Судовые системы

С. Г. Яковлев,
к. т. н., доцент, заслуженный работник транспорта РФ







СУДОВЫЕ СИСТЕМЫ


Учебное пособие




















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 629.5.06
ББК 39.46
     Я47


Рецензенты:
доцент кафедры «ЭСЭУ» ФГБОУ ВО «ВГУВТ» Юрий Вениаминович Варечкин;
к. т. н., доцент, директор по технической политике ООО «Гидротермаль» Сергей Николаевич Валиулин





     Яковлев, С. Г.
Я47    Судовые системы : учебное пособие / С. Г. Яковлев. -
     Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 180 с. : ил., табл.

        ISBN 978-5-9729-1381-7


         Рассмотрены основные судовые системы, в том числе и нефтеналивных судов. Изложены общие положения по их назначению, устройству, принципу действия. Приведены требования Международных конвенций ПДМНВ 78, МАРПОЛ 73/78, Правил Российского речного регистра, Правил морского регистра судоходства, Санитарных правил. Дана информация, необходимая для определения технических показателей насоса при работе в судовой системе.
         Для студентов специальности 26.05.06 «Эксплуатация судовых энергетических установок».


                                                          УДК 629.5.06
                                                          ББК 39.46




ISBN 978-5-9729-1381-7 © Яковлев С. Г., 2023

                       © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                       © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

            Принятые сокращения


     СП - санитарные правила
     ПРРР - правила Российского речного регистра
     РМРС - Российский морской регистр судоходства
     МК МАРПОЛ 73/78 - Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов 1973 г., измененная Протоколом 1978 г. к ней, с учетом поправок, принятых Комитетом защиты морской среды ИМО
     ИМО - Международная Морская Организация
     МК ПДМНВ-78 - Международная конвенция о подготовке и дипломировании моряков и несении вахты
     САЗРИУС - система автоматического замера, регистрации и управления сбросом балластных и промывочных вод
     БПК5 - биохимическое потребление кислорода в течение 5 суток, необходимое для полного разложения органических продуктов в 1 л сточных вод без доступа кислорода и света
     БВ - балластные воды
     СВ - сточные воды
     НСВ - нефтесодержащие воды
     ВВ - взвешенные вещества
     СИГ - система инертных газов
     ГСПГ - горячеструйный подогрев груза
     ОТ - органический теплоноситель
     АОС - аэрозолеобразующий состав
     СУБВ - система управления балластными водами
     План УБВ - план управления балластными водами
     Станция ППВ - станция приготовления питьевой воды

3

            Введение



    Предлагаемый материал предназначен для освоения дисциплины «Судовые вспомогательные механизмы, системы и устройства и их эксплуатация» специальности 26.05.06 «Эксплуатация судовых энергетических установок» и, в частности, специализации «Эксплуатация судовых энергетических установок судов смешанного река-море плавания». Написание его связано с появлением новых конструктивных решений судовой арматуры, насосов, в том числе грузовых нефтеналивных судов, систем пожаротушения, водоснабжения.
    Инженерный аспект деятельности специалиста предполагает умение определять параметры работы насоса в судовой системе, подбирать насосы для работы в судовой системе. В связи с этим в работе представлен раздел, позволяющий выполнить графоаналитическим способом необходимые расчеты, определить условия бескавитационной работы насоса, оценить параметры насосов при их совместной работе.
    Одной из важнейших целей, провозглашённых в конвенциях Международной морской организации, является содействие усилению охраны человеческой жизни. Статистика свидетельствует, что часто речники и моряки становятся жертвами стихии или получают травмы в период работы на судах, однако профессионализм и хорошая судовая практика могут обеспечить безопасную жизнь людей и самого судна. В связи с этим приведены требования международных и отечественных регламентирующих документов, обеспечивающих сохранность жизни членов экипажа и экологическую безопасность судов.
    Представленные схемы судовых систем и конструкции элементов судового оборудования комментируются примерами их применения на современных судах.

4

            1. Работа насоса в судовой системе


        1.1. Работа насоса на простой трубопровод


     Одним из основных уравнений, служащих для определения параметров насоса при работе в судовой системе, является уравнение Бернулли, которое для простого трубопровода длиной l (м) и диаметром d (м) между сечениями 1-1 и 2-2 (рис. 1) имеет вид:

Рис. 1. Простой трубопровод

              pi , V1 , 7 _ Рг , Vi

⁺ ^⁺ Zl-~g ⁺ rg ⁺ Z2⁺HT1,

(1)

где Р₁л Р₂ — давление жидкости в сечениях 1-1 и 2-2, соответственно, Па;
     V1, V2 - скорость движения жидкости в сечениях 1-1 и 2-2, м/с;
     Z₁, Z₂ - высоты расположения центра тяжести сечений 1-1 и 2-2 относительно плоскости сравнения, м;
     р - плотность жидкости, кг/м³;
     g - ускорение свободного падения, м/с* ²;
     HT₁ - потери напора на преодоление сопротивление трения и в местных сопротивлениях между сечениями 1-1 и 2-2, м.

5

     Левую часть уравнения (1), представляющую собой удельную энергию жидкости в сечении 1-1, обозначим ei:

+    + Z₁ = е1,               (2)
pg 2g ¹       ¹,                 v ’
а правую часть, представляющую собой удельную энергию жидкости в сечении 2-2 - е₂:
pg + g + Z1 = е2.                ⁽³⁾
     Для насосной установки (рис. 2), в которой насос подает жидкость из бака А в бак В по трубопроводу T1 разность указанных удельных энергий е2 и е1 жидкости на свободных поверхностях (сечения 1-1, 2-2) в баках запишется в виде
Р2-Р1 V2-V? Z Z
е²⁻ е¹ —РТ ⁺ ^Т ⁺ Z2 “ Z1'
где  Р₁л Р₂ — давление жидкости на свободной поверхности
в нижнем и верхнем баках, Па;
     V1, V₂ - скорость движения жидкости на поверхности в нижнем и верхнем баках, м/с;
     Z1, Z2 - высоты расположения свободных поверхностей в нижнем и верхнем баках относительно плоскости сравнения, м.


Рис. 2. Схема насосной установки

6

      Для перемещения жидкости по трубопроводу Т1 необходимо затратить энергию (потребный напор):
НТ1 = е2 ⁻ е1 ⁺ НТ1,              ⁽⁴⁾
где Hti - потери напора на преодоление сопротивление трения и в местных сопротивлениях, м, определяются по формуле:
Hti = 0,0827 <&(/1 + ц),              (5)
где  Л - коэффициент сопротивления трения;
      l, d - длина и диаметр трубопровода (рис. 2), м;
      Е^ - сумма коэффициентов местных сопротивлений;
      QT₁- расход в трубопроводе, м³/с.
      Для представленной схемы насосной установки (рис. 2) давление на свободных поверхностях в баках одинаково и равно атмосферному, т. е. Pi = Р2 = 0 и скорости в сечениях 1-1 и 2-2 Vi = V2 = 0 (площадь свободной поверхности жидкости в баках много больше площади сечения трубопроводов). Следовательно, уравнение (4) будет иметь вид:
НТ1 =72-^1 + 0,0827-(/.-■ E₍j.            (6)
      По уравнению (6) строят кривую потребного напора в зависимости от расхода в трубопроводе НТ₁= f(QT₁). Задавая QT₁ (5 ч- 6 произвольных значений) рассчитывают НТ₁ (табл. 1).
      Зависимость потребного напора от расхода НТ₁= f(QT₁) представляет собой квадратичную параболу, поэтому полученные точки следует соединить плавной кривой (рис. 3).

Таблица 1

Исходные данные для построения кривой потребного напора

Расход    QT1, м3/с (задаваемые значения)      
            0   1                             
Потребный НТ1, м (рассчитываемые значения)     
  напор   Z2-Z1                               

      Подача насоса Q, установленного на трубопроводе, равна расходу в трубопроводе QT₁, а напор H насоса соответствует потребному напору НТ₁.

7

      Уравнение материально-энергетического балансов:
Q = Qu;
н = н^.                      (7)
      Эти условия выражаются точкой пересечения напорной характеристики насоса Н = f(Q) и H^₁= f(Q) (рис. 3), точка А -рабочая точка, по ней определяют подачу Qa, а по подаче -напор На, мощность N и КПД р насоса (рис. 4).


Рис. 3. Определение рабочей точки

Рис. 4. Определение параметров насоса 8

        1.2. Работа насоса на два трубопровода, соединённые параллельно


     На схеме, изображенной на рисунке 5, трубопроводы Т1 и Т2, на которые работает насос, соединены параллельно.
     Здесь ек1 и ек2 равны, т. к. геометрический подъём отсутствует, давление в баках одинаково. Задана характеристика насоса Н = f(Q), характеристики трубопроводов Hti = f(Q), Нт2 = f(Q) построены по приведенному выше методу (рис. 6).


Рис. 5. Схема насосной установки с трубопроводами, соединенными параллельно

Рис. 6. Характеристики насоса Н = f(Q) и трубопроводов Hti = f(Q), Нт2 = f(Q) 9

Рис. 7. Определение точки характеристики эквивалентного трубопровода НЭТ₁_₂ = f(Q)

      Для построения характеристики эквивалентного трубопровода НЭТ₁_₂ = f(Q), заменяющего собой Hti = f(Q), Ht2 = f(Q), следует сложить расходы при одинаковых потерях напора, т. е. Qi + Q2 при постоянных потерях напора H = const (LK + LN = LD или LK = ND). Результат построения - точка D (рис. 7).
      Такая процедура выполняется 5-6 раз для произвольных значений потерь напора, и в результате по точкам D, D', D", D'" и др. строится характеристика эквивалентного трубопровода НэТ₁₋₂ = f(Q) (рис. 8).
      По рабочей точке А пересечения кривых Н = f(Q) и Нэт1_2 = f⁽Q⁾ (рис. 9) определяют:
      •  Qa — подачу насоса (суммарный расход в трубопроводах);
      •  На - напор насоса;
      •  расходы в трубах Qi и Q2 по точкам 1 и 2.

10