ВВЕДЕНИЕ. Элементы общесудовых систем

Ю.А. Двойченко

ОСНОВЫ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБЩЕСУДОВЫХ СИСТЕМ

Часть I

Элементы общесудовых систем

И общие принципы проектирования

Допущено УМО по образованию в области кораблестроения и океанотехники для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки специальностей «Кораблестроение и Океанотехника», «Судовые эне установки» дневной и вечерней форм обучения

Нижний Новгород 2012

УДК 629.12.06 (07)

ББК 72.6

Д24

Рецензент

К.т.н. Ю.И. Рабазов

Двойченко Ю.А.

Д24 Основы проектирования общесудовых систем. Ч.I- :учеб. пособие /Ю.А., Двойченко; Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева.- Н. Новгород, 2012. -150с.

ISBN 978-5-93272-686-0

Содержание пособия соответствует программе курса, изучаемого в рамках бакалаврской и магистерской подготовки студентов кораблестроительных специальностей. Пособие также может быть полезно для инженеров- кораблестроителей многих других специальностей (проектирование судов, электроснабжение судов, автоматизация и пр.) чья деятельность соприкасается с судовыми системами, а также бакалаврам, техникам и инженерам, приступающих к специализации в области проектирования судовых систем.

Рис. 120. Табл.12. Библиогр.: 6 назв.

УДК 744 . 621

ББК 72.6

© НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2012

© Двойченко Ю.А. 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие.…………………………………………………………………6

Принятые сокращения ………………………………………………………9

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………10

1. Элементы водопроводных судовых систем. …………………13

1.1. Материалы трубопроводов …………………………………………………13

1.1.1. Материалы труб ………………………………………………………13

1.1.2. Прокладочные материалы……………………………………………16

1.2. Трубы …………………………………………………………………………16

1.2.1. Геометрические параметры и материалы труб ..……………………16

1.2.2. Давление в трубах ....…………………………………………………20

1.2.3. Защита труб от коррозии и эрозии..…………………………………21

1.3. Арматура..…………………………………………………………………….23

1.3.1 Соединительная арматура…………………………………………….23

1.3.2. Запорно - переключающая арматура………………………………...29

1.3.3. Регулирующая арматура……………………………………………...35

1.3.4. Дистанционный привод и дистанционное управление арматурой .38

1.3.5. Отличительные планки……………………………………………….40

1.3.6. Фильтры………………………………………………………………..41

1.3.7. Концевая арматура……………………………………………………43

1.3.8. Установка протекторов……………………………………………….52

1.3.9. Устройства измерения и датчики контроля уровня воды

в отсеках и цистернах………………………………………………..53

1.3.10. Измерительные приборы давления и датчики…………………….56

1.4. Насосы ……………………………………………………………………….57

1.4.1. Виды судовых насосов и области их применения..……………….58

1.4.2. Характеристики насосов и системы..……………………………….63

1.4.3. Пневмоцистерны……………………………………………………..69

1.5. Цистерны……………………………………………………………………..70

1.5.1. Виды и назначение цистерн..………………………………………...70

1.5.2. Сборная цистерна сточных вод………………………………………71

1.5.3. Сборная цистерна нефтесодержащих вод…………………………...72

1.6 Устройства очистки загрязненной воды ……………………………………72

1.6.1. Установки для обработки сточных вод и фильтрующее

оборудование нефтесодержащих вод………………………………74

1.6.2. Установка подготовки питьевой воды...…………………………….79

1.7. Классификация и идентификация серийно выпускаемых

элементов систем…………………………………………………………….79

2. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СУДОВЫХ СИСТЕМ……….83

2.1. Системный подход к проектированию судна и его элементов …………83

2.1.1. Среда существования судна как совокупность подсистем…………83

2.1.2. Проект судна как информационная система…………………………85

2.1.3. Судно как система систем……………..……………………………….89

2.1.4. Система приоритетов при проектировании

общесудовых систем………………………………………………….91

2.1.5. Общие принципы проектирования систем,

положенные в основу Правил и Норм……………………………….92

2.2. Этапы и стадии проектирования систем…………………………..…………95

2.2.1. Подготовительная стадия ………………………………………..…….95

2.2.2. Этап эскизного проектирования……………………………………..96

2.2.3. Этап проекта судна в постройке……………………………………..97

2.3. Разработка принципиальных схем систем . ………………………………98

2.3.1 Общие понятия о схемах судовых систем……………………………98

2.3.2. Виды линий трубопроводов, их конфигурация и назначение ….106

2.3.3. Типы компоновок схем систем ………………………….…………108

2.3.4. Основные приемы и порядок составления схем систем…………110

2.5. Расчеты систем ……………………………………………………………116

2.5.1. Виды расчетов ………………………………………………………116

2.5.2. Виды и особенности гидравлических расчетов ………………….116

2.5.3. Порядок расчета простой разветвленной системы ……………….117

2.5.4. Особенности расчета сложной разветвленной системы …………126

2.6. Конструкторская документация по проектированию общесудовых систем

на стадии проекта судна в постройке и правила ее оформления………… 128

2.6.1. Правила и рекомендации по оформлению принципиальных схем .……129

2.6.2. Оформление расчетов по судовым системам. ..…………...……...135

2.6.3. Пояснительная записка и спецификация по разделу

«Общесудовые системы»……………………………………………136

2.6.4. Рассмотрение и согласование документации Регистром и

Санитарной инспекцией ……………………………………………141

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………149

Библиографический список …………………………………………………….150

Предисловие

Современное судно является сложным инженерным сооружением, имеющим значительное количество трубопроводных систем, обеспечивающих безопасность плавания, сохранность грузов, работу судовых энергетических установок. Системы также обеспечивают условия жизни и труда экипажа, предотвращают загрязнение морей продуктами жизнедеятельности судна.

Специфика судовых систем состоит в том, что отличие от береговых сооружений судно находится на плаву, и неверное инженерное решение в области какой-либо системы может вести к гибели судна из-за потери остойчивости, прочности, непотопляемости или вследствие пожара.

Создание данного пособия вызвано рядом обстоятельств, главным из которых явилось то, что достаточно полный учебник по судовым системам последний раз был выпущен более пятидесяти лет назад [1]. Достоинством этого учебника, отличавшим его от многих последующих, являлись рекомендации по выбору элементов систем, согласованию характеристик насосов и трубопроводов.

В учебных пособиях более позднего выпуска главный упор делался на описание систем и их работы [10, 11]. Поэтому можно считать, что они были посвящены не столько проектированию систем, сколько конструированию. Проектирование в современной технике требует системного подхода, основанного на выявлении связей объекта со всем многообразием условий среды его существования. В области систем проектирование требует учета и увязки большого количества разнородных и противоречивых требований, регламентированных как Правилами Регистра, РД, ОСТами, так и другими нормативными документами, а также особыми требованиями Технического задания (Заказчика судна).

Хотя системы являются достаточно консервативным объектом, в нормативную документацию постоянно вносятся изменения направленные на повышение надежности систем и ужесточение защиты окружающей среды. Поэтому при проектировании какой либо системы важно иметь в виду не только набор Норм и Правил, а понимать их внутреннюю суть и смысл, представлять к чему может привести невыполнение какого- либо требования, записанного в них .

Кроме этого, все общесудовые системы косвенным или прямым образом связаны между собой, выбирая параметры одной из них, следует думать о том, какое влияние это окажет на смежные системы, систему электроснабжения, автоматизации и пр. Когда упомянутые выше задачи проектантом решены, можно приступать к конструированию системы – созданию конструкторской документации, необходимой для непосредственного изготовления системы в производственных условиях.

Все сказанное выше подтверждает мнение выдающихся инженеров, что проектирование любых сложных объектов является не ремеслом, а искусством, требующим высокого творческого потенциала, опыта и погружения в разрабатываемый проект. В этом плане предлагаемое пособие представляет собой лишь введение в науку и искусство проектирования, содержащее «ремесленные[1]» основы создания судовых систем с указанием направлений и путей выхода на более высокий уровень. Учитывая учебную направленность пособия, основной упор сделан на познавательный характер материала и возможность его использования в курсовом и дипломном проектировании студентами кораблестроительных специальностей.

С другой стороны, проектирование систем требует большого количества справочных материалов, которые могут увеличить объем пособия, не внося существенного вклада в познавательный процесс. Поэтому справочные материалы ограничены сведениями, которые необходимы для курсового проектирования важнейших систем – осушительной, балластной, противопожарной системы водотушения, вентиляции, сточной, водоснабжения. Эти материалы, большей частью, приведены в Приложениях. Те же из них, которые необходимы для более полного понимания излагаемых положений, приведены непосредственно в тексте. Автор сознательно не привел многие положения нормативных, источников, поскольку при реальном проектировании инженер должен иметь перед собой оригинал нормативного документа, а не его перепечатку.

Учебное пособие по основам проектирования всех судовых систем занял бы несколько томов книг, настолько обширна и сложна эта отрасль кораблестроительных наук. Поэтому в данном пособии мы ограничимся наиболее распространенными общесудовыми системами, которых также немало, что заставляет провести отбор и среди них. Критериями отбора служили:

- наличие требований к системе в Правилах Регистра (осушительная , балластная, воздушных и измерительных труб, вентиляции, противопожарная система водотушения)

- системы, оказывающие влияние на экологию окружающей среды и обитаемость (сточная, сбора и удаления нефтесодержащих вод, бытового водоснабжения, отопления);

Не вошли в настоящее пособие противопожарные системы, использующие другие, чем вода огнегасящие вещества, системы отопления, кондиционирования воздуха и прочие.

В связи с большим объемом материала и его определенной разноплановостью пособие разделено на две части. В первой излагаются общие принципы проектирования, а вторая посвящена проектированию конкретных систем. Первая часть служит формированию базовых понятий и представлений о судовых системах, их элементах, системном подходе к проектированию. Даются основные сведения о этапах проектирования и документации, создаваемой в процессе проектирования.

Вторая часть посвящена проектированию конкретных систем с развернутым показом их роли в обеспечении безопасности судна, обитаемости, экологической безопасности. Эта часть носит практический характер и предназначена для использования в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов, а также может быть полезна начинающим конструкторам в проектных организациях.

Настоящее пособие основано на опыте преподавания курса «Проектирование судовых систем» и ведения курсовых работ на протяжении более 20 лет. Большое значение имел личный опыт автора, полученный при проектировании судовых систем для реальных морских и речных судов при прохождении стажировок в ОАО КБ «Вымпел», работе в ОАО «НОКБ «ЛЕД» при НГТУ им. Р.Е. Алексеева по переоборудованию речного пассажирского флота, работе с экспертами Речного и Морского Регистра, строго рассматривавшими представляемые проекты.

За предоставленную таким образом возможность совершенствования в области проектирования систем, автор, прежде всего, выражает благодарность заведующему кафедрой «Кораблестроение и авиационная техника» Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева профессору В.А. Зуеву, который был инициатором и руководителем выполнения реальных технических проектов судов сотрудниками и преподавателями кафедры.

Автор выражает также свою благодарность высококвалифицированным специалистам ОАО КБ «Вымпел», работающим в отделе систем – Вязьмину Вячеславу Вольтеровичу, Кастальскому Александру Львовичу и Волкову Валерию Сергеевичу, которые щедро делились своим опытом и знаниями. Особую признательность автор выражает также экспертам ВФ РРР, научивших серьезному и вдумчивому следованию Правилам Регистра.

Принятые сокращения и обозначения

ЕСКД – Единая система конструкторской документации

РМРС – Российский морской регистр судоходства

РРР – Российский речной регистр

РД – Руководящий документ

СанПиН - Санитарные нормы и правила

СП - Спецификация

ТЗ - Техническое задание

ТП - Технический проект

ЭП- Эскизный проект

ПЗ- Пояснительная записка

ДГ- Дизель – генератор

ГД- Главный двигатель

БЦ - Балластная цистерна

йцу

ВВЕДЕНИЕ

В свете современного подхода к созданию технических объектов [1] выделяют два рода деятельности:

Проектирование - создание информационной модели (проекта) объекта , учитывающей многообразие его внешних связей со средой своего существования и определяющей способность надлежащего функционирования в этой среде. Главным «инструментом» здесь является мозг инженера, поскольку проектирование, являясь высшей формой интеллектуальной деятельности, требует высокой квалификации, знаний, опыта и таланта. Более подробно о проектировании будет рассказано далее в п. 2.1.

Конструирование – выполнение проекта объекта в деталях и подробностях, позволяющих изготовить этот объект в производственных условиях. Кроме обычных инженерных навыков и знаний, конструктор должен уметь пользоваться главными инструментами – электронными базами данных и компьютерными пакетами графического моделирования.

В начале ХХ в. существовала специализация: над проектом последовательно работали инженер – техник – чертежник. В настоящее время инженер должен выполнять все функции, начиная с проектирования и кончая выпуском рабочих чертежей. Предлагаемое пособие ориентировано, главным образом, на проектирование систем, не упуская из вида ключевые особенности их конструирования, выполнения чертежной и другой документации.

Системы являются распространенными объектами в природе, социальной и биологической среде, технике. Система (от греч. σύστημα, «составленный из частей») — множество взаимосвязанных объектов, совместно выполняющих заданную функцию. Наиболее важны системы, обеспечивающие живучесть того объекта, составной частью которого она является. Нам известны система кровообращения, нервная система, система пищеварения и многие другие, обеспечивающие жизнедеятельность человека. Точно также системы в технических объектах (автомобилях, судах, компьютерах) обеспечивают их живучесть. Поэтому можно дать такое более конкретное определение системы:

«Системой называется специально организованная часть объекта, осуществляющая его обмен веществом, энергией или информацией как внутри объекта, так и с окружающей средой, таким образом, что поддерживается способность противостоять неблагоприятным изменениям внутри объекта, а также вредным воздействиям на него окружающей среды и вредным воздействием объекта на окружающую среду».

Судно, как сложное инженерное сооружение является «системой систем», в число которых входит система связи и навигации, электроснабжения и пр. С традиционной кораблестроительной точки зрения в качестве систем далее рассматриваются только те из них, которые предназначены для перемещения жидкости или газа. С этой же точки зрения на судне имеются два вида принципиально разных объектов:

Устройство – компактный объект, занимающий, как правило, отдельный объем или площадь, специально предназначенные для него.

Система – протяженный объект, элементы которого проходят через помещения, специально не предназначенные для их размещения.

Последнее качество объясняет особое внимание к перемещению жидкостей и газов. Трубопроводы таких систем проходят через непроницаемые переборки, палубы, выгородки и при неблагоприятном стечении обстоятельств могут передавать в соседние отсеки затапливающую их воду, дым и пламя при пожаре. Поэтому все потенциально опасные для живучести судна и важнейшие для ее поддержания системы являются объектами подробной регламентации Правилами Регистра.

Судовые системы принято делить на три существенно разные группы:

- Системы силовых установок и агрегатов топливная, охлаждения, смазки, газовыпускная и др.;

- Специальные системы наливных судов и газовозов – грузовая, газоотводная, зачистная и др.;

- Общесудовые системы – осушительная, балластная, водопожарная и др. Они являются обязательной принадлежностью любого самоходного судна. Эти системы и являются предметом рассмотрения в настоящем учебном пособии.

Следует отметить, что в Правилах Регистра количество систем , относимых к общесудовым расширено на основе другого принципа – протяженности их трубопроводов на судну. Так, в РМРС и РРР к общесудовым отнесены зачистная и грузовая система танкеров , подогрева груза. , гидравлические и пневматические системы приводов механизмов, система сжатого воздуха , бытовых установок сжиженного газа и др.

Принятую к рассмотрению группу общесудовых систем также можно разделить на три части.

1. Системы обеспечения безопасности плавания и мореходности:

· Осушительная

· Балластная

· Системы воздушных и измерительных труб

· Противопожарная система водотушения

· Система шпигатов открытых палуб

2. Системы обеспечения надлежащих условий жизнедеятельности экипажа и пассажиров (обитаемостьсудна)

· Вентиляции

· Отопления

· Водоснабжения

3. Системы обеспечения экологической безопасности судна

· Система сбора и удаления нефтесодержащих вод

· Сточная система

Первая из частей, а также в значительной мере система вентиляции (с позиций удаления из МО, аккумуляторных и др. пожароопасных помещений испарений топлива, а также возможности передачи по коробам вентиляции воды, огня , дыма), регламентируется, в основном, Правилами Регистра [16, 17].

Проектирование систем во второй части регламентируется, главным образом, Санитарными Правилами [18, 19]. Третья часть систем проектируется с учетом как Санитарных Правил, так и требований Регистра к обеспечению экологической безопасности.

В Правилах выделяются трубопроводы особого назначения, разрушение которых при пожаре или иных воздействий, может о приводить к следующим последствиям:

а) нарушению работы важнейших систем и потере хода судна;

б) к разливу содержимого цистерн, находящихся в отсеке;

в) способствовать затоплению водой из смежных отсеков и из-за борта;

г) передаче через непроницаемые переборки и палубы пламени и дыма.

Кроме этого, в зависимости от вида проводимой среды, ее опасности вследствие повышенной температуры и давления, трубопроводы делятся на классы - I, II, III. В соответствии с классом для трубопроводов регламентируются определенные типы соединений, термической обработки, сварки, виды и объемы испытаний. Несмотря на то, что вид среды, температура и давление во многих ответственных трубопроводах соответствуют низшему классу III, требования к ним устанавливаются как к трубопроводам I и II класса.

К ответственным трубопроводам общесудовых систем относятся осушительные, балластные, водопожарные, а также трубопроводы систем, находящихся ниже главной палубы и пересекающие непроницаемые переборки отсеков, главную палубу.

Подавляющее количество общесудовых систем являются водопроводными, и обзор их элементов выделен в отдельный раздел, с которого и начинается данное пособие, поскольку без предварительного знакомства с составными частями невозможно разобраться в особенностях проектирования и конструирования систем.

Настоящее учебное пособие в изложении основано на трех основных судостроительных нормативных документах:

–Правила классификации и постройки морских судов Российского морского регистра судоходства ( Правила РМРС [16]);

-Правила классификации и постройки судов внутреннего плавания Российского речного регистра (Правила РРР [17]).

-Санитарные Правила (СанПиН [18], Cанитарные Правила для морских судов [19])).

Кроме этого, приняты во внимание установления и рекомендации руководящих документов (РД) и ОСТов, конкретизирующие требования Правил.

Когда в тексте имеется ссылка на Правила, содержащиеся как в РМРС так и в РРР, они упоминаются как «Правила Регистра» или просто «Регистр».

Сведения из указанных документов, приведенные в данном пособии, могут быть использованы для выполнения курсовых и дипломных работ. Большей частью они носят характер комментариев и пояснений и не могут заменить точное изложение требований указанных документов – инженеру в КБ при разработке проекта системы необходимо иметь на руках оригинал документа и руководствоваться его точным текстом.