ПОРЯДОК РАСЧЁТА ОСУШИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

3.1.Целью расчета системы является:

· определение диаметров трубопроводов;

· выбор осушительного насоса;

· проверка условия всасывания для выбранного насоса.

3.2. Порядок расчёта и расчётные формулы.

3.2.1. Предварительный расчёт внутреннего диаметра осушительной магистрали по формуле:

где L и B – длина и ширина судна соответственно, м; H – высота борта, м. Из сортамента труб выбирается трубопровод с ближайшим большим диаметром.

Пример: Параметры судна: длина L = 96,4 м, ширина B = 14,4 м, высота борта H = 7,9 м.

Выбираем из сортамента стальных бесшовных труб трубу с наружным диаметром 108 мм и толщиной стенки 4,5 мм (108х4,5), условный проход D_у100.

3.2.2. Предварительный расчёт внутреннего диаметра приемных отростков, присоединенных к магистрали, по формуле:

где l – длина осушаемого отсека по его днищу, м. Из сортамента труб выбирается трубопровод с ближайшим большим диаметром.

Пример: Длина осушаемого отсека по днищу l = 14 м.

мм.

Выбираем из сортамента стальных бесшовных труб трубу с наружным диаметром 76 мм и толщиной стенки 3,5 мм (76х3,5), условный проход D_у70.

Примечание: На нефтеналивных судах, на которых осушительные насосы предназначены для осушения только машинного отделения, согласно Правилам регистра площадь сечения осушительной магистрали должна быть не менее удвоенной площади сечения приёмных отростков, определяемой по формуле где l_мо – длина машинного отделения.

, откуда

Пример: Ширина танкера В = 32 м, высота борта Н = 17 м, длина машинного отделения танкера l_мо = 21 м.

Рассчитываем диаметр приёмных отростков:

выбираем трубопровод 108х4,5, условный проход Dу100, т.е. d_от = 100 мм = 0,1 м.

Тогда диаметр магистрали:

м.

Выбираем из сортамента стальных бесшовных труб трубу с наружным диаметром 159 мм и толщиной стенки 4,5 мм, условный проход D_у150 (ближайший больший диаметр).

3.2.3. Рассчитываем подачу и осуществляем выбор осушительного насоса. Согласно Правилам регистра, каждый осушительный насос должен иметь подачу не менее определяемой по формуле:

, м³/ч

Из ряда существующих насосов выбирается насос с ближайшей большей подачей.

Пример: Диаметр осушительной магистрали d_м = 100 мм. Тогда расчётная подача осушительного насоса:

.

Выбираем насос НЦВС 63/20М - насос центробежный вертикальный самовсасывающий, со следующими параметрами: подача 63 м³/ч, напор 20 м, мощность 6,6 кВт.

Тогда подача Q = 63 м³/ч = 0,0175 м³/с.

3.2.5. Проверяем скорость в трубопроводах системы. Согласно РД 5.5270–85 «Системы трюмные и балластные судовые. Правила и нормы проектирования», скорость в нагнетательной магистрали не должна превышать 3,25 м/с. Если условие не выполняется, следует взять ближайший больший стандартный диаметр трубопровода и снова произвести проверку скорости, и так до тех пор, пока условие не будет выполняться. На нагнетательную магистраль данное условие не распространяется, для неё проверка не выполняется – диаметр нагнетательной магистрали принимается равным диаметру нагнетательного патрубка насоса.

Пример: Диаметр осушительной магистрали d_м = 100 мм, диаметр отростка d_от = 65 мм, подача насоса Q = 63 м³/ч = 0,0175 м³/с. Тогда скорость в трубопроводах:

;

- условие для магистрали выполняется.

- условие для отростка не выполняется.

Следует увеличить диаметр отростка. Выбираем из сортамента стальных бесшовных труб трубу с наружным диаметром 89 мм и толщиной стенки 4,5 мм (89х4,5), условный проход D_у80.

- условие для отростка не выполняется.

Принимаем следующий больший диаметр отростка - трубу с наружным диаметром 108 мм и толщиной стенки 4,5 мм (108х4,5), условный проход D_у100, как и для магистрали. Условие для этого трубопровода выполняется.

3.2.4. Для проверки условий работы насоса в системе рассчитываем потери напора в трубопроводах системы. Согласно РД 5.76.038-84 «Методика гидравлических расчётов судовых разветвлённых трубопроводов», расчёт всасывающей магистрали производится для самого удалённого от насоса приёмного отростка. Расчёт всасывающей и нагнетательной магистрали производится отдельно. При этом магистраль разбивается на расчётные участки с постоянным расходом и параметрами среды (плотность, вязкость).

Для каждого участка последовательно рассчитываются:

Скорость течения среды:

,

где Q – расход на участке, м³/с; d – диаметр трубопроводов на участке, м.

Число Рейнольдса:

,

где n - коэффициент кинематической вязкости среды, м²/с.

Коэффициент трения l. В зависимости от полученного значения числа Рейнольдса для расчёта коэффициента трения могут применяться следующие формулы:

В интервале 4000<Re<3×10⁶ – формула Кольбрука: ;

.

Коэффициенты местных сопротивлений x_м, содержащихся на участке.

Для входа в трубу коэффициент потерь x = 0,5; для выхода из трубы в пространство, заполненное жидкостью, x = 1.

Коэффициент потерь для закруглённого колена (отвода) рассчитывается по формуле:

,

где R₀ – радиус закругления трубы, м; d – диаметр трубы, м; l - коэффициент трения трубопровода; d - угол изгиба трубы, ⁰; А₁ – коэффициент, зависящий от угла d (для 70⁰ < d < 100⁰ коэффициент А₁ = 1; для d < 70⁰ коэффициент А₁ рассчитывается по формуле: [РД 5.76.038-84, стр. 163].); В₁ – коэффициент, зависящий от отношения R₀/d (при R₀/d>1 ); С₁ – коэффициент, учитывающий вытянутость поперечного сечения трубопровода (для труб круглого сечения С₁ = 1). Согласно Правилам РМРС, отношение R₀/d принимают равным 2,5.

Коэффициенты потерь для тройников, клапанов, клапанных коробок, фильтров, грязевых коробок и других элементов могут быть определены с помощью «Справочника по гидравлическим сопротивлениям» И.Е. Идельчика и РД 5.76.038-84 «Методика гидравлических расчётов судовых разветвлённых трубопроводов».

Полный коэффициент потерь на участке:

,

где l – длина прямых труб на участке, м; d – диаметр труб на участке,м; l - коэффициент трения на участке; Sx_м – сумма коэффициентов потерь всех местных сопротивлений на участке.

Потеря напора на участке:

, м,

где x - полный коэффициент потерь на участке; u - скорость течения среды на участке, м/с.

После расчёта всех участков определяем полную потерю напора в системе:

,

где Dh_всас – потеря напора во всасывающей магистрали, Dh_нагн – потеря напора на нагнетательной магистрали.

Пример: Произведём расчёт для системы, расчётная схема которой представлена на рис. 2. Считаем, что насос откачивает воду из наиболее удаленного трюма. При расчёте нагнетательной магистрали считаем, что откачка происходит через сепаратор трюмных вод 6. Таким образом, расчётная магистраль представляется линией 1–2–3–4–5–6–7–8.

Рис.2. Расчетная схема осушительной системы