В качестве контрольной работы студентам предлагается расчёт балластной, осушительной, креновой и дифферентной систем, принципиальные схемы которых приведены на рис.11.
Осушительные системы
4.1.1. Описание систем.
В нормальных условиях эксплуатации судна в его помещениях скапливается трюмная вода, которая поступает через неплотности в трубопроводах, арматуре, погруженной части корпуса, а также вследствие конденсации водяных паров, мытья настилов, промывки трубопроводов. Эта вода должна своевременно удаляться за борт. Кроме того, осушительная система используется для откачки аварийной воды, не забранной водоотливной системой, или воды, поданной на очаг пожара системой водотушения. Осушительной системой можно также удалять остатки балластной воды из дифферентных цистерн или наполнять цистерны, если перемещение водяного балласта для удифферентовки
Количество откачиваемой воды заранее подсчитать практически невозможно, т.к. трюмная вода скапливается в различных помещениях не одинаково за одно и то же время. Поэтому диаметры труб, скорости воды и производительность насосов определяют на основании нормативных документов [10].
На пассажирском судне следует предусматривать не менее двух осушительных насосов с механическим приводом. В качестве осушительных могут применяться независимые балластные, санитарные насосы или насосы общесудового назначения достаточной производительности, причем на судах длиной до 91,5 м в качестве одного из осушительных насосов может быть использован насос с приводом от главного механизма или эжектор.
Осушительные центробежные насосы должны быть или самовсасывающими или иметь воздухозасасывающее устройство. Рекомендуется установка одного из насосов поршневого типа. Каждый осушительный насос должен иметь производительность, определяемую из условия, чтобы расчетная скорость воды в приемной магистрали, диаметр которой вычисляется по формуле (21), была не менее 2 м/с. Один из осушительных насосов может быть заменен двумя, общая производительность которых должна быть не меньше указанной выше.
|
|
Внутренний диаметр осушительной магистрали или приемных отростков, непосредственно подключенных к насосу, определяется по формуле
, (24)
где L и B – длина и ширина судна соответственно, м; D – высота борта, м.
Внутренний диаметр приемных отростков, присоединенных к магистрали
(25)
где l – длина осушаемого отсека по его днищу, м.
Рис.11. Принципиальные схемы осушительной, балластной, креновой и дифферентной систем
1 – осушительный насос; 2 – осушительная магистраль; 3 – балластный насос; 4 – балластный трубопровод; 5 – креновый насос; 6 – магистраль креновой системы; 7 – дифферентный насос; 8 – магистраль диффферентной системы; 9 – приемник водоотливной системы.
Внутренний диаметр магистрали и приемных отростков должен быть не менее 49 мм, но во всех случаях он не должен быть меньше приемного патрубка осушительного насоса. Площадь сечения трубопровода, который соединяет распределительную приемную коробку с магистралью, должна быть не меньше суммарной площади двух наибольших отростков, присоединенных к этой коробке, но не больше площади сечения магистрального трубопровода.
|
|
На танкерах, где осушительные насосы предназначены для осушения только машинных отделений, площадь сечения осушительной магистрали должна быть не меньше удвоенной площади сечения отростка, диаметр которого – формула (25).
Расположение осушительных трубопроводов и их отростков должно быть таким, чтобы обеспечивалась возможность осушения любого водонепроницаемого отсека любым из насосов. Система должна быть устроена так, чтобы исключалась возможность поступления забортной воды внутрь судна, а также воды из одного водонепроницаемого отсека в другой. Для этого приемные клапаны распределительных коробок и клапаны на приемных отростках от магистрали должны быть невозвратно-запорного типа. Каждый независимый осушительный насос должен иметь свой приемный отросток из отсека, где он находится. Более двух таких отростков из одного отсека не требуется. При этом они должны располагаться по бортам, а диаметр определяется по формуле (25).
Осушительная система позволяет откачивать трюмные воды из различных отсеков независимыми трубопроводами, проложенными вне междудонного пространства, осушать машинные и котельные помещения отдельно от трюмов. Трюмная вода должна концентрироваться в льялах и сборных колодцах, устанавливаемых в междудонном пространстве в виде вкладных карманов. Днище сборного колодца должно отстоять от основной линии корпуса не менее, чем на 460 мм. Объем колодца должен быть достаточным для размещения в нем воды, сливающейся из приемной осушительной трубы после прекращения действия системы. Приемники должны быть расположены так, чтобы обеспечивать осушение отсека или его водонепроницаемой части как в прямом положении судна, так и при крене до 15° на любой борт и дифференте до 5°. Всасывающие концы приемных отростков снабжают сетками с отверстиями 8÷10 мм, общей площадью живого сечения не менее утроенной площади поперечного сечения приемной трубы. Приемные сетки должны легко демонтироваться или иметь крышки для возможности очистки их от грязи. Непосредственно перед насосами устанавливаются грязевые коробки. В зависимости от типа и размерений судна, количества машинно-котельных отделений, рода перевозимых грузов осушительную систему выполняют по централизованному или децентрализованному принципу. Трубопроводы изготавливают из стальных труб или труб с антикоррозионным покрытием, арматуру – из бронзы (латуни) или из стали. Для повышения долговечности трубопроводы целесообразно выполнять из меди или медных сплавов.
|
|
4.1.2. Пример расчета
Произведем расчет осушительной системы грузо-пассажирского судна длиной L=96,4 м, шириной B=14,4 м и высотой борта D=7,9 м.
Для данного судна внутренний диаметр осушительной магистрали:
(мм).
Принимаем, что труба стальная с наружным диаметром 108 мм, толщиной стенки 4 мм (108х4) и расчетным внутренним диаметром 
(DУ100).
Диаметры приемных отростков для машинно-котельного отделения (МКО) и грузовых трюмов, длины которых лежат в пределах 12 ÷ 19 м, согласно формуле (25) составляют 60 ÷ 69 мм. Для сокращения типоразмеров труб и арматуры принимаем условный проход DУ65, полагая, что приемные отростки изготовлены из стальных труб 73х3.
Расчетная производительность осушительного насоса составляет:
·3600 = 
.
Принимаем QН = 60 м3/ч, а суммарную производительность двух насосов – не менее 120 м3/ч.
Для выбора насоса вычислим потери напора в трубопроводах системы, расчетная схема которой показана на рис.12.
Рис.12. Расчетная схема осушительной системы
Считаем, что насос откачивает воду из наиболее удаленного трюма, где установлены два приемника, одновременно принимающие трюмную воду.
Расчетная магистраль представляется линией 1–2–3–4–5–6–7–8. Гидравлические характеристики отростков 1–2 и 1'–2 в расчете считаем одинаковыми.
При температуре трюмной воды 15° коэффициент ее кинематической вязкости ν = 1,14·10 - 6 м 2 / с; плотность воды ρ = 1000 кг / м 3.
Задаемся скоростью v1-2 = 2,5 м / с, тогда:
Длина прямых труб на участке l 1-2 = 9,1 м. Имеются следующие местные сопротивления: вход в трубу с приемной сеткой (ζ = 0,5); невозвратный клапан (ζ = 7); три колена под углом 90° (ζ = 3 х 0,15 = 0,45); коробка четырехклапанная (ζ =5). Суммарный коэффициент местных сопротивлений Σζ1-2 = 12,95.
Используя метод потерянного напора на единицу длины трубопровода, найдем эквивалентную длину:
Приведенная длина участка:
Потери напора составят:
Узловой напор:
H2 = g Z1-2 + h1-2 = 9,81· 0,5 + 47,9 ≈ 52,8 (Дж/кг).
Аналогично рассчитываются остальные участки магистрали 1–8, и результаты вносятся в расчетный бланк. В частности, для участка 2–3 получим: Q2-3 = 2Q1-2 = 59,6 (м 3/ч); v2-3 = 2,1 м/с; Re2-3 = 1,84·105;
λ2-3 = 0,0158; Σ ζ 2-3 = 9,05; 
h2-3 = 28,8 Дж/кг.
Допускаемая вакуумметрическая высота всасывания насоса, которая, как правило, не превосходит 6 м вод. ст. [1] или 60 Дж/кг, должна быть больше или в крайнем случае равна величине потерь напора во всасывающей магистрали 1–3 с учетом геометрической высоты всасывания.
В нашем случае НВС = Н2 +g Z2-3 + h2-3 = 52,8 + 28,8 = 81,6 (Дж/кг), так как Z2-3 = 0. Следовательно, чтобы обеспечить всасывание трюмной воды, расчетный диаметр участка 1–2 требуется увеличить. Принимая трубу DУ90 (95 х 3,5), т.е. d1-2 = 0,09 м и задавшись скоростью v1-2 = 2 м/c, выполним пересчет гидравлического сопротивления участка.
В результате получим: h1-2 = 29,1 Дж/кг; Н2 = 34 Дж/кг; Q2-3 = 91,6 м3/ч.
Увеличиваем диаметр всасывающей магистрали до DУ125 (133 х 4), т.е. d2-3 = 0,125 м. Тогда после пересчета h2-3 = 24,2 Дж/кг; НВС = 58,2 Дж/кг.
Далее производим расчет напорной магистрали 4–8 и строим гидравлическую характеристику HС – QС всего трубопровода 1–8. Подбираем требуемый насос, совмещаем его напорную характеристику с характеристикой сети и находим рабочую точку системы. Принимаем, что установлено два таких насоса, один из которых может обслуживать и балластную систему.
4.1.3. Данные для расчёта
Таблица 8
| № варианта | |||||||||||
| Главные размерения | L,м | ||||||||||
| B,м | |||||||||||
| D,м | |||||||||||
| Тип судна | Грузо-пассажирское |
Размеры системы задаются ведущим преподавателем после разработки студентом расчетной схемы системы.
Балластные системы
4.2.1. Описание систем
На сухогрузных, пассажирских, промысловых и других морских судах осадку, остойчивость, крен и дифферент регулируют единой централизованной балластной системой. Исключение составляют нефтеналивные суда, на которых при порожних пробегах забортная вода принимается в грузовые танки либо самотеком через кингстон, либо грузовыми насосами, а между трюмами балласт распределяется по трубопроводам грузовой системы, которые используются и для его откачки за борт.
Балластная система должна обслуживаться хотя бы одним насосом, производительность которого определяется из условия скорости воды не менее 2 м/с при диаметре всасывающего трубопровода, вычисленного для наибольшей балластной цистерны (БЦ) по формуле:
(26)
где V – объем БЦ, м3.
Насосы применяются центробежные самовсасывающие с напорами 150÷200 Дж/кг при вакуумметрических высотах всасывания не менее 50÷60 Дж/кг. В качестве балластных могут быть использованы насосы общесудового назначения достаточной производительности, в том числе осушительный и пожарный.
Диаметр балластной магистрали должен быть не меньше d0max. Его определяют гидравлическим расчетом с условием, что потери напора во всасывающем участке при номинальной производительности насоса не превосходят допускаемую вакуумметрическую высоту всасывания.
Расположение приемных отростков должно быть таким, чтобы обеспечить откачку воды из любой БЦ при крене до 5°. В работе системы должно использоваться минимальное количество балласта, обеспечивающее необходимые остойчивость и заглубление гребных винтов при порожнем пробеге судна. На сухогрузах его объем обычно не превышает 20÷30% водоизмещения. Для приема всего балласта требуется 6÷8 часов, а для заполнения и осушения наибольшей по объему БЦ – около 2 часов.
Трубопроводы изготавливаются из бесшовных стальных оцинкованных [4] или труб с антикоррозионным покрытием. Приемные участки от кингстона до насоса выполняются из медно-никелевых труб [6]. Арматура системы стальная или бронзовая.
4.2.2. Примеры расчёта
Рассмотрим гидравлический расчет балластной системы сухогрузного судна, принципиальная схема которой представлена на рис.12.
Судно имеет длину L=121 м, ширину В=17,8 м, высоту борта до верхней палубы D=9,7 м и осадку Т=7,8 м.
Вычертим расчетную схему (рис.13) и рассмотрим следующие случаи работы системы:
Рис.12. Принципиальная схема балластной системы сухогруза
Рис.13. Расчетная схема балластной системы
А) Откачка балласта из форпика емкостью V=320 м3 (расчетная магистраль
I-II-III-IV-VI);
Б) Перекачка балласта из форпика в ахтерпик V=320 м3 (I-II-III-IV-V-VII-
-VIII-IX);
В) Заполнение БЦ 14÷38 шп. ЛБ (V=180 м3) самотеком (X-XI-III-II-XII);
Г) Заполнение той же БЦ с помощью балластного насоса (X-XI-III-IV-V-
-II-XII).
Изменение уровня воды в БЦ в этих случаях можно не учитывать, т.к. средний уровень в отсеках двойного дна имеет незначительную величину.
Для наибольшей БЦ – форпика – согласно формуле (26) d0=123 мм.
Производительность насоса определяется скоростью воды не менее 2 м/с:
Принимаем к установке центробежный насос НЦВС 100/30 номинальной производительностью 100 м3/ч при напоре 300 Дж/кг и вакуумметрической высоте всасывания 60 Дж/кг.
Таким образом, для расчета известны: Q=100 м3/ч; 
для стальных оцинкованных труб и 
для медно-никелевых; вязкость воды ν = 1,306·10-6 м2/с; эквивалентная шероховатость ΔЭ=0,15 мм для стальных оцинкованных и ΔЭ=0,002 мм для медно-никелевых.
Случай А. Участки всасывания: I-II-III-IV, участок нагнетания: IV-VI.
Последовательно решаем обратную задачу:
(м).
Выбираем ближайший больший типоразмер трубы 133х5 
(м/с).
Коэффициенты местных сопротивлений: вход в трубу ζ1=1,0; колено (α=90°, R/d=2,5) ζ2 =0,35; клапанная коробка ζ3=4,0; Σζ 1-2=ζ1 +7ζ2+ ζ3=7,45.
(Дж/кг).
Аналогичные вычисления выполним для других участков и результаты внесем в основной расчетный бланк. Потери напора во всасывающей части магистрали равны узловому напору в точке IV:
Н4 = НBC = h1-2 + g Z1-2 + h2-3 + h3-4 = 52 + 27 + 18,3 +8,4 = 106,1 (Дж/кг).
Величина потерь напора на линии всасывания оказалась больше вакуумметрической высоты всасывания выбранного балластного насоса. Поэтому для уменьшения потерь увеличим диаметры: участка I-II до 149 мм (159х5); участков II-III и III-IV до 150 мм (159х4,5) и повторим расчет с внесением поправок в расчетную схему и основной бланк. В результате
v1-2 =1,59 м/с; v2-3 = v3-4 =1,57 м/с, а потери напора составят НBC = 59,2 Дж/кг.
На линии нагнетания затраты механической энергии будут равны
ННАГ = h4-6 +g Z4-6 = 89,3 (Дж/кг).
Полные затраты Н Σ = НВС + ННАГ =148,5 (Дж/кг) при Q Σ =100 м3/ч.
Затраты механической энергии, не зависящие от расхода в трубопроводе (статический напор): hСТ = g Z1-2 + g Z4-6 = 27 + 58 = 85 (Дж/кг).
По результатам расчета строим полную гидравлическую характеристику трубопровода. Для этого имеем: при QI = 0 HI = 85 Дж/кг; при QII = 100 м3/ч HII = 148,5 Дж/кг и необходимо найти промежуточные точки. Определим коэффициент, характеризующий сопротивление трубопровода: 
При Re ≥ 5·104 для данного трубопровода можно считать C=const и не зависящим от Q. Тогда координаты третьей точки графика составят:
QIII = 0,2 QΣ =20 м3/ч;
HIII = Q2III C + hст = 202 · 0,00635 + 85 = 87,5 (Дж/кг).
На полученную характеристику трубопровода накладываем напорную характеристику насоса, снятую с [2, 9]. Их пересечение дает рабочую точку А системы (см. рис.10). Так как потери напора в трубопроводе (148,5 Дж/кг) меньше спецификационного напора насоса (300 Дж/кг), то последний обеспечит больший расход в системе (130 м3/ч). При этом наибольшая скорость воды будет на участке IV-VI:
(м/с).
Полное падение давления в трубопроводе I-VI составит: рΣ = НΣ · ρ = 148,5 кПа. Падение давления на всасывающем участке: рВС=НВС · ρ =59,2 кПа.
При откачке балласта из БЦ, расположенных ближе к насосу, потери напора на всасывании будут меньше.
Случай Б. Затраты механической энергии во всасывающей части трубопровода будут такими же, как и для случая А: НВС = 59,2 Дж/кг. В нагнетательной части магистрали насос будет подавать воду не за борт, как в случае А, а в ахтерпик. При этом раструб приемно-отливной трубы расположен ниже оси насоса. В расчете это учитывается тем, что статический напор gZН, определяемый высотой от напорного патрубка насоса до раструба принимается со знаком минус, т.е. gZН = – g (Z7-8 + Z8-9).
Выполняем расчет участков нагнетания и все результаты вносим в таблицу и расчетную схему. В результате:
HНАГ = h4-5 + h5-7 + h7-8 – g (Z7-8 + Z8-9) + h8-9 =
=14,6 + 0,95 + 32 – 9,81 (1,2 + 1,5) + 21,2 = 41,8 (Дж/кг).
Н Σ = НВС + ННАГ = 101 Дж/кг при Q Σ =100 м3/ч.
hCT = g (Z1-2 – Z7-8 – Z8-9) = 9,81 (2,7 – 1,2 – 1,5) = 0.
Для нахождения промежуточных точек графика находим коэффициент сопротивления системы 
Зададимся QIII = 0,2QΣ = 20 м3/ч; QIV =0,6QΣ = 60 м3/ч и получим:
НIII = 4 Дж/кг; HIV = 36,4 Дж/кг.
Учитывая, что HI = 0 (при QI = 0) и HII = 101 Дж/кг (QII = 100 м3/ч), по четырем точкам строим характеристику трубопровода и находим ее пересечение с характеристикой насоса в рабочей точке А1 (см. рис.10).
Из графика видно, что при перекачке балласта из форпика в ахтерпик насос развивает производительность 120 м3/ч при напоре 250 дж/кг. При этом максимальная скорость воды на участках с внутренним диаметром 0,123 м составит 
м/с < 
м/с.
Полное падение давления в расчетной магистрали I–IX рΣ = НΣ · ρ = 101 кПа; падение давления во всасывающем трубопроводе рВС = НВС · ρ = 59,2 кПа.
Случай В. При гидравлическом расчете заполнения БЦ самотеком под гидростатическим давлением забортной воды, обусловленным осадкой судна, необходимо в первую очередь определить площадь поперечного сечения трубопровода заполнения f, м2.
Если БЦ ограничены прямолинейными стенками, рекомендуются следующие формулы [13]:
· при расположении БЦ ниже отверстия заполнения (рис.14,а,б):
(27)
Рис.14. Варианты заполнения балластных цистерн
· при расположении БЦ выше отверстия заполнения (рис.14,в):
(28)
· при расположении БЦ частью ниже, частью выше отверстия (рис.14,г)
(29)
Здесь t – заданное время заполнения БЦ, с; V – объем БЦ, расположенный ниже отверстия заполнения, м3; HWL – отстояние отверстия от ватерлинии, м; z – отстояние уровня заполнения от уровня отверстия, м; F1 – площадь горизонтального сечения БЦ на уровне заполнения, м2; l и dОТВ – соответственно длина и внутренний диаметр трубопровода заполнения, м; коэффициент сопротивления трения принимается λ=0,03; Σζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений.
Если нельзя пренебречь кривизной стенок БЦ, необходимо условно заменить их прямолинейными, введя фиктивные площади горизонтальных сечений БЦ на уровне их заполнения F2, м2. Расчет выполняется по следующим формулам [12]:
· при расположении БЦ выше отверстия заполнения (рис.13,д)
(30)
· при расположении БЦ частью ниже, частью выше отверстия (рис.13,е)
(31)
В первом приближении величиной λ l / dОТВ можно пренебречь.
При заданной схеме балластной системы гидравлический расчет выполняется с целью определения времени заполнения той или иной БЦ. В рассматриваемом случае БЦ находится выше приемной решетки кингстона (рис.15).
Рис.15. Заполнение БЦ самотеком
Сначала по формуле (26) находим 
мм. Принимаем d2-12=100 мм (108х4) и d10-2 = d10-11 = d11-3 = d3-2 = 125 мм (133х4).
Исходные данные для дальнейшего расчета: площади поперечных сечений трубопроводов f1 = π d210-2 / 4 = 0,012 м2 и f2 = π d22-12 / 4 = 0,008 м2; λ10-2 = 0,015 для труб из сплава МНЖ5-1; λ2-12 = 0,02 для стальных оцинкованных труб; l 10-2 = l 10-11 + l 11-3 + l 3-2 = 2,4+0,8+6,0 =9,2 (м); l 2-12 = 60 м; F1=70,2м2 – площадь горизонтального сечения днища БЦ; F2=94,9 м2 – площадь горизонтального сечения БЦ на уровне второго дна; HWL=T= 7,8 м; ZБЦ = 2,2 м – высота заполнения цистерны.
Составляем вспомогательный расчетный бланк коэффициентов местных сопротивлений, из которого находим:
Σζ10-11 = 6,8; Σζ11-3 = 2,5; Σζ3-2 = 6,33; Σζ10-2 = 15,63; Σζ2-12 = 6,7.
Для расчета используем формулу (30). Введем обозначения:
- для участков X-XI-III-II; 
- для участка II-XI. Подставив известные величины, получим:
Зависимость для расчета времени заполнения БЦ будет иметь вид:
=
= 13985 с = 3,88 ч.
В расчете принято допущение, что осадка судна Т не изменяется при заполнении БЦ.
Случай Г. При использовании насоса процесс заполнения БЦ идет быстрее, чем при заполнении самотеком. При наличии готовой схемы системы гидравлический расчет производится с целью определения времени заполнения БЦ насосом.
В данном случае участки всасывания: X-XI-III-IV; участки нагнетания: IV-V-II-XII. Расход воды в системе принимаем QC = QH =100 м3/ч. Расчет потерь напора по участкам выполняется в табличной форме.
При определении полных затрат энергии в системе необходимо учитывать гидростатическое давление забортной воды в районе приемных кингстонов, обусловленное осадкой судна, а также противодавление в БЦ, которое появляется при ее заполнении.
Затраты механической энергии составят: во всасывающей части трубопровода:
HBC = h10-11+g Z10-11–g T+h11-3+h3-4 = 18,5+27–78+6,8+4,2 = –21,5 (Дж/кг),
где знак «– » означает, что насос работает с подпором;
в напорной части трубопровода:
ННАГ = h4-5+h5-2+h2-12–g Z2-12+g ZБЦ / 2 = 14,6+12+44,7–27+11 = 55,3 (Дж/кг), где ZБЦ =2,2 м – высота заполнения цистерны. Полные затраты энергии в системе: НΣ = НВС + ННАГ = –21,5+55,3 = = 33,8 (Дж/кг) при QΣ = 100 м3/ч.
Построим полную характеристику трубопровода. Затраты энергии, не зависящие от расхода:
hСТ = g (Z10-11 – T – Z2-12 + ZБЦ /2) = 9,81(2,7 – 7,8 – 2,7 + + 1,1) = –67 (Дж/кг). Итак, при QI = 0 HI = –67 Дж/кг; при QII = 100 м3/ч НII = 33,8 Дж/кг. Найдем промежуточные точки графика, для чего определим коэффициент сопротивления системы 
Задавшись QIII = 0,2QΣ = 20 м3/ч и QIV = 0,6QΣ = 60 м3/ч, получим:
HIII = Q2III · C + hCT = 202 · 0,0101 – 67 = –63 (Дж/кг);
HIV = Q2IV · C + hCT = 602 · 0,0101 – 67 = –31 (Дж/кг).
По этим четырем точкам строим характеристику трубопровода, совмещаем ее с напорной характеристикой насоса и находим рабочую точку. Из графика определяем, что насос будет развивать производительность 120 м3/ч при напоре 270 Дж/кг.
Зная объем заполняемой цистерны V=180 м3, можно вычислить время заполнения этой БЦ насосом: 
4.2.3. Данные для расчёта
Таблица 9.
| № варианта | ||||||||||||
| Район располож. БЦ | Форпик | 23÷34 шп. | 34÷46 шп. | 76÷108 шп. | 108÷140 шп. | 162÷175 | Ахтерпик | |||||
| ПрБ | ЛБ | ПрБ | ЛБ | ПрБ | ЛБ | ПрБ | ЛБ | ПрБ | ЛБ | |||
| Объем БЦ V, м3 | ||||||||||||
| Тип насоса | НЦВС 100/30 |
Размеры участков, конфигурация БЦ и возможные случаи использования системы задаются ведущим преподавателем после разработки студентом расчетной схемы.
Креновые системы
4.3.1. Описание систем
В процессе эксплуатации судна может появиться крен вследствие неравномерной загрузки, несимметричного затопления бортовых отсеков, расходования топлива или других причин. Продолжительный крен ухудшает управляемость судном, нарушает работу машин и механизмов и затрудняет их обслуживание, поэтому одной из задач креновой системы является спрямление судна с помощью водяного балласта. Вместе с тем, на ледоколах и судах ледового плавания можно использовать креновые системы для преднамеренного раскачивания судна вокруг продольной оси с целью облегчения схода с кромки льда.
К креновым системам предъявляют ряд требований: не оказывать влияния на дифферент; не ухудшать поперечную остойчивость судна; работать с минимальным количеством балласта, который может размещаться в междудонных или междубортных БЦ, а также в топливных цистернах. Работа креновой системы ледоколов для раскачивания судна с заданным периодом наклонения должна осуществляться автоматически.
Заполнение бортовых БЦ или специальных креновых цистерн забортной водой, ее перекачка и отлив за борт могут производиться как собственными насосами системы, так и водоотливным, дифферентным, осушительным или пожарным насосами. При спрямлении аварийного судна балласт можно принять через кингстон, что упрощает устройство системы. Однако, при ограничении времени приема балласта и небольшой осадке судна это требует сравнительно больших проходных сечений кингстонов.
Основной принцип построения креновых систем–децентрализованный, а наиболее распространенными схемами являются автономная и групповая. Для перекачки балласта нереверсивным насосом требуется большое количество арматуры, позволяющей менять направление движения воды по трубопроводам, и построение автоматизированной системы затруднительно. Поэтому чаще всего используются осевые реверсивные насосы с подачей 3000÷4000 м3/ч при напоре до 100 Дж/кг (0,1 МПа).
Расположение осевых насосов, работающих с подпором забортной воды, на настиле второго дна обеспечивает надежное всасывание и подачу балласта с борта на борт с периодом 1÷3 мин., что вполне удовлетворяет требованиям эксплуатации судна. Напор насоса в 0,1 МПа при автономном схемном решении оказывается достаточным для преодоления сопротивления трубопроводов диаметрами до 700÷1000 мм. Кроме осевых насосов, для перемещения балласта может использоваться сжатый воздух.
Трубопроводы креновоых систем, работающие на морской воде, которая является агрессивной средой, целесообразно изготавливать из коррозионно-стойких материалов (бронза; сталь, плакированная медью; сталь, футерованная полимерами и т.д.). В качестве запорной арматуры могут применяться заслонки (поворотные затворы), а для больших диаметров (200÷1000 мм) рекомендуется использовать клинкеты, обладающие малым гидравлическим сопротивлением.
В состав креновой системы обязательно входят компенсаторы (например, линзовые), которые устанавливают с обеих сторон насоса для исключения его смещения, а также деформирования трубопроводов при сжатии корпуса судна. Приемные отверстия кингстонов снабжают защитными решетками и оборудуют средствами обогрева и продувания во избежание замерзания воды в кингстонных выгородках, забивания льдом или проникновения последнего в систему.
Основные параметры, характеризующие креновую систему: суммарный объем креновых цистерн VΣ, м3; производительность насосов Q, м3/ч; время перекачки балласта с борта на борт t (90÷300 с); угол крена, создаваемого системой, θ (5÷8°).
4.3.2. Пример расчёта
Рассмотрим методику гидравлического расчета на примере креновой системы ледокола. Длина судна L=112,4 м; ширина B=24,5 м; высота борта D=14,0 м; осадка Т=10,5 м; водоизмещение Δ=15300 т; поперечная метацентрическая высота h=2,26 м; отстояние центра тяжести водяного балласта от ДП (определяется по чертежу общего расположения системы) l ЦТ=8,02 м, высота креновой цистерны ZКЦ=4,8 м. Предлагаемая креновая система должна обеспечивать угол крена θ=±6,3° и время перекачки с одного борта на другой t=2 мин.
Весовое количество балласта G определим из условия равенства моментов: кренящего МКР=G · l · cos θ и восстанавливающего МВ=Δ · h · sin θ, т.е. из уравнения
.
Требуемый объем креновых цистерн одного борта 
Размещаем на каждом борту между верхней и нижней палубами симметрично относительно мидель – шпангоута по 4 цистерны объемом VКЦ = 464 / 4 = 116 (м3). Систему проектируем по автономному принципу, т.е. каждую пару противоположных цистерн обслуживает свой креновый насос. Суммарная производительность насосов составит:
(м3/ч),
а производительность каждого насоса QH = 13900 / 4 = 3480 (м3/ч).
Устанавливаем осевые реверсивные насосы ЭСН–13 / 1, имеющие следующие характеристики: производительность QH = 3600 м3/ч; напор НН = 100 Дж/кг; мощность N = 145 кВт; число реверсов в час – не более 40; условный проход патрубков DУ700.
Принимаем условный проход трубопроводов системы равным также DУ700, т.е. считаем, что трубопроводы изготовлены из стальных электросварных труб 720х10 [5]. Абсолютная геометрическая шероховатость Δ = 0,15 мм.
Вычертим расчетную схему системы (рис.16).
Рис.16. Расчетная схема креновой системы
Расчет выполним в виде табл.10 и 11.
Таблица 10