3,800DWT甲板运输船动力装置设计毕业论文

 2020-04-08 03:04

摘 要

船舶动力装置亦称“轮机”,是保证船舶按任务需求进行航行、作业、停泊及船上各类人员正常工作和生活所必需的机电设备的有机综合体。它的主要任务是产生各种能量,并实现能量的转换、利用和分配,因而有船舶“心脏”之称。它用来保证船舶正常航行、作业、停泊以及船员、旅客正常工作和生活,是船舶的一个重要组成部分。船舶,根据其大小、用途,航区的不同,动力装置机械中机械、设备及系统的规模、数量和复杂程度是不同的,但其组成基本相同。它可分为以下几个方面的内容:推进装置、辅助装置、船舶管路系统、船舶甲板机械、机舱遥控及自动化设备。

本文主要是根据船舶的已知条件,首先进行船舶主机选型论证,得出主机的各项重要的参数,并且通过船、机、桨匹配计算和分析确定了螺旋桨以及螺旋桨与船舶航速之间的关系,借此估算船上各系统的主要机械设备,在满足设计技术要求(如航速、桨径、转速、功率)的基础上,同时考虑主机的重量与尺寸、功率与转速、燃油与滑油、主机的造价、寿命及维修、振动与噪声、柴油机的热效率和燃油消耗率前提下,从而选择一套从主机到螺旋桨的最佳的推进装置。接着把这些设备以及相应的主要参数汇编成一个设备明细表,集中反映船上主要设备的情况,最后对船舶的各层机舱和各个系统的布置以及包含的主要设备和功能做一个大概的说明,形成对船舶情况大致描述的轮机说明书。其中利用Auto CAD等绘图工具比较粗略地绘制了各层机舱的主要机械设备的形状以及布置情况,形成了共5张机舱布置图、船舶机舱管系原理图。

论文主要是通过对船舶各系统的主要设备的计算和布置,来深入了解船舶上各系统是如何根据船舶的需要而进行相应的设计。可以看到各系统是环环相扣,紧密联系的。论文的研究就是通过这样的计算和设计来合理地分配船上的需求,使得船舶能够优化各系统之间的联系,从而最大化地利用有限的能源和避免能源浪费,实现节约能源,提高利用效率的效果。

关键词:动力装置;设计匹配;选型论证;机舱布置

Abstract

Marine power plant, also known as " Turbine ", is an organic complex device which ensures the ship to sail, operate , berth , work and live in accordance with the requirements of the mission. The Primary Mission is to produce various kinds of energies, to realize the conversion of the energies and utilization and distribution of energies, so it is known as the "heart" of ships. It is used to ensure the normal navigation, operation, berthing, normal working and living of crews and passengers in the ship. it is a significant part of the ship. Although The size, quantity ,complexity of machinery, equipment and system in power plant machinery are different according to their size, use and navigation area of the ship, their compositions are basically the same. It can be divided into the following aspects: propulsion devices, auxiliary devices, ship piping system, ship deck machinery, engine room remote control and automation equipment.

In this paper, according to the known conditions of the ship, I have conducted the Selection and demonstration of ship main engine at first .And the important parameters of the main engine are obtained, at that time, based on the calculation and analysis of propeller matching and the relationship between propeller and ship speed, the main mechanical equipment of each system on board the ship is estimated on the basis of satisfying the design technical requirements (such as speed, diameter, speed, power). At the same time, considering the weight and size of the main engine, power and speed, fuel and lubricating oil, the cost, life and maintenance of the main engine, vibration and noise, the thermal efficiency and fuel consumption rate of the diesel engine, I concluded and selected a set of the best propulsion from the main engine to the propeller. Then the main parameters of the equipment and the corresponding are compiled into a detailed list of the equipment, which reflects the situation of the main equipment on board the ship.In the end , a general description of the arrangement of each deck and each system of the ship and the main equipment and functions contained therein shall be provided to form a turbine description that is broadly described in the case of the ship.The shape and arrangement of the main machinery equipment in each floor of the engine room are roughly drawn by Auto CAD and other drawing tools, and a total of five engine room layout drawings and the schematic diagram of the engine room pipe system are formed.

Through the calculation and arrangement of the main equipment of the system of the ship, my work would research and understands deeply how the system is designed according to the ship needs. It can be seen that the systems are interconnected and closely linked. The research of this paper is to distribute the ship demands reasonably through this kind of calculation and design,and optimize the relationship between the systems of the ship ,and maximize the use of limited energy and minimize the waste of energy, in order to realize energy conservation highly and to improve the efficiency of utilization .

Key Words:power plant;design matching;selection and demonstration;engine room arrangement

目录

第1章 绪论 1

第2章 主机选型论证 2

2.1 概述 2

2.2 设计依据 2

2.2.1 船型 2

2.2.2 船舶主要尺度 2

2.2.3 航速,续航力 3

2.3 船舶阻力计算 3

2.4 求功率曲线(爱尔法) 5

2.5 主机有效功率的确定 6

第3章 主要机械设备估算 9

3.1 减速齿轮箱 9

3.2 船舶电站 9

3.2.1 主柴油发电机组 9

3.2.2 停泊柴油发电机组 9

3.3 停泊柴油发电机组 10

3.4 燃油系统设备估算及选型 10

3.4.1 主机柴油消耗量计算 10

3.4.2 发电机组柴油机柴油消耗量计算 10

3.4.3 柴油舱容积计算 11

3.4.4 柴油日用柜容积计算 11

3.4.5 应急消防泵柴油机油柜计算 12

3.4.6 燃油输送设备选型 12

3.5 滑油系统设备估算及选型 12

3.5.1 主机滑油消耗量计算 12

3.5.2 发电机组柴油机滑油消耗量计算 13

3.5.3 滑油储存柜容积计算 13

3.5.4 污滑油柜容积计算 14

3.6 机舱海水总管直径计算 14

3.6.1 舱底水总管计算 14

3.6.2 空舱舱底水支管计算 14

3.6.3 机舱舱底水支管计算 15

3.6.4 舱底泵排量计算 15

3.7 压缩空气系统设备估算及选型 15

3.7.1 空气瓶容量计算 15

3.7.2 空气压缩机能量计算 15

3.8 机舱海水总管直径计算 16

3.8.1 压载水系统计算与选型 16

3.8.2 舱底水系统计算与选型 16

3.8.3 消防系统计算与选型 17

3.8.4 生活水系统设备选型 19

3.9通风系统 19

3.9.1 按主付机余热散发量、燃烧需要空气量计算 19

3.9.2 按机舱换气次数计算 21

3.10 防污染设备 21

第4章 主要机械设备明细表 21

4.1 主机 21

4.2 船用减速齿轮箱 21

4.3 主发电机组 22

4.4 停泊发电机组 22

4.5 水泵 23

4.6 油泵 24

4.7 空压机及机舱风机 25

4.8 热交换器及压力容器 25

4.9 其它 26

4.10 防污染设备 26

4.11 消防设备 27

4.12 机修设备 28

第5章 轮机说明书 29

5.1 概述 29

5.2 推进装置 30

5.2.1 主机参数 30

5.2.2 齿轮箱参数 30

5.2.3 轴系部分 30

5.3 柴油发电机组 31

5.4 动力管系 31

5.4.1 燃油系统 31

5.4.2 滑油系统 31

5.4.3 冷却系统 31

5.4.4 排气系统 32

5.4.5 压缩空气系统 32

5.4.6 通风系统 32

5.4.7 操舵系统 32

5.5 船舶系统 33

5.5.1 舱底、消防、压载水系统 33

5.5.2 二氧化碳灭火管系 33

5.5.3 油污水处理系统 34

5.5.4 测深、透气、注入系统 34

5.5.5 日用淡水管系 34

5.5.6 疏排水管系及生活污水处理系统 34

5.5.7 防止船舶垃圾污染系统 35

5.6 主机操作系统 35

5.7 其它 35

5.7.1 热工仪表 35

5.7.2 绝热包覆 35

第6章 结论 35

参考文献 36

致谢 37

第1章 绪论

人们动力科技的发展史是个前赴后继,却又不断更新,展现在我们眼前的是一段硕果累累的艰难历程。远古时期,人类所依赖的动力来源于人力、畜力、风力、水力等,逐步发展到当今世界的各种动力机械,乃至于是核能和太阳能。其中的典型代表就是船舶动力装置,在经历了早期的独木舟和木板船的时代,直至1879年时世界上才有第一艘钢船问世,从而才开始了附有现代化气息的钢质船舶时代。船舶的动力装置也由19世纪的人力、畜力和风力发展到使用机械装置。及至今日,形成了以柴油机为主,多种动力装置并存的多元化动力装置结构。

随着的社会进程的提升,导致人们对船舶动力系统的性能也提出了更高的要求,以柴油作为动力的系统装置在当前船舶动力装置中使用量仍旧非常之大,在现如今萧条的世界经济大环境下,能否造质量更好的船,能否造性价比更高的船决定了船厂的存亡[1]

设计船舶动力装置时,如何在满足结构材料选用合理、经济又能保证船体结构强度符合安全性要求的前提下,让整艘船的结构重量能降到最轻,以降低建造的经济成本,提高其营运效率;怎样选取合适合理的设计参数,进而使得装置油耗最小、效率最高、材料最节省;而在关于机舱管系的布置设计中,怎样使所选取的设备容量最小、管路最短,但又可以满足设计的需求与要求[2];在轴系的布置中,如何使轴承布置的间距最佳,才能让轴承负荷小且均匀,例如这些等等,目的全是让这类设计问题的目标达到最佳、效果能够最优[3]。这一点对我国的造船工业以及航运事业的发展有着非常重要的经济意义。

本文首先开始的对船舶上耗能最大的机械设备——主机进行计算,根据给定船舶的条件选择相匹配的主机[4] [5]。接着便是计算给定船舶相应的主要机械设备,算出各自的主要参数,由此选择合适的型号,且最后将整个系统优化。以前,船舶动力装置的设计中的“最优”,往往都只是较多的采用个人经验和个人直觉,人为地判断。但随着我国生产的不断发展进步以及设计的问题越来越复杂化,进行优化所涉及的因素也愈来愈多,这时假若单单凭借经验和直观判断,很难得出最优的设计方案[6]。伴随着最优化理论的发展与高性能计算机优化软件的出现,让我们对船舶动力装置最优设计问题的研究变得更有可能,并得以顺利解决[7]。船舶动力装置最优设计是船舶动力装置设计的必然趋势与未来方向,是新科技、新方法在船舶动力装置设计中的应用之一,应该对此进一步开发、推广和应用。

第2章 主机选型论证

2.1概述

主机选型是动力装置设计的核心。与主机相关的性能会直接影响到船舶的各项系数,例如:船舶营运的操纵性、经济性、可靠性、噪音及振动、以及机舱布置等。因此,主机选型对动力装置设计是相当重要的。

匹配设计可以被分为两个阶段,一是初步匹配设计。例如已知船舶的主尺度,船体有效功率曲线Pe(v),螺旋桨的直径D或转速n和船舶要求的航速Vs,确定螺旋桨的效率,螺距比p/D,主机的功率和螺旋桨所需最佳直径,以便于主机与传动设备的选型。接着是终结匹配设计。根据主机的功率与转速,船舶的有效功率曲线,传动设备与轴系的传送效率,桨的收到动率和船身效率等计算船舶所能达到的航速和螺旋桨的最佳要素(螺旋桨直径,螺距比及螺旋桨效率)。

主机选型应该根据本船的特点以及船体设计所提供的资料来进行。本船是甲板运输船,对主机选型,有一些要求:

1.重量尽量的轻并且外形尺寸尽量的小

2.对滑油和燃油的要求比较低

3.主机价格比较低

4.震动和噪音较小

2.2设计依据

2.2.1船型

本船为钢质,连续单甲板带首楼、前倾首、尾框底骨的钢板焊接尾柱、左右舷舭部设有舭龙骨,由两台船用柴油机经齿轮箱传递,驱动固定螺距螺旋桨推进的双机、双桨、双舵尾机型船。首楼甲板上部设有二层甲板室。

2.2.2船舶主要尺度

表2.2.2.1船舶主要数据

总长

Loa

100.00

m

载重量

2470

t

水线长

LwL

100.00

m

主机型号

CW6200ZC-16

垂线间长

Lpp

98.50

m

标定功率

350×2

kW

型宽

B

19.00

m

试航速度

8.2

kn

型深

D

5.58

m

服务航区

沿海

设计吃水

d

4.00

m

船员人数

10

2.2.3航速,续航力

本船设计航速在4.00m设计吃水和如下条件下,约为8.2kn:

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