100,000DWT散货船动力装置设计毕业论文

 2020-04-08 02:04

摘 要

船舶动力装置设计主要包括机舱布置图的绘制、船舶管系的设计、主推进装置选型和其他机械设备选型,其中主推进装置的选型是重中之重。本文我要完成100000DWT散货船的动力装置设计,首先,根据给定的船舶参数,采用成熟的经验公式对船舶阻力进行估算;然后,使用爱亚法求出船舶的有效功率;最后,通过机桨匹配确定主机的型号以及合适的螺旋桨。紧接着根据已知的船舶参数完成本船其他系统和设备的估算,依据估算结果进行其他动力装置选型和设备选型,然后编制主要机械设备明细表,撰写本船舶的轮机说明书。使用AutoCAD完成机舱布置图和机舱海水冷却系统管系图的绘制,图纸包括5张机舱布置图和1张管系图。本船舶动力装置设计过程科学合理、环环相扣,在保证可靠性的前提下最大程度地控制成本,提高了该船舶的市场竞争力。

关键词:选型;爱亚法;设计;轮机说明书;

Abstract

The marine power plant design mainly includes the drawing of the engine-room layout, the design of the ship piping system, the selection of the main propulsion system, and the selection of other mechanical equipment. Above all I will finish the selection of the main propulsion system. In this paper, I want to complete the power plant design of the 100000DWT bulk carrier. First, according to the given ship parameters, the ship resistance is estimated by a mature empirical formula; then, the effective power of the ship is calculated by using the Ayre method; Finally, I will identify the type of the main engine and the appropriate propeller by machine propeller matching system. Then the other systems and equipment of the ship are estimated according to the known ship parameters. According to the estimated value, I will finish the selection of other power plants and equipment, and then compile the main mechanical equipment list, write the ship's Machinery Specifications. AutoCAD is used to complete the engine room layout and the drawing of the piping diagram of the engine room cooling sea water system, the drawings include five engine-room layouts and a piping diagram. The design process of the marine power plant is scientifically reasonable and interlocking. On the premise of ensuring reliability the cost is controlled as much as possible and the ship's market competitiveness has improved.

Key Words:selection;the Ayre method;design; Machinery Specifications ;

目录

摘要 I

第1章 绪论 1

1.1本课题的研究背景、目的及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3本文的主要内容 2

第2章 主推进装置选型论证 3

2.1 概述 3

2.2 船舶阻力计算 3

2.3求功率曲线(爱亚法) 4

2.4 主机有效功率的确定 5

2.5 螺旋桨的终结设计问题 8

第3章 本船动力装置、设备的估算及选型 10

3.1 发电机组的选型 10

3.2应急发电机选型 10

3.3 蒸汽发生装置选型 10

3.4燃油系统设备估算 11

3.4.1油料的选用 11

3.4.2耗油量的计算 11

3.4.3燃油舱容积计算 12

3.4.4油泵及分油机的计算 14

3.5 滑油系统设备估算 16

3.5.1滑油储存舱的容积 16

3.5.2滑油分油机的计算 18

3.6压缩空气系统设备估算 18

3.6.1用于主机启动的主空气瓶 18

3.6.2主空气压缩机 19

3.6.3用于辅机启动的辅助空气瓶 19

3.6.4应急空气压缩机 19

3.7冷却系统设备估算 20

3.7.1主机滑油冷却器 20

3.7.2主机缸套水冷却器 21

3.7.3中央冷却器 21

3.7.4空气冷却器 22

3.8 保船系统设备估算 23

3.8.1舱底水系统 23

3.8.2压载水系统 24

3.8.3消防系统 24

3.8.4生活用水供给系统 25

3.9 通风系统设备估算 27

3.10 防污染设备估算 29

3.10.1焚烧炉 29

3.10.2油水分离器 29

3.10.3生活污水处理装置 29

第4章 主要机械设备明细表 31

4.1 主机 31

4.2 螺旋桨 31

4.3 发电机组 31

4.4 应急发电机 32

4.5 组合锅炉 32

4.6 油 泵 33

4.7 水 泵 34

4.8 分油机 36

4.9 空压机和空气瓶 36

4.10 通风装置和空气调节装置 37

4.11 热交换器 38

4.12 舱柜和箱体 39

4.13防污染装置 40

4.14船用消防器材 40

4.15机修间设备 41

4.16其他 41

第5章 轮机说明书 43

5.1 概 述 43

5.1.1轮机概述 43

5.1.2燃油 43

5.1.3设计工况 43

5.2主机 45

5.3轴系和螺旋桨 46

5.4发电机装置 46

5.4.1主发电柴油机组 46

5.4.2应急发电机组 46

5.5蒸汽发生装置 47

5.6压缩空气系统 47

5.6.1主空压机 47

5.6.2应急空压机 47

5.6.3甲板空压机 47

5.6.4主空气瓶 48

5.6.5应急空气瓶 48

5.6.6控制空气瓶 48

5.6.7控制空气干燥器 48

5.7冷却水系统 48

5.7.1冷却海水泵 48

5.7.2主机缸套水冷却泵 48

5.7.3低温冷却淡水泵 49

5.7.4停泊低温冷却淡水泵 49

5.7.5主机缸套水冷却器 49

5.7.6中央冷却器 49

5.7.7主机缸套水预加热器 50

5.7.8主机缸套水预加热泵 50

5.8给水和排放系统 50

5.8.1组合锅炉给水泵 50

5.8.2空气冷却器 50

5.9燃油系统 50

5.9.1主机和发电柴油机燃油供应模块 50

5.9.2燃料油输送泵 51

5.9.3柴油输送泵 51

5.9.4燃油分油机 51

5.10滑油系统 51

5.10.1主滑油泵 51

5.10.2滑油输送泵 51

5.10.3带加热器和给水泵的滑油分油机 52

5.10.4主机滑油冷却器 52

5.10.5气缸油输送泵 52

5.10.6艉管滑油输送泵 52

5.10.7滑油精滤器 52

5.10.8滑油旁通滤器 53

5.11消防,舱底,压载和通用系统 53

5.11.1消防、舱底总用泵 53

5.11.2舱底、消防总用泵 53

5.11.3压载泵 53

5.11.4舱底水油水分离器 54

5.11.5日用舱底泵 54

5.11.6油渣泵 54

5.11.7应急消防泵 54

5.11.8货舱舱底水泵 54

5.12日用淡水系统 55

5.12.1制淡装置 55

5.12.2淡水泵 55

5.12.3淡水压力柜 55

5.12.4热水循环泵 55

5.12.5消毒器 55

5.12.6热水器 56

5.13机舱的风机 56

5.13.1机舱通风机 56

5.13.2分油机间抽风机 56

5.13.3机舱焊接区域抽风机 56

5.14机修间设备 56

5.14.1通用车床 57

5.14.2台钻 57

5.14.3砂轮机 57

5.14.4电焊机 57

5.15防污染设备 57

5.15.1焚烧炉 57

5.15.2生活污水处理器 57

5.15.3舱底水油水分离器 58

5.16其他 58

5.16.1集控室空调 58

5.16.2机修间空调 58

第6章 结论 59

中外文参考文献 60

致谢 61

第1章 绪论

1.1本课题的研究背景、目的及意义

全球 90%的国际贸易货物依靠船舶运输[1],众所周知,运输货物的途径有好多种,天上的货运飞机因其快捷而被用来运输一些贵重、不耐储存的货物,铁轨上呼啸而过的货运火车承担着各类大宗货物的运输任务,我们最熟悉的货车负责将货物运送到千家万户。当然,货物运输还离不开船舶,船舶运输成本低,运输量大,是其他运输方式不可替代的。近年来,在“海洋强国”大战略的号召下,我国船舶制造业蓬勃发展。然而,从一个海洋大国到一个海洋强国,中国还有一段路要走。目前我国船舶制造业的许多核心技术和关键设备都依赖进口,被国外牵着鼻子走的现状依然存在。船舶生产出来要投入运营,航运业是否景气直接关系着船企的兴衰。航运业是一个高度国际化和具有多元文化的产业[2],“21世纪海上丝绸之路”给航运业带来了希望,间接地促进了船舶制造业的发展。同时,在可持续发展社会的驱动下,航运的安全和高效较以往而言变得更加重要[3]

自60年代末以来,科学界已经意识到全球变暖的严重危害[4]。全球变暖使得极地冰川的溶解速度大幅度加快,进而导致海平面不断上升,如果不加以遏制,可能我们辛苦建设的家园将化为一片汪洋。除了全球变暖,我们赖以生存的大自然正面临着巨大的环境问题。其中,硫燃烧的产物不加以处理就随意排放,让罕见的酸雨侵袭着动植物赖以生存的土壤;氮氧化物形成的光化学烟雾破坏着稳定的大气环境,消耗着为我们抵挡紫外辐射的臭氧层。船舶在航行过程中,排放的尾气就包含这些污染物质。当然,如果要让船舶排放的污染物质为零是不现实的,我们通过控制排放,让排放量处在合理的限度内,才是可行的。船舶使用的柴油属于化石燃料,化石燃料的燃烧生成的气体中,二氧化碳占据绝大部分,一小部分是硫氧化物和氮氧化物。不难发现,如果能降低船舶的油耗,就能大幅降低这些污染物质的排放量。因此,我们可以釆用燃油消耗率低的主机,利用减额输出选择主机功率使燃油消耗进一步降低[5]。近年来,随着国际油价上涨,船舶营运成本和材料成本的增加[6]。由此看来降低油耗不仅可以节约开支,同时符合环境保护的要求。燃油的品质也影响着排放产物的污染物质含量,MARPOL 附则 VI规定全球含硫量限值到 2020 年 1 月1 日需减至 0.5%[7],面对如此严苛的排放要求,需要船东认真地选择合适的燃油和处理设备。

按照载重吨位来分类,我所设计的100,000DWT散货船属于好望角型(capesize 型),是一艘大型散货船。矿石 、煤炭等大宗散货的远洋国际贸易运输 ,大多数是由 capesize 型大型散货船来完成 [8]。随着全球环境形势的日渐严峻,促使散货船向大型化、环保化发展。大型散货船的出现,使得营运成本降低,而对于船东来说,船舶的经济性是其最大的追求目标[9]。大型散货船的出现加快了货物的装卸效率,使得港口的利用率提高,其必将成为未来干散货运输的中坚力量。

1.2国内外研究现状

国内的造船企业具备生产大型及超大型散货船的能力,并且所生产的散货船的全球所占份额要远远高于国外。由中海工业(江苏)有限公司张曙光设计的118 000 D W T 散货船,使用的是1 台 M A N -Bamp; W 6S60MC-C MK V-II型主机,这台主机的持续功率为 12 204 kW,对应的转速为104.2rpm,该船舶动力装置设计合理,尤其压载水系统安全可靠[10]。国外造船强国如日本和韩国,他们船舶的国产设备装机率远高于中国,造船效率也高于中国,并且拥有丰富的生产管理经验以及先进的造船技术。下面列举出国内外大型散货船的具体数据对比,见下表:

110000DWT BC

OSHIMA-A

110000DWT BC

OSHIMA-B

118 000 D W T

散货船

115000DWT

散货船

设计国家

日本

日本

中国

中国

船长

235m

255m

260m

254m

垂线间长

230m

249.62m

254m

249.8m

型宽

43m

43m

43m

43m

型深

21.4m

19.3m

20.25m

20.8m

设计吃水

13.7m

12.6m

13m

12.2m

结构吃水

15m

13.5m

14.5m

14.5m

1.3本文的主要内容

本文第一部分进行主机的选型论证,里面涉及船舶阻力计算以及主机有效功率的估算,除此之外还有螺旋桨的终结设计。第二部分完成船舶辅助动力设备的选型,紧接着分别完成对通风系统、燃油系统、保船系统、冷却系统、压缩空气系统和滑油系统的设备估算。全部设计过程是一个螺旋展开和上升的过程[11]。然后根据主要设备的产品规格、数量、以及机舱的位置、大小和具体形状,同时考虑机舱内可能出现的安全隐患以及机舱的布置应有利于轮机员的维护管理,完成机舱的设备布置图。在满足可靠性、操作性的前提下,根据各设备在机舱的具体位置,确定合适的管系布置图。

第2章 主推进装置选型论证

2.1 概述

主推进装置是船舶能够正常行驶的动力源泉,主推进装置主要包括主机、传动轴系和螺旋桨。一方面,主推进装置的造价约占据整艘船舶造价的30%;另一方面主机是船舶上耗油量最大的设备,由此产生的燃油费用也是一笔不小的开支。为了降低船舶营运成本,主机作为船舶主要燃油消耗设备,提高其效率,降低其油耗成为重要的研究目标[12]。因此,科学合理地进行主推进装置选型是船舶动力装置设计的第一步,也是后续设计工作的基础。

2.2 船舶阻力计算

当船舶航行在水面上时,船舶主柴油机源源不断地为船舶提供着驱动力,推动船舶乘风破浪,驶向前方。从受力方面来说,船舶所受的外力主要包括螺旋桨转动时产生的推力以及大气和水阻碍船舶前进的阻力。进一步来讲,船舶前进时的阻力包括水阻力和空气阻力,水阻力即水对船舶水面以下部分的阻力,空气阻力即空气对水面以上部分的阻力。

在船舶设计过程中,船舶阻力预报是必不可少的环节[13]。为了方便计算船舶阻力大小,我们将船舶阻力划分为基本阻力和附加阻力。船舶阻力的估算方法通常可分为船模系列试验估算、经验公式估算及母型船数据估算等方法[14]。下面我使用经验公式对本船的阻力进行估算:

1、摩擦阻力的估算:参见《船舶原理》P151-P152

=S (2.1)

其中:S:船体湿表面积;

:摩擦阻力:

:每平方米湿表面积的摩擦阻力。

1)计算船的湿面积:S=Ld[2 1.37(] (2.2)

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