Вспомогательный расчетный бланк

Уравнение полной характеристики трубопровода можно представить в виде H_Σ = h_СТ + bQ²_Σ , где bQ²_Σ – потери напора в трубопроводе. Величина h_СТ учитывает разность гидростатических давлений в точках I и II при перекачке балласта из креновой цистерны №1 в цистерну №2 с учетом подпора жидкости. В нашем случае bQ²_Σ = 20,29 Дж/кг.

Таблица 11

Основной расчетный бланк

Рис.17. Совмещенные характеристики креновой системы и насоса

Строим характеристику трубопровода (рис.17) без учета подпора в цистернах. H_I = Н_Σ = 20,3 Дж/кг при Q_I = Q_Σ = 3600 м³/ч = 1 м³/с. Так как цистерны находятся на одном уровне, то h⁰_СТ=0 при Q₀=0. Для построения графика находим промежуточную точку: при Q_II = 0,8 Q_Σ = 2880 м³/ч = 0,8 м³/с Дж/кг. На полную характеристику трубопровода накладываем напорную характеристику насоса. Точка А пересечения этих характеристик является рабочей точкой системы и соответствует производительности насоса Q=1,07 м³/с.

Чтобы учесть подпор, разобьем цистерны условно на 4 слоя высотой ΔZ = 1,2 м каждый и будем считать, что во время откачки слоя его гидростатическое давление соответствует высоте слоя, проходящего через центр тяжести откачиваемого объема. Цистерны считаем прямостенными. Объемы отдельных слоев будут равны V_СЛ = 116 / 4 = 29 (м³). В начальный момент перекачки цистерна №1 заполнена, цистерна №2 – пустая.

Тогда h^I_CT = 0 – 4ΔZg = – 47,1 (Дж/кг).

В следующий момент перекачки в КЦ №1 осталось 3 слоя воды, в КЦ №2 – один слой: h^II_CT = ΔZg – 3ΔZg = 11,8 – 35,3 = – 23,5 (Дж/кг).

Далее:

h⁰_CT = 2ΔZg – 2ΔZg = 0;

h^III_CT = 3ΔZg – ΔZg = 23,5 (Дж/кг);

h^IV_CT = 4ΔZg – 0 = 47,1 (Дж/кг).

Строим характеристики трубопровода для рассмотренных случаев перекачки:

при Q_Σ = 0 h^I_CT = – 47,1; h^II_CT = – 23,5; h⁰_CT = 0; h^III_CT = 23,5;

h^IV_CT = 47,1 (Дж/кг);

при Q_Σ = 0,8 м³/с H_I = – 33,65; H_II = – 10,1; H₀ = 13,44; H_III = 37,0;

H_IV = 60,53 (Дж/кг);

при Q_Σ = 1,0 м³/с H_I = – 26,8; H_II = – 3,24; H₀ = 20,3; H_III = 43,85;

H_IV = 67,4 (Дж/кг).

Пересечения этих кривых с характеристикой насоса дадут положения рабочих точек А_i системы во время откачки отдельных слоев жидкости (см. рис.16). Из графика видно, что производительность насоса изменяется от 1,3 м³/с в начале перекачки до 0,75 м³/с в ее конце. Длительность перекачки всего объема воды из КЦ №1 в КЦ №2 составит t ≈ 105 с.

Таким образом, принятые для креновой системы насос и трубопровод удовлетворяют заданию по перекачке балласта в установленный период времени.

4.3.3. ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТА.

Таблица 12

Размеры участков системы задаются ведущим преподавателем после разработки студентом расчетной схемы.

Дифферентные системы

4.4.1. Описание систем

В зависимости от назначения судна к дифферентной системе предъявляются различные требования. Так, если судно при затоплении концевого отсека получает опасный с точки зрения продольной остойчивости или непотопляемости дифферент, его необходимо устранить не более чем за 5÷10 мин. На транспортных судах с весьма большой продольной остойчивостью даже в случаях затопления концевых отсеков удифферентовка может длиться 20÷60 мин. Для продвижения ледоколов и судов ледового плавания во льдах чем меньше будет период наклонения судна в продольной плоскости, тем лучше; обычно он составляет 5÷15 мин. На морских сухогрузных, наливных, пассажирских и других транспортных судах дифферентные системы не предусматриваются, а их функции возлагаются на балластные системы, позволяющие регулировать не только дифферент, но и крен, осадку и остойчивость. Дифферентные системы как самостоятельные используются на ледоколах, судах ледового плавания и на военных кораблях.

Для эффективной работы дифферентной системы необходимо размещать балласт в цистернах, находящихся в оконечностях корпуса судна симметрично ДП (это могут быть балластные, топливные цистерны, а также цистерны, размещенные в форпиках и ахтерпиках). Так как расположение ЦТ балласта мало влияет на величину продольной метацентрической высоты, БЦ могут быть находиться на различной высоте относительно корпуса. При приеме балласта через днищевой кингстон цистерну и приемное отверстие кингстона следует размещать как можно ниже ватерлинии, чтобы иметь наибольший геометрический напор и, следовательно, наиболее малый период заполнения цистерны.

В зависимости от продольной остойчивости судов объем дифферентных цистерн составляет 1÷5% от водоизмещения. Цистерны заполняют либо самотеком, либо используют для этого насосы. Опорожнение цистерны после спрямления судна осуществляют насосами или подачей сжатого воздуха. Дифферентные системы могут быть выполнены как по централизованному (линейное схемное решение), так и по децентрализованному (автономная и групповая схемы) принципам. Преимуществом децентрализованного принципа является сокращение времени заполнения (опорожнения) цистерн, оперативность и живучесть системы. В ряде случаев для удифферентовки судов с небольшой продольной остойчивостью, в процессе эксплуатации которых необходимо поддерживать неизменное водоизмещение, более целесообразным оказывается централизованный принцип.

Трубопроводы дифферентных систем, транспортирующие забортную воду, желательно изготавливать из медных (или из материалов на основе меди) труб с бронзовой либо латунной арматурой, а воздухопроводы – из стальных оцинкованных труб. Диаметры водяных трубопроводов на судах различного назначения составляют 100÷700 мм, а трубопроводов сжатого воздуха – 15÷32 мм.

4.4.2. Пример расчёта

Цель гидравлического расчета – определение диаметров труб и требуемых параметров насосов при заданном времени дифферентовки, т.е. перекачки воды из носовых дифферентных цистерн (НДЦ) в кормовые (КДЦ) и обратно. При автономном принципе определяются те же элементы по заданному времени заполнения насосом цистерн одной оконечности при одновременном опорожнении своим насосом цистерн другой оконечности.

Рассмотрим гидравлический расчет автономной дифферентной системы, расчетная схема которой представлена на рис.18.

Рис.18. Расчетная схема дифферентной системы

Проанализируем процессы откачки воды из НДЦ и заполнения ее насосом. Объем цистерны V_НДЦ = 1100 м³; время откачки t = 10 мин; осадка судна Т=6,0 м; высота цистерны Z_НДЦ = 6,6 м. НДЦ обслуживают два осевых реверсивных насоса. Полагаем, что каждый из них должен в заданное время откачать 550 м³. Тогда производительность насоса составит м³/ч.

Используем в системе насосы ЭСН–13/1 с подачей 3600 м³/ч при напоре 100Дж/кг. Режим откачки соответствует случаю «А» гидравлического расчета балластной системы (см. п.4.2.2 настоящего пособия).

Расчетная магистраль–трубопровод I–II–III: Н_ВС = Н_1-2; Н_НАГ = Н_2-3.

Условный проход трубопровода считаем равным условному проходу патрубка насоса, т.е. D_У700. Трубопроводы принимаем изготовленными из стальных электросварных труб 720х10 с абсолютной шероховатостью Δ=0,15 мм. Расчет произведем в табличной форме (табл.13 и 14) аналогично расчету балластной системы.

Таблица 13