Судовые вспомогательные системы и механизмы

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ  

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА 

Косыгин И.А., Тюрина О.А. 

 
СУДОВЫЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И МЕХАНИЗМЫ 
 
Курс лекций 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Альтаир–МГАВТ 

Москва 

2015 

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, 2014 

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 (СО2)   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  17 
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 

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 

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 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Судовые системы 
 
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. 
 
 

 

h  — потери энергии в трубопроводе при течении жидкости: 

 

м
тр
h
h
h
+
=

тр
h
 — потери энергии на трение жидкости о стенки трубопровода по его длине. 
 
 

 

λ  — коэффициент гидравлического трения, который в общем случае является 

функцией числа Рейнольдса (Re) и шероховатости стенок трубы. 

l  — длина трубопровода, м; 

U

2 — уточненное значение скорости движения жидкости по трубопроводу, м/с2; 

d  — стандартный диаметр трубопровода, м; 

g  — ускорение свободного падения, м/с2. 

Число Рейнольдса (Re) определяется для турбулентного потока по формуле: 
 

ν

V
d ⋅
=
Re

м
h  — потери напора в местных сопротивлениях (отводы, краны, тройники, клапаны и т.д.), м; 
 

∑
⋅
=
g
V
hм
2

2
ξ
 , м 

∑ξ  — сумма коэффициентов местных сопротивлений. 

Если трубопровод не горизонтален, нужно учитывать потери энергии на подъем 
жидкости в трубопроводе. Эти затраты называются статическим напором: 
 

1
2
z
z
hст
+
=

g
V
d
l
hтр
2

2

⋅
=λ

g

P
H
⋅
=
ρ

Потребляемый напор будет определяться как сумма местных потерь и потерь в 
трубопроводе: 
 

ст
м
тр
потр
h
h
h
h
+
+
=
 
 
Расход жидкости через трубопровод: 
 

V
F
Qтр
⋅
=

V  — скорость движения жидкости; 

F  — площадь поперечного сечения трубопровода 

4

2
d
F
⋅
= π

V
d
Qтр
⋅
⋅
=
4

2
π

⇒
2
4

d

Q
V
⋅

⋅
= π
 

 

Потребляемый напор:       

2
Q
k
h
H
ст
потр
+
=

 
Характеристикой трубопровода называется графическая зависимость потребляемого 
напора Н от расхода жидкости Q через этот трубопровод. 
 
 
 
 
 
 

Гидравлический расчет трубопровода 
  
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. l
2
1−  — длина трубопровода на участке 1-2, м; 
2. Z1 — высота точки выхода жидкости (точка 1), м; 
3. Z2 — высота точки входа жидкости (точка 2), м; 
4. V1-2 — скорость движения жидкости на участке трубопровода 1-2, м/с; 
5. d — диаметр, мм; 
 

g
V
g
P
z
h
g
V
g
P
z
⋅
+
⋅
+
=
+
⋅
+
⋅
+
−
2
2

2
2
2
2
2
1

2
1
1
1
ρ
ρ

g
P
H
⋅
= ρ

1
1
  ;        
g
P
H
⋅
= ρ

2
2

g
V
H
z
h
g
V
H
z
⋅
+
+
=
+
⋅
+
+
−
2
2

2
2
2
2
2
1

2
1
1
1
 

 
 Для простого трубопровода скорость в сечении 
1
V  равна скорости в сечении 
2
V

1
V =
2
V =const 
 

1
2
1
2
1
2
H
h
z
z
H
+
+
−
=
−
 
 
 Рассмотрим случай 1. 

1
H = ! 

2
H = ? 
2
1−
Q
= ? 
участок 1–2 — отросток пожарной системы. 
 Решение: 
1. 
1
2
1
2
1
gH
f
Q
⋅
=
−
µ
   , 

 
f — площадь поперечного сечения пожарного ствола: 

(
)

4

2
d
f
спр
π
=
, м2 

 µ1 — 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: 

V
Q
d
⋅
−

−
=
−
π
2
1

2
1
4
2
1
  , 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: 

2
2
1

2
1
2
1
4

−

−
−
⋅
=
d
Q
V
π
, м/с 

5.  Рассчитываем потери напора на участке 1-2: 

h
h
h
тр
м
2
1
2
1
2
1
−
−
−
+
=
, м 

6.               
2
1
1
2
1
2
)
(
−
+
+
−
=
h
H
z
z
H
 , м 
Выполнив 
гидравлический 
расчет 
трубопровода, 
строят 
его 
гидравлическую 
характеристику. Для этого гидравлический расчет проводят еще для нескольких значений 
расхода. 
 

Параметры механизмов судовых систем. 
 
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 Q :  — объемная [м3/ч] 
              — массовая [кг/ч] 
 Различают действительную подачу м идеальную. 

q
Q
Q
+
=
ид
 

2) напор H [м] 
 
Принимаем сечение 1–1 как вход в насос, а сечение 2–2 как выход. 
 
Напором называется разность энергий жидкости 
на выходе и входе в насос. 

1
2

2
1
2
2
2
1
2
Z
Z
g
V
V
g
P
P
H
−
+
−
+
−
=
ρ

0
1
2
=
− Z
Z
, так как насосы компактные 

g
V
V
2

2
1
2
2 −
= 0, так как жидкость неразрывна 

g
P
P
H
ρ

2
1 −
=
 

 Давление на выходе измеряется манометром, на 
входе — вакууметром. 
 
3) мощность N : полезная 
П
N  
          затраченная N

Q
P
g
Q
H
N П
=
=
ρ
   [Вт] 
4) коэффициент полезного действия  

N
N П
=
η
 

КПД насоса без привода 
Г
М
О
η
η
η
η =

V

Z

Z

P

P2 

V

1

1

2

2

5) вакуумметрическая высота всасывания  
В
H  [м] 
Различают вакуумметрическую и геометрическую высоту всасывания. 
Геометрическая высота всасывания — это расстояние по вертикали от уровня 
перекачиваемой жидкости до входного патрубка в насос. 

∑
+
+
⋅
+
⋅
=
⋅
ВС
h
z
g
V
g
P
g
P

1

2
1
1
0
2
ρ
ρ

∑
+
+
=
−
=
ВС
В
h
Z
g
V
g
P
P
H
1

2
1
1
0
2
ρ
 

где:  
0P  — атмосферное давление; 

1P  — показания вакуумметра; 

      
1
V  -— скорость входа жидкости в насос; 

    
1
Z  — геометрическая высота всасывания; 

   ∑
ВС
h
 — суммарные потери во всасывающем трубопроводе. 
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. 
 

Характеристики насосов 
 
Характеристикой 
насоса 
называется 
зависимость 
основных 
параметров 
насоса 
от 
расхода 
для 
динамических насосов, и от давления - 
для объемных насосов. 
 
 
 
   
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2

1
1

P0

Z1

2

Qопт

H

η
N
N

HВ 

Q

H

HВопт 

HВ 

Hопт 

Nопт 
η

Рабочая точка насоса и вентилятора 
 
l — удельная энергия 
 
l0 – l1 = hвс 
(потери на всасывание) 
l2 – l3 = hнаг 
(потери в нагнетательном трубопроводе) 
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. 

 
1 — характеристика насоса H = f(Q);  
2 — рабочая точка;  
3 — характеристика трубопровода Hтр = f(Q). 
 
При пересечении характеристики всасывающего трубопровода и характеристики 
всасывания насоса получится точка, которая определит начало кавитации. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2
2

3
3

0

1
1

P0

Z1

0

Z3 

Z2 

Z1 

Z0 

l1 
l0 
l3 
l2 

l