4.5. Система сточная и фановая.

Вместимость сборочных цистерн сточной системы:

V_сц=(q/20)*(A/10³)*τ

где τ - автономность плавания по срокам сдачи сточных вод, τ =5 суток=120ч

V_сц=(150/20)*(9/10³)*120=8,1м³

Для очистки и обеззараживания сточных вод непосредственно на судне принимаем из [11], табл. 13 станцию очистку и обеззараживания сточных вод "Сток-10" со следующими техническими показателями:

Производительность- 0,5м³/ч

Показатели обеззараживания сточной воды (не более):

БПК- 50мг/л

Взвешенные вещества- 50мг/л

Колииндекс- 1000

Мощность- 6

Масса-1500

Габаритные размеры, мм L*B*H 1970*960*2300

Срок службы- 15лет

Полезный объём цистерны фекальных стоков:

V_ф=k_ф*q_ф*А*τ/1000

где k_ф=1,1- коэффициент запаса

q_ф - расчётное количество фекальных стоков на 1 чел в сутки

q_ф =16 для судов 1 группы

τ - максимальная продолжительность рейса между пунктами опорожнения цистерн,

τ=5 суток

V_ф=1,1*16*9*5/1000=0,792м³

Подача фекального насоса:

Q=V_ф/τ

где τ =1ч- время работы фекального насоса в сутки

Q=0,792/1=0,792м³/ч

Напор принимаем равным 20м.

Из [11] в качестве фекального насоса выбираем эжектор водоструйный фекальный с показателями:

Подача- 15м³/ч

Высота нагнетания- 2÷4м

Высота всасывания- 2÷4м

Срок службы до списания- 10лет

Масса- 17,8кг

Для мусора принимаем специальные мусорные баки.

5. Расчёт брашпиля.

Для надёжного закрепления судов и плавучих установок в различных условиях эксплуатации используется якорно-швартовные устройства. На строящихся судах не всегда можно использовать механизмы, находящиеся в производстве. Это приводит к созданию новых механизмов.

Определяем усилие возникающее на звёздочке якорно-швартовного механизма.

Рис.2. Схема действия сил при стоянке и снятия судна с якоря.

Определяем внешнюю равнодействующую силу:

R=R_B+R_T+R_гp.в

где R_B- равнодействующая сила ветра, приложенная к надводной части судна

R_T- равнодействующая силы течения, приложенная к подводной части корпуса

R_гp.в- равнодействующая силы течения, приложенная к неподвижным гребным

винтам.

Результирующая сила ветра:

R_B=k^н_об*Р_В*Ω_н

где k^н_об =0,7- коэффициент обтекания надводной части корпуса, зависящей от

конфигурации надстройки судна

Р_В- давление ветра, Р_В=(ρ_В*υ_В²)/2=(1,2*12²)/2=86,4Па

Ω_H- площадь проекции надводной части судна на миделевое сечение

Ω_H =Bh_H+Σв_ih_i=14*0,45+10*2,5+10*2,5+10*2,5=81,3м²

В- ширина судна

Н_н- высота надводной части корпуса

в_i, h_i- ширина и высота отдельных надстроек

R_B=0,7*86,4*81,3=4917H

Сила течения, действующая на подводную часть корпуса судна:

R_T=ξ*(ρ*υ_T²/2)*Ω_см

где ξ =0,0035- коэффициент трения с учётом шероховатости подводной части судна

ρ=1000кг/м³- плотность

υ_т=5км/ч=1,39м/с- скорость течения воды

Ω_см - площадь смоченной поверхности корпуса судна

Ω_см=L(аТ+δвВ)=65*(1,36*1,55+0,833*1,24*14)=1076,98м²

где L, В, Т- соответственно длина, ширина, осадка судна

δ- коэффициент полноты водоизмещения, δ=0,833

а=1,36, в=1,24- коэффициенты, зависящие от формы оконечностей и

мидель-шпангоута в подводной части судна.

R_T=0,0035*(1000*1,4²/2)*1076,98=3694H

Сила потока воды на гребные винты

R_гр.в=z_гр.в*С_гр.в*D_в²*υ_т²

где z_гр.в - число гребных винтов

С_гр.в =250кг/м³- параметр, увеличивающийся с возрастанием дискового отношения

D_в - внешний диаметр гребных винтов

R_гр.в =2*250*l,2²*l,4²=1411,2H

R=4917+3694+1411,2=10022,2H

Масса единицы цепи:

m_ц≈0,0213d²≈0,0213*26²≈14,4кг/м

где d=26мм- калибр якорной цепи

Длина участка якорной цепи лежащей на дне 1_ц=5m для судов класса "О".

Длина провисшей части цепи:

где Н_я=40м- глубина заложения якоря

Процесс снятия судна с якоря делят на три основных периода: уборке цепи, лежащей на дне; выбирания провисающего участка цепи с отрывом якоря от грунта; вертикальный подъём якоря и цепи. Для каждого из указанных периодов определяем усилие на звёздочке якорно-швартовного механизма.

Уборка лежащей на дне цепи:

P₁^I =(1,2÷l,3)*(R+0,87m_ц*g*Hя)=l,25*(10022,2+0,87*14,4*9,8*40)=18666,47Н

Выбирание провисающего участка цепи:

P₁^II =(l,2÷l,3)*(0,87(m_я*g+m_ц*g*H_я)+2m_я*g)=l,25*(0,87*(500*9,8+14,4*9,8*40)+2 *500*9,8)=23717,47Н

Вертикальный подъём якоря и цепи:

P_1н^III=(l,2÷l,3)*(m_я+m_ц*H_я)*g=l,25*(500+14,4*40)*9,8=1381H- в начале периода

P_1к^III =(l,2÷l,3)*g*m_я=l,25*500*9,8=6125H

По калибру цепи определяем размеры звёздочки:

Калибр цепи, мм	Dн.о, мм	Dрасч., мм	D, мм	Dг, мм	Dз, мм	R, мм	B, мм	b, мм	Z, мм	Z1, мм	α, град	D1, мм
26	340	320	405	375	178	98	115	45	7	3	72	405

Расстояние между осями звездочек брашпиля 800мм.

Ориентировочное передаточное число механизма с электроприводом i=170

Рис. 3. Профиль пятикулачковой звёздочки.

Определяем усилие в швартове

Р_шв=1,572*σ_ш*d²

где σ_ш =10Н/мм² - условное напряжение, которое рекомендуется принимать в следующих

пределах 9,81÷12,75Н/мм²

d- калибр якорной цепи, мм

Р_шв=1,572*10*26²=10626,72

По таблице выбираем диаметр швартовного каната d_шв=17мм

По диметру швартовного каната определяем размеры швартовного барабана.

Диаметр стального каната, мм	D	L	A	Расчётные диаметры			B
				Крутящего момента	Скорости каната
				D1	D2
17,0	305	290	175	365	322	40

Рис. 4. Профиль швартовного барабана.

Определяем моменты на валу электродвигателя:

а) В период уборки лежащей на дне цепи

M^I =(P₁^I*D_paсч)/(2*i*η)

где D_расч=320мм- расчётный диаметр тягового органа

i- предельное число механизма i=170

η=0,73- общий КПД механизма

M^I=(18666,47*320)/(2*170*0,73)=24066,2H*мм

б) Во второй период выбирания провисшей части цепи

M^II =(P^max*D_pacч)/(2*i*η)=(23717,47*320)/(2*170*0,73)=30578,53H*мм

в) В начале третьего периода подъёма якоря и цепи

M_н^III= P_1н^III*D_pacч)/(2*i*η)=(13181*320)/(2*170*0,73)==16994,04H*мм

г) В конце третьего периода

M_к^III =( P_1к^III*D_pacч)/(2*i*η)=(6125*320)/(2*170*0,73)=7896,86H*мм

д) При выполнении швартовных операций

М_шв=(Р_шв*(В_шв+d_шв))/(2*i*η)=(10626,7*(365+17))/(2*170*0,73)=16355,4Н*мм

где D_шв=365мм- диаметр швартовного барабана

d_шв=17мм- диаметр швартовного каната

В качестве электродвигателей якорно-швартовного механизма по рекомендациям выбираем быстроходный двигатель смешанного возбуждения постоянного тока серии ДПМ.

Перегрузочная Характеристика этого класса электродвигателей позволяет развивать максимальный момент в двое больше номинального, достаточный для отрыва якоря от грунта. Так как в судовой сети судна находится переменный ток, то питание ДПМ осуществляется через выпрямитель. Номинальный момент электродвигатель:

М_ном=М^II/2=30578,53/2=15289,3Н*мм≈15,ЗН*м

Мощность электродвигателя:

N_ном=M_ном*n_ном/9550

где n_ном - номинальная частота вращения, мин^-1

n_ном=(60*υ)/(π*D_расч)*i=(60*0,15)/(3,14*0,32)*170=1522мин^-1

υ=0,15м/с- скорость выбирания якорной цепи, регламентированная ПРРР

N_ном=15289,3* 1522/9550=2436,7Вт≈2,4кВт

По значениям N_ном и n_ном отнесённых к получасовому режиму выбираем быстроходный двигатель смешанного возбуждения ДПМ11 по [21].

Параметры ЭД ДПМ 11:

Габаритные размеры: L=660мм, h=315мм

Мощность N=3кВт

Ток I=18А

Частота вращения n=1610об/мин

Для расчёта средней скорости выбирания якорной цепи используем графический метод.

На участке ав от М₀ до М^II характеристика строится по уравнению:

M₀=0,12* М^II=0,12*30,579≈3,67H*M

Определяем продолжительность снятия судна с якоря:

τ₁=l_ц.л./υ=5/0,l5=33,33с- уборка лежащей на дне цепи

τ₂=l_ц.л.-Н_я/υ=90,2-40/0,15=334,67с- уборка провисшего участка цепи τ₃=Н_я/υ=40/0,15=266,67с- продолжительность подъёма якоря.

Общая продолжительность выбирания якоря:

τ=τ₁+τ₂+τ₃=33,33+334,67+266,67=634,67с

Средняя скорость выбирания:

υ_ср=(l_ц1+l_цп)/τ=(5+90,2)/634,67=0,15м/с

Скорость выбирания швартова:

υ_шв=(π*D₂*n)/i=(З,14*0,322*1570)/170=9,34м/мин=0,156м/с

где n=1570об/мин- частота вращения ЭД, соответствующая моменту М_шв и определяется из графика.

Рассчитываем ручной привод для брашпиля из [20].

Наибольшая нагрузка, приходящаяся на одного работающего у брашпиля с

рукояточными приводами, составляет:

P_p^max=М_max/r_p*z_p

где r_p=0,35м- радиус рукоятки

z_p=2- число работающих

М_mах- максимальный момент на ведущем валу брашпиля

M_max=(P_max*D_pacч)/(2*i*η)

где i=5- передаточное число ручного брашпиля

Р_mах= P₁^II≈23717,47Н

М_mах=(23717,47*0,32)/(2*5*0,73)=1039,67Н*м

Р_р^mах=1039,67/0,35*2=1485,24Н

Так как усилие на рукоятке Р_mах=1485,24Н превышает допустимое в 160Н, то ручной привод не устанавливается. Ручной привод на брашпиле устанавливать не рекомендуется.

Частота вращения звёздочки брашпиля в передаточное число раз i=l70 должна быть меньше частоты вращения электродвигателя. Роль связующего звена в этой кинематической схеме играет редуктор, который уменьшает частоту вращения, увеличивает момент на грузовом валу.

Выбираем редуктор коническо-цилиндрический двухступенчатый КЦ1-200 с

номинальным передаточным числом i=28 и главными размерениями:

А=200мм; А_ч=375мм; L=900мм; Н=435мм; В=200мм; H₁=225mm.

Так как передаточное число редуктора является ниже требуемого, то необходимо установить открытую передачу, которая бы обеспечивала условие:

U_м=U_p*U_о.п.

где U_м- передаточное число якорно-швартовного механизма, U_м=170

U_p=28- передаточное число редуктора

U_o.п.- передаточное число открытой передачи.

U_о.п.=U_м/U_p= 170/28=6,07

Из стандартного ряда передаточных чисел выбираем U_о.п.=6,3. В связи с чем корректируется передаточное число механизма U_м=6,3*28=176,4.

Найдём параметры открытой передачи:

n_эд=n_б=1610об/мин

где n_эд- частота вращения электродвигателя

n_б- частота вращения быстроходной ступени редуктора

n_т=n_б/U_p=1610/28=57,5об/мин

где n_т - частота вращения тихоходной ступени редуктора

n_о.п.=n_гр.в.= n_т /U_о.п.=57,5/6,3=9,127об/мин

где n_о.п.- частота вращения открытой передачи.

Крутящий момент на двигателе м.б. определяем по формуле:

Т_дв=9550*(Р_дв/n_дв)=9550*(3/1610)=17,795Н*м

Крутящий момент на открытой передаче:

Т_о.п.=Т_дв*U_м*η_м=17,795*176,4*0,85=2668,2Н*м

где η_м=0,85- КПД механизма.

Определим межосевое расстояние зубчатой передачи:

где k_а=495- вспомогательный размерный коэффициент

U=6,3- передаточное число открытой передачи

Т_2н=Т_o.п.=2668,2Н*м- крутящий момент на валу

k_нβ=1,3- коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца

σ_нр=466МПа

ψ_вa=0,25- коэффициент рабочей ширины венца зубчатого колеса

Из ряда стандартных межосевых расстояний выбираем а_w=450мм

Определяем модуль зацепления:

m=(0,01÷0,02)a_w=4,5÷9

Принимаем m=6

Суммарное число зубьев передачи:

Z_c=2*a_w/6=2*450/6=150

Число зубьев шестерён:

z_ш=z_c/U+l=150/6,3+1=21 зуб.

Число зубьев колеса:

z_к=l50-21=129 зубьев.

Уточняем значение передаточного числа:

U_уточн= 129/21=6,143

Частота вращения открытой передачи:

n_о.п.=n_т/U_уточн=57,5/6,143=9,36об/мин

Действительная скорость выбирания якорной цепи:

υ_д=(n_о.п.*π*D)/60=(9,36*3,14*0,32)/60=0,157м/с

Диаметры делительных окружностей:

d₁=m₁*z₁=6*21=126MM

d₂=m₁*z₂=6* 129=774мм

Диаметры впадин:

d_r1=d₁+2.5m₁=126-2,5*6=l 11мм

d_r2=d₂+2.5m₁=774-2,5*6=759мм

Диаметры вершин:

d_а1=d₁+2m₁=126+2*6=138мм

d_a2=d₂+2m₁=774+2*6=786мм

Ширина колеса: B_ψ=0,25*450=112мм

Ширина шестерни: Вф=112+5=117мм

Диаметр вала в месте посадки шестерни:

где Т- крутящий момент на выходе из редуктора

Т=Т_дв*U_р*η=17,795*28*0,95=473,ЗН*м

где η=0,95- КПД редуктора.

Из за ослабления шпоночным пазом диаметр увеличиваем на 8%.

d=53мм

Диаметр вала в месте посадки зубчатого колеса:

Из за ослабления увеличиваем на 8% d=95мм.

Для передачи вращающего момента с электродвигателя на редуктор служит

устройство, называемое муфтой. Для соединения вала ЭД с быстроходным

валом редуктора выбираем: МУВП 1-45 МН 2096-64.

По определённым габаритным размерам, размерам тяговых органов и

электродвигателя выполняется чертёж общего вида якорно-швартовного

механизма.