;
- упрощённость компоновки основных узлов гидропривода внутри машин и агрегатов,
в сравнении с другими видами приводов;
- самосмазываемость трущихся поверхностей при применении минеральных и
синтетических масел в качестве рабочих жидкостей;
в то время, как к недостаткам следует отнести:
- зависимость вязкости рабочей жидкости, а значит и рабочих параметров
гидропривода, от температуры окружающей среды;
- более низкий КПД чем у сопоставимых механических передач;
- в сравнении с пневмо- и электроприводом - невозможность эффективной передачи
гидравлической энергии на большие расстояния вследствие больших потерь напора
в гидролиниях на единицу длины.
В настоящее время гидравлический привод широко применяется на судах в рулевых и
грузоподъемных устройствах, успокоителях качки, для привода палубных механизмов
различного назначения, водонепроницаемых и противопожарных перекрытий и во многих
устройствах другого назначения.
Задача гидравлического расчета заключается в определения условий, при которых
трубопровод системы в заданном расчетном режиме будет работать устойчиво при
использовании данной машины, т.е. должно соблюдаться равенство объемного расхода в
системе Qс м3/сек и объемной производительности Qм м3/сек.
Из уравнения энергетического баланса комплекса машина - трубопровод следует, что
потребляемая системой энергия, равная ее полезной мощности γQcHc кгм/сек, должна
равняться приращению энергии, сообщаемой машиной среде в процессе энергообмена, т.е.
γQмHм кгм/сек. Из этого следует, что установившийся режим работы системы возможен
лишь при условии равенства напора Нм, развиваемого машиной, полному напору в
трубопроводе системы Нс. Таким образом, нахождение величин Qс и Нс дает возможность
сравнить эти параметры с характеристиками машины и найти необходимый установившийся
режим работы системы.
Величину полного напора в трубопроводе можно представить выражением:
18
Hc = hт + hм ± hг ± hд +h
раб
м, где
hт =lω2/d2g — потери напора на трение в прямых участках труб;
hм =ζ ω2/2g — потери в местных сопротивлениях;
hг — расстояние от точки выхода рабочей среды из трубопровода, до точки входа в
него по вертикали (определяется из расчетной схемы расположения трубопровода в
пространстве);
2
hд = ω
- ω
i
2
/2g, — напор, затраченный на изменение скорости движения жидкости по
i+1
трубопроводу, где
2
ω
— начальная скорость движения жидкости
i
2
ω
— конечная скорость движения жидкости;
i+1
h
— напор жидкости при выходе из трубопровода.
раб
В связи с тем, что величины h
г, hд
и h
зависят в основном от конкретных условий
раб
назначения системы, то для определения полного напора, прежде всего необходимо найти
потерянный напор h — одну из основных характеристик трубопровода.
Основными характеристиками трубопровода принято считать расход жидкости - Q,
скорость движения жидкости - ω и внутренний диаметр трубопровода - d.
м,
м3/с
При определенной величине потери давления и определенном значении коэффициента
вязкости ν, внутренний диаметр трубопровода d зависит от длины трубопровода, давления в
гидроприводе и от его мощности.
В судовом гидравлическом приводе для всасывающей линии рекомендуется скорость
масла не более 1.2 м/с, для сливной — 2м/с, для нагнетательной при давлении до 10МПа — 5
м/с, и при давлении больше 15 МПа — 8–10 м/с.
Внутренний диаметр трубопровода рассчитывается по формуле:
Число Re в этом случае определяется по формуле:
Как упоминалось ранее, для устойчивой работы системы в данном режиме, необходимо
соблюдение равенства:
Qс = Qм
В качестве расчетного примера возьмем расчет одной из наиболее распространенных
машин — аксиально-поршневая. Эти машины находят применение в гидроприводах,
применяемых в промышленности и на всех видах транспорта. Такие машины имеют самую
высокую энергоемкость на единицу массы, высокую частоту вращения. Схема машины
представлена на рис. 1:
19
Рис. 1.
1—опорно-распределительный диск, 2 — поршень, 3 — блок цилиндров, 4 — шатун, 5 — ось блока
цилиндров, 6 — приводной вал с диском, 7 — корпус машины.
Основными параметрами, характеризующими аксиально-поршневую машину является
подача Q, давление нагнетания р, частота вращения вала n, отдаваемая мощность N
на валу М и к.п.д. насоса ηn.
Приводом поршня такой машины является кривошипно-шатунный механизм с
пространственным размещением его элементов. Перемещение поршня, приводимого в
действие плоским кривошипно-шатунным механизмом, из среднего в одно из крайних
положений равно длине кривошипа R. Схема перемещений поршня аксиально-поршневого
насоса — рис.2
, момент
n
Рис. 2
R — радиус размещения головок шатунов в диске вала, γ — угол поворота оси цилиндрового блока
относительно оси приводного вала, α — текущий угол поворота вала.
Момент на валу создается цилиндрами, находящимися на нагнетании машины.
Момент, создаваемый одним цилиндром:
, Т = Psinγ, где
T — тангенциальная сила, создаваемая цилиндром при наклоне блока цилиндров на
угол γ, а ρ — плечо действия этой силы.
Т.к. момент, развиваемый на валу машины не постоянен (изменяется за один оборот вала в
пределах от zм=(z+1)/2 до zм=(z-1)/2, при нечетном z машины), то его можно записать так:
Теоретическая подача аксиально-поршневой машины, либо расход через нее:
Подача, которую насос осуществляет за один оборот вала:
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]