船舶动力装置原理与设计-第6章

船舶动力装置原理与设计讲义第6章船舶动力装置设计——设计观点——设计内容——设计中应考虑的问题——机舱布置下午3时53分2•全局与综合的观点：综合考虑可靠性、经济性和机动性•相关与协调的观点•优化设计的观点设计观点下午3时53分3优化设计的问题•在船舶动力装置设计中，如何选取合理的设计参数，使装置效率最高、油耗最小、材料最省，在机舱管系布置设计中，如何使所选设备容量最小，管路最短，而又能满足设计要求；•在轴系布置中又如何使轴承负荷小而均匀；•船用齿轮箱优化设计程序；•船机桨工况最优配合设计程序；•船舶柴油机余热利用系统优化设计程序；•船舶动力装置海水冷却管系温度参数的最优选择程序下午3时53分4计算机辅助设计•设备选型设计系统•主机选型优化设计•发电机组选型设计•锅炉选型设计•机舱布置设计•管系设计与布置•轴系校中与振动集成计算下午3时53分5船舶动力装置设计的复杂性原因1)各种船舶用途的复杂性：任务繁多、要求各异2)动力装置除完成上述各种任务外，船员、旅客在其上生活工作，动力装置必须提供必要的条件。3)船舶这种水上的“活动建筑物”，在任何时刻都受到风浪、水流、气候等环境因素的直接影响，且长时间离开陆地，独立活动，要在孤立无援的条件下保障安全、正常工作。4)船舶排水量也是有限的，动力装置必须布置在有限空间内。下午3时53分6船舶动力装置设计的特点•须符合船舶的特殊使用条件——船用条件，包括环境条件、空间条件。•须设计成具有必要的目标任务条件和合适的保障条件，包括营运条件、作业条件、研究条件及工作条件、生活条件和生存条件。•须全面地综合地进行设计、进行通盘考虑，包括动力装置与总体性能、动力装置与其他专业、动力装置内部各子系统之间的综合平衡和匹配，以实现预定的技术经济指标。•须全面掌握动力装置所覆盖的各技术领域，如船舶推进技术、热能转换技术、电气技术、安全技术、消防技术、防污染技术、冷藏技术、通风和空调技术、仿真技术以及人员生活、生存技术等。•受控于国际公约、规则、船级社规范、船旗国法规等要求和约束。•须根据市场经济的特点，对设备的选用和配套应在目标成本的控制下进行。下午3时53分7原则要求•1.可靠性(冗余度)•2.营运经济性•3．操纵性(操纵简单,管理方便)•4．可维性(设备的结构形式\系统与管路的布置应使维修方便简捷)•5．建造经济性•6．重量、尺寸指标•7．振动、噪声指标下午3时53分8•经济性：一个是属于船体工作方面的性能。为了提高船体方面的性能，在设计运输船舶时要力求向装载量大、航行阻力小、推进效率高、装卸速度快、造价低等方面努力。另一个属于动力装置方面的性能。为了提高船舶的运转经济性能，在设计运输船舶时要力求燃料消耗少、维修保养简便、重量尺寸小、使用期长、造价低等。（1）提高装置的推进效率。其中，提高螺旋桨效率最为有效，另—途径是改善船、机、桨之间的配台（2）提高装置热效率–选用低油耗高热效率的主机–采用劣质燃料–充分利用装置废热（3）改进船舶操纵，实行经济航行（4）努力降低建造成本。下午3时53分9具体要求•符合任务书或规格书或合同文本对动力装置的要求。•符合船舶总体性能对动力装置的要求。•符合该船所入船级的船级社规范的要求。•符合该船登记国(船旗国)的有关法规。如挂中国旗，应符合“船舶和海上设施法定检验规范”。•符合该船受控的国际公约、规则的要求(Solas公约、MARPOL公约)。•符合该船营运中所涉水域或港口的有关规定（如进入美国水域或专属经济区则应符合美国海岸警卫队USCG的规则；巴拿马运河规则等）。•符合设备厂规定或推荐的系统设计要求，或与其协调，以最终满足具体船舶的要求。下午3时53分10主要内容•(1)主推进系统设计。包括主机选型、主机及齿轮箱配套、主机及齿轮箱和调距桨配套等；•(2)轴系设计；•(3)电站设计(主电站及应急电站)；•(4)热源系统设计(蒸汽、热媒油等)；•(5)动力系统设计(燃油、滑油、冷却水、压缩空气、进排气、加热蒸汽或热媒油等系统)和辅助设备选择；•(6)船舶系统设计(疏排水系统，注入、测量、空气系统，供水系统，舱底水系统，压载水系统，消防系统等，以及油船、液化气船和化学品船的专用系统)；•(7)自动控制、监测、报警系统设计；•(8)防污染系统设计(机舱防油污系统、油船防油污系统、生活污水防污染系统及防止有毒液体物质污染系统等)；•(9)机舱通风系统设计。下午3时53分112.船舶动力装置总体设计船舶动力装置包含着数量众多的机械及系统，它们之间有着密切的联系和相互影响，形成了一个复杂的工程系统，这个工程系统的设计就称为总体设计。总体设计的任务是针对设计任务规定的要求，制定一个既切实可行又效果良好的、供生产用的工程设计。下午3时53分126.1船舶动力装置设计的内容与程序按任务的性质分为两大类：1)生产性设计生产设计对象一般是成熟的船舶，已有过很多的设计、制造和使用经验，设计的要求属于一般性问题，为数不多，动装的形式及其主要的机电设备，基本上已经确定，无多大选择余地。一般这样的设计任务，可以用同类型船舶作蓝本，依靠常规技术便可完成。2)发展性设计用船部门根据他们的发展计划提出来，没有多少经验可效仿，必须根据任务的要求进行详细和大量的分析工作，运用不同的技术和措施，提出多种可能的方案，以便进行对比，从而选择最优设计方案。下午3时53分13报价设计设计部门对用船单位提出的技术任务书及营运要求进行详细分析研究，并作技术上的检验校核，从而初步确定船舶动力装置主、辅机，设备选型以及机舱中的设备大体布置，编制一份简要的动装说明书、机舱布置图、主要设备清单。同时，应提供主要设备供应厂商表，估算动装总成本，再按当时市场状况(贷款利率、付款方式、订货价格)提交给用船单位，用船单位根据资料，认为满意，则与设计部门进行技术与商务谈判，进一步明确动装的技术细则，以详细说明书的形式确定下来，签订合同。又称为投标设计。下午3时53分14方案设计根据任务的要求，经过分析比较，主要技术措施作原则性的确定，提出一个合理的原则性方案。在方案设计中要提出设计工作的每项重大措施的技术根据，全面说明如何达到设计任务的要求，提出方案的现实性和优越性(技术上先进、经济上合理)。方案设计也称为方案论证。在发展性设计中，方案论证是全部工作的根本。下午3时53分15技术设计使方案具体化，即将机械设备的型式、性能、数量，系统中各组件的结构和性能，物品的消耗及补充以及安全等重大技术问题，用计算方法作出明确的决定，以技术文件和图来表达。如编制设计计算书、设备明细表，绘制机舱布置图等。图纸的内容，应满足船舶检验部门的规定和要求，以及船厂进行生产准备和施工的需要。施工设计将技术设计所确定的全部机械设备，按机舱布置图规定，把它们安装在机舱内，并将有关设备连接起来的工艺措施称为施工设计，并以安装施工图纸来表达。下午3时53分16方案设计(合同设计)主机、辅机及机械设备的选型论证传动方式及设备的选型论证提出主要机电设备的订货清单绘制各方案的机舱平面布置图绘制主要管系的原理图机械设备的计算书电站选型6.1船舶动力装置设计的内容与程序下午3时53分176.1船舶动力装置设计的内容与程序根据技术任务书的要求及船体线型和布置，选定装置型式、主机及有关机械设备，进行船舶轴系、动力系统及船舶系统的计算。绘制机舱布置图(轴系布置图、艉轴管装配图)绘制各管系的布置图船舶设备(锚机、舵机、起货机等)的选用或设计某些非标专用设备的设计船舶电站的计算及布置编制有关技术文件，如轮机说明书、机械设备计算书，轴系计算书、电站负荷计算书、机械设备计算明细表、轴系材料及管系附件明细表、技术图纸、文件目录、试车、试航规程和备件及工具清单等。技术设计(详细设计)下午3时53分186.1船舶动力装置设计的内容与程序施工设计(生产设计)主、辅机的安装图轴系的组件(推力轴、中间轴、隔舱填料函、艉轴管装置、联轴节等)施工零件图有关传动部件的零件图各管路的具体布置走向和固定方法以及有关管系附件的零件图各机械设备的机座等下午3时53分196.1船舶动力装置设计的内容与程序船舶动力装置设计的一般程序1.推进装置的功率确定航速装载量阻力2.推进装置方案选择主机功率与形式传动方式推进器数目与种类下午3时53分206.1船舶动力装置设计的内容与程序3.其他机械设备的计算动力系统(燃、滑、冷、压、排)的设计船舶系统的设计4.非标设备的设计5.供电、供汽装置的选型设计6.机械设备减振、防爆与消声设计7.机舱自动化与遥控设计8.机舱规划下午3时53分216.1船舶动力装置设计的内容与程序滑油系统设计的步骤拟定与绘制系统的原理图解决：1)滑油的总储备量；滑油柜的数目、容积及其分布。2)拟定滑油储油柜到循环油柜以及循环油柜到主机和其它用滑油设备的流动方法。3)设备安置次序问题：如循环油柜发动机的滑油吸入泵粗滤器细滤器冷却器发动机滑油抽出泵循环油柜4)选用阀与阀箱类型、压力表有其它仪表的安装位置下午3时53分226.1船舶动力装置设计的内容与程序计算流过系统及其各段的流量。进行过滤器、冷却器、滑油柜、滑油箱及测量设备的结构计算与选择作系统的液力计算及确定管路各段的直径。下午3时53分23•燃油系统设计的步骤•1.拟定与绘制燃油系统的原理图•2.根据全功率工况计算各段流量•3.按给定量计算调驳泵和过滤器•4.作燃油系统各段管路的液力计算，并确定各段管路的直径下午3时53分246.1船舶动力装置设计的内容与程序冷却系统设计的步骤1.选择发动机冷却系统的型式和确定系统原理图2.计算系统和各段的水量3.计算与选择冷却器、水泵、过滤器、膨胀水箱等的类型4.作系统各段管路的液力计算，并确定各段管路的直径下午3时53分256.1船舶动力装置设计的内容与程序船舶电站电站是发电设备的总称。船舶上的用电设备动力装置辅机：油泵、水泵、分油机、空压机、鼓风机甲板机械：舵机、绞缆机、锚机、起货机、吊艇机舱室辅机：生活用水泵、消防水泵、舱底水泵照明：舱室灯具、航行信号灯、探照灯、通信导航：收发报机、电话、广播、声光报警器、电车钟、雷达机修机械：砂轮机、车床、电焊机冷藏通风：冷藏货舱、伙食冷库、空调用制冷机、通风机下午3时53分266.1船舶动力装置设计的内容与程序发电方案的选择发电方案的选择应满足的基本要求1)在电功率上满足船在任何正常运转下的电力需要，且有适当的裕力；2)在技术上符合规范的规定。电站负荷的变化电站负荷的变化反映在以下几个活动状态下(以普通货船为例):1)海上航行2)进出港口3)停港装卸货4)停泊5)应急下午3时53分276.1船舶动力装置设计的内容与程序电站负荷估算的步骤1)统计全部电动机和各设备的数量及其配备电功率；2)按使用特点分类，计算每项设备的实际使用功率(负荷系数)，确定每项设备的实际使用时间(同时使用系数)3)将船的活动状态分为海上航行、进出港口、停港装卸货、停泊等状态，对每种状态进行全部用电设备的负荷计算，求得每种状态下的电站总负荷。下午3时53分286.1船舶动力装置设计的内容与程序三类负荷法将用电设备按各工况分成以下三类：1.连续使用的负荷；2.短时或重复短时使用的负荷；3.偶然短时使用或可以在用电高峰时间以外使用的负荷。下午3时53分296.1船舶动力装置设计的内容与程序第一类负荷第二类负荷第三类负荷舵机起货机起锚机主淡水冷却泵主海水冷却泵主机滑油循环泵主机喷油器冷却泵废气涡轮滑油泵主机燃油供给泵锅炉燃油泵锅炉鼓风机消防总用泵消防泵货油泵冷藏货舱压缩机冷却泵货舱通风机机舱通风机浴室、厕所抽风机照明设备助航通讯用变流机燃油分油机轻油分油机滑油分油机燃料油驳运泵轻油驳运泵滑油驳运泵压载水泵卫生水泵饮水泵蒸发器给水泵蒸发器凝水泵主空压机空调压缩机空调淡水泵伙食冷库压缩机无线电雷达主机盘车机机舱起吊机车床钻床电焊机吊艇机探照灯万吨级柴油机远洋货船的电气设备分类下午3时53分306.1船舶动力装置设计的内容与程序机组数及单机容量的确定对于一般运输船必须