Общие положения.

Курсовой проект выполняется по тематике систем общесудового назначения и обслуживающих их насосов. Задание на курсовой проект конкретной системы (противопожарной, осушительной или балластной) выдает преподаватель, ведущий курсовое проектирование.

Для определения последовательности выполнения курсового проекта и расчетов студентам следует изучить методические указания по тем разделам, которые используются в курсовом проекте. Освоение методик расчета даёт возможность составить план выполнения проекта и необходимых расчетов, соответствующих индивидуальному заданию на курсовой проект.

Объем расчетно-пояснительной записки курсового проекта 30-35 листов формата А4. Графическая часть – 3 листа формата А1.

Расчетно-пояснительная записка должна включать:

• введение;

• исходные данные для расчета;

• необходимые разделы с расчетами всех элементов проектируемой системы;

• гидравлический расчет трубопровода;

• проверочные расчеты элементов системы на прочность;

• расчет характеристик трубопровода;

• определение рабочих параметров насоса;

• расчет прочностной части насоса;

• краткое описание конструкции;

• заключение;

• содержание;

• список литературы.

Текстовая часть расчетно-пояснительной записки должна быть краткой и содержать обоснование используемых систем, принятых коэффициентов и других величин. После записи формулы должна быть приведена расшифровка величин, входящих в неё с указанием размерности. Затем в формулу подставляются числовые значения величин, проводятся необходимые промежуточные расчеты и записывается окончательный результат.

В качестве задания для проектирования могут быть предложены следующие системы, использующие в своем составе центробежные насосы:

• осушительная;

• балластная;

• водяного пожаротушения.

При выполнение курсового проекта целесообразно выполнять его разделы в следующей последовательности:

1. Анализ исходных данных и выбор принципиальной схемы системы.

2. Компоновка расчетной схемы и гидравлический расчет трубопровода.

3. Выполнение первого чертежа.

4. Расчет и проектирование насоса, обслуживающего систему. Выполнение второго чертежа.

5. Обоснование конструкции насоса. Выполнение третьего чертежа.

В зависимости от конкретной темы (вид системы, тип судна и других особенностей) объем выполнения отдельных разделов проекта существенно различается.

Ниже предлагаются методические рекомендации, которые должны быть учтены при курсовом проектировании. В качестве дополнительной целесообразно использовать литературу, перечень которой приведен в конце методического пособия.

1. Проектирование общесудовой системы.

1.1 Система водотушения.

С помощью системы водотушения пожар тушат струями воды. Основными элементами системы являются пожарные насосы, магистральный трубопровод с отростками, пожарные краны (рожки) и шланги (рукава) со стволами (брандспойтами).

При выборе принципиальной схемы системы водотушения следует учитывать требования Правил Речного Регистра РФ.

В качестве пожарных насосов на теплоходах обычно применяют одноколесные центробежные насосы с непосредственным приводом от электродвигателя.

На пассажирских судах длиной более 65 м и более, а также на самоходных нефтеналивных судах грузоподъёмностью 2000 т и выше следует устанавливать не менее 2-х пожарных насосов. Один из этих насосов должен находится вне МО и иметь источник энергии, работа которого не зависит от состояния оборудования и источников энергии, расположенных в машинном помещении.

Приемные трубопроводы пожарных насосов обычно присоединяют к кингстонам или ящикам забортной воды, причем пожарный насос должен иметь возможность принимать воду не менее чем из 2-х мест. Необходимо предусмотреть возможность приема воды пожарными насосами от двух кингстонов, устанавливаемых на разных бортах.

Подачу пожарного насоса следует определять из условия одновременного обеспечения 15% количества всех установленных на судне пожарных кранов, но не менее 3-х, а для судов мощностью менее 220 кВт не менее 2-х, при подаче струй самыми большими спрысками, применяемыми на судне.

Если на судне предусматриваются системы пожаротушения, использующие воду от пожарных насосов (воздушно-пенная, орошения, водораспыления), то подача пожарных насосов должна обеспечивать одновременное действие 7,5% пожарных кранов (не менее двух) и одновременную работу одной из других систем, потребляющих наибольшее количество воды.

Напор пожарного насоса определяют расчётом сопротивления трубопровода от наиболее удаленной его точки до насоса с учётом того, что высота компактной струи из ствола должна превышать высоту наиболее высокой палубной надстройки или рубки на 10 м.

Насосы должны иметь манометры, установленные на напорном трубопроводе до разобщительных клапанов.

Все пожарные насосы должны располагаться в помещениях с положительной температурой.

Давление воды у любого пожарного крана при истечении должно быть не менее 0,25 мПа, а давление в пожарном трубопроводе не должно превышать 1 мПа. При этом скорость жидкости в нём не должна быть более 4 м/с.

Стационарные пожарные насосы и соответствующие им кингстоны должны быть установлены ниже ватерлинии судна порожнем. Если насос установлен выше указанной ватерлинии, должны быть предусмотрены надежные самовсасывающие устройства.

На приемном и напорном трубопроводах каждого пожарного насоса должны быть установлены запорные клапаны; при 2-х центробежных насосах и более на напорных трубах каждого из них должны быть невозвратно-запорные клапаны.

Магистральный трубопровод системы водотушения выполняют в виде разомкнутой линии (рис. 1) или кольца (рис. 2). Кольцевой трубопровод устанавливают на всех пассажирских и грузопассажирских судах длиной 50 м и более. Кольцевой трубопровод должен иметь не менее 2-х поперечных перемычек с разобщительными клапанами на каждой из них. При линейной системе на магистральном трубопроводе длиной более 30 м устанавливают разобщительный клапан.

Трубопроводы системы водотушения должны быть изготовлены из стальных, бесшовных труб с антикоррозионным покрытием с внутренней и внешней сторон.

Арматура должна быть изготовлена из бронзы, латуни, стали или других равноценных материалов.

Пожарные краны на судне располагают так, чтобы обеспечивалась одновременная подача в любое место не менее 2-х струй воды из брандспойтов.

Пожарные краны следует устанавливать: на открытых палубах - в районе выхода из надстроек и шахт, а также у грузовых люков; внутри помещений - в коридорах и вестибюлях, в машинных помещениях. Краны не следует располагать в конце тупиковых коридоров, а также в закрытых и редко посещаемых помещениях.

Краны следует устанавливать от палуб или настилов на расстоянии не менее 0,6 м и не более 1,35 м.

На каждой палубе, а также в больших помещениях и длинных коридорах пожарные краны должны быть удалены один от другого не более чем на 20 м.

В машинных и котельных отделениях следует предусматривать не менее 2-х пожарных кранов, расположенных у противоположных бортов, при этом на судах мощностью до 750 кВт допускается использовать кран, установленный непосредственно у пожарного насоса (между насосом и запорным клапаном).

В машинных отделениях судов мощностью менее 220 кВт допускается устанавливать 1 пожарный кран, расположенный у пожарного насоса (между насосом и запорным клапаном).

Пожарные рукава выполняют с внутренним диаметром 26, 51, 66 и 77 мм.

На судах внутреннего плавания применяются рукава диаметром 51 и 66 мм. Длина рукавов для открытых палуб - 20 м, для внутренних помещений 10 м.

Рукава на концах имеют специальные головки для присоединения к пожарным кранам, стволам и соединения между собой.

Конец пожарного ствола снабжают специальным наконечником - спрыском. Диаметр спрыска для ручных стволов, используемых на открытых палубах судов грузоподъёмностью 1000т и более, на пассажирских судах длиной 50 м и более, на буксирах, толкачах мощностью более 220 кВт, должен быть не менее 16 мм, на остальных судах - не менее 12 мм.

Стандартные диаметры насадок следует принимать равными 12, 14 и 16 мм или близкими к этим размерам.

Для определения диаметров трубопровода и параметров насоса системы водотушения производится её расчёт.

Для расчёта необходимо знать высоту надстройки над палубой Н_К.

Исходя из выбранной принципиальной схемы и размерений судна выбирается диаметр d_Ш, длина рукавов l (для палуб и помещений) и диаметр спрыска стволов d_С.

Исходя из условия, что пожарный насос должен обеспечивать высоту струи в любом месте судна не менее 10 м над наивысшей палубной надстройкой, определяем высоту компактной струи S_k по формуле:

S_К = Н_К + 10 ,м.

Тогда общая высота струи S_B :

S_B = _o ^. S_К , м.

где: _o= 1,2 для систем водотушения.

Для определения необходимого для создания такой струи напора у пожарного крана Н_K используется график, разработанный проф. В.Г. Лобачёвым, приведённый на рис.3 (см. также учебник [4], стр. 85), который учитывает потери высоты струи от воздушного сопротивления, от трения жидкости о стенки рукава и потери напора на местные сопротивления.

Значение В в зависимости от d_ш, l_ш, и d_{c .} Таблица 1

Длина			Значение B
		Рукава lш , м			dш = 51 мм				dш = 66 мм
				dc =13		dc = 16	dc = 19	dc = 13		dc = 16	dc = 19
	0			0,346		0,793	1,577	0,346		0,793	1,577
	10			0,331		0,722	1,320	0,342		0,776	1,51
	20			0,318		0,622	1,130	0,339		0,758	1,44
	40			0,304		0,568	0,882	0,332		0,726	1,33

Для определения Н_К, по этому графику необходимо кроме S_B и d_С знать характеристику, которая определяется из табл.1 по значениям d_Ш, l_Ш, d_С.

В верхней части графика для выбранного d_C на кривой S_l находим точку a, из которой опускаем перпендикуляр на ось абсцисс, на которой определяем расход Q_К. Взяв из табл.1 значение В находим пересечение координаты В с продолжением перпендикуляра, найденного выше и точка пересечения позволит определить Н_К.

Зная расход воды через пожарный кран, можно вычислить подачу насоса Q_К. Она будет равна расходу воды при одновременном действии нескольких кранов, количество которых определяется требованиями РР РФ (см. выше).

Для определения напора насоса выполняется гидравлический расчет. Гидравлический расчёт трубопровода системы водотушения обычно выполняют аналитическим методом в табличной форме.

Зависимость вязкости воды от её температуры Таблица 2

Температура, ^оС	0	5	10	15	20	25	35
Вязкость, ·10^-6м/с	1,789	1,516	1,306	1,145	1,007	0,897	0,805

При расчёте трубопровода используется расчетная схема (рис.4), которая представляет собой ту часть выбранной принципиальной схемы системы, которая ведёт к наиболее удалённому от насоса пожарному крану. На схему наносятся механизмы и арматура, которые обслуживают эту часть системы. Трубопровод разбивают на отдельные участки, в пределах которых расходы, а следовательно и диаметры трубопроводов постоянны. Участки обычно обозначаются двумя цифрами: 1-2, 2-3 и т.д., первая из которых указывает начало, а вторая конец участка по ходу расчета. Около каждого участка на выносной линии указывают диаметр трубы и длину участка, а иногда расход и скорость протекающей среды.

Расчёт выполняется в следующей последовательности:

1. Определяется диаметр отростка магистрали d_1-2 :

,м

где: Q_1-2 - расход жидкости на участке, м³/с, он равен Q_к умноженному на количество кранов к которым может подаваться вода через участок;

V_1-2 - предварительно выбранное значение скорости движения жидкости V≤ 4м/с;

Диаметр d´_1-2 округляют до ближайшего стандартного значения (см. табл. 9).

2. Уточняют скорость движения жидкости по участку 1-2:

, м/с

Если скорость оказалась больше допустимого значения (4 м/с), то диаметр d_1-2 увеличивают до следующего стандартного значения. Затем, снова проверяют скорость движения жидкости.

3. Вычисляют число Рейнольдса:

,

где:  - кинематическая вязкость воды, м/с. Выбирается в зависимости от температуры по табл. 2, м/с (обычно = 1.145 ·10^-6 м/с).

4. Определяют коэффициент гидравлического трения , который в общем случае является функцией числа R_E и шероховатости стенок трубы, по которой протекает жидкость.

Для определения R_Е можно воспользоваться графиком приведённым на стр. 44 учебника [4]. Так как поверхность труб, применяемых в системе, не подвергалась коррозионному износу, то можно считать их гладкими.

5. Определяют потери на участке 1-2:

- потери на трение,

,

где: g - ускорение свободного падения, 9,81 м/c².

- местные потери напора,

где:  - коэффициент местного сопротивления. Если на участке 1-2 имеется несколько местных сопротивлений, то потерю напора на нём определяют как сумму потерь напора в отдельных местных сопротивлениях.

Суммирование местных потерь допустимо, если они удалены на расстояние 10d друг от друга. Численные значения местных сопротивлений, встречающихся в судовых системах, приведены в учебнике 4.

6. Определяют потери напора на участке 1-2:

h = h_т + h_м

7. Определяют напор в узловой точке 2

Н₂ = H _К+ h_1-2 + (z₁ - z₂) ,

где: z₁ и z₂ - вертикальное расстояние между плоскостью сравнения (минимальной ватерлинией) и соответствующей узловой точкой.

Найдя напор в узловой точке 2, все найденные величины заносят в таблицу (табл. 3) и затем повторяют весь расчет для следующего участка, учтя, что при вычислении напора в следующей узловой точке, потери на участке h и геометрическую высоту участка (z₁-z₂) складывают с напором в предыдущей узловой точке.

Напором насоса будет являться напор в последней узловой точке, который является величиной, учитывающей все потери на расчетной схеме.

На этом гидравлический расчет пожарного трубопровода закончен.

Таблица 3

№ участка

Qн, м^3/с

Трубопровод

Скорость воды, М/с

Re =Vd/v



l/d



h =(l/d + )* v^2/2g

d, м

F, м^2

l, м

V = Q/F

Вход

Калено

Тройник

Клапан

Клинкет

1-2

2-3

3-4

4-5