Принципы размещения механизмов и трассировки трубопроводов

При проектировании системы в первую очередь определяют состав механизмов, аппаратов, цистерн, основной арматуры и главных трубопроводов (магистралей). Магистраль по своей принципиальной схеме может быть линейной и кольцевой (рис. 1.1).

Кольцевая магистраль состоит из двух трубопроводов, проложенных вдоль судна по обоим бортам, и нескольких перемычек, на которых установлены разобщительные клапаны клинкеты).

Рис. 1.1. Трубопроводы: а —кольцевой; б — линейный.

1 — магистраль; 2 — перемычка; 3 — разобщи тельный клапан; 4 — отросток; 5 — приемник.

Применение кольцевой магистрали повышает живучесть и маневренность системы, так как в случае выхода из строя трубопровода одного борта может функционировать трубопровод другого борта. Однако при кольцевой магистрали требуется увеличение длины труб и количества арматуры, что влечет за собой увеличение массы и стоимости системы. Линейная магистраль представляет собой один трубопровод, проложенный вдоль суд на. Такая магистраль более проста и поэтому применяется в большинстве систем.

Магистраль необходимо разделять на ряд участков путем установки разобщительной арматуры, чтобы можно было отключить поврежденный участок от всей магистрали.

Магистраль прокладывают под настилами и платформами, смещая к продольным переборкам в коридорах и проходах, чтобы не загромождать жилые и служебные помещения и обеспечивать до ступ при ремонте другого оборудования. Водяные трубопроводы размещают под палубой во избежание замерзания воды и предусматривают возможность спуска воды из них. Насосы, вентиляторы и компрессоры для уменьшения вибрации устанавливают на амортизаторах, а для снижения шума их располагают вдали от жилых помещений и постов.

Схемы судовых систем могут быть построены по централизованному, автономному или групповому принципу (рис. 1.2.). Системы, построенные по централизованному принципу, имеют минимальное количество механизмов и арматуры и наиболее удобны в обслуживании. По такому принципу строят осушительные, балластные, грузовые и другие системы.

При автономной схеме предусматривается обслуживание потребителей данного отсека самостоятельным механизмом и отдельным трубопроводом. В этом случае обеспечивается максимальная живу честь системы, так как, например, при затоплении одного отсека система полностью обеспечивает потребителей всех прочих отсеков. Однако система получается наиболее громоздкой, с большим числом механизмов и арматуры, имеющих низкий коэффициент использования. Автономный принцип применим для отдельных отсеков, имеющих особо важное значение для всего судна.

При групповой схеме отсеки судна подразделяют на группы, которые обслуживаются одним механизмом и независимым трубопроводом. Групповая схема по своим достоинствам и недостаткам занимает промежуточное место между двумя первыми. По групповому принципу строятся системы вентиляции, отопления, кондиционирования воздуха, сточные и др.

Рис. 1.2. Принципиальные схемы судовой системы: а — централизованная; б — автономная; в —групповая.

1 — магистраль; 2 — отросток; 3 — разобщительный клапан; 4 — кингстон; 5 — насос (вентилятор); 5 — переборка.

Кроме того, применяется комбинированный принцип, при котором система может быть построена при совмещении каких-либо двух из рассмотренных принципов. Чаще всего на практике встречается сочетание автономного и группового принципов.

Выбор того или иного принципа зависит от типа судна, его водоизмещения, назначения и требований эксплуатации и живучести.

Расположение судовых систем зависит от установки обслуживающих механизмов. При этом один механизм может обслуживать все потребители на судне, группу или один потребитель. Система также может обслуживаться одним или несколькими насосами.

Расположение судовых систем зависит также от их назначения, расположения потребителей, рабочей среды и способов управления приборами и механизмами. В зависимости от расположения и числа потребителей трубопровод системы выполнен в виде одной трубы или разветвленной сети. В трубопроводах, обслуживающих несколько потребителей, от основной трубы (магистрали) ответвляются трубы распределения (отростки), подводящие рабочую среду непосредственно к потребителю.

Магистральные трубопроводы могут быть линейными или замкнутыми (кольцевыми). Кольцевой трубопровод имеет преимущество перед линейным: при повреждении части трубопровода (по одному борту) вторая часть его будет работать. При повреждении части линейного трубопровода вся система может выйти из строя.

Существует три основных принципа устройства судовых систем трубопроводов — автономный, групповой и централизованный. При автономном устройстве все потребители каждого водонепроницаемого отсека обслуживаются одним механизмам; при групповом принципе каждый механизм обслуживает потребителей данной системы в.нескольких, водонепроницаемых отсеках; при централизованном все потребители обслуживаются одним механизмом.

Судовая система с автономным принципом устройства характеризуется небольшой длиной трубопровода, малым числом передний водонепроницаемых переборок трубами. Кроме того, з

Расположение механизмов, обслуживающих трубопроводы, и варианты построения судовых систем. Расположение трубопроводов любой системы зависит от места установки механизмов, обслуживающих трубопровод, причем один механизм может обслужить как один потребитель, так и группу или все имеющиеся на судне потребители. Точно так же и систему может обслуживать один или несколько механизмов.

Устройство системы и ее расположение на судне определяются назначением данной системы, числом и расположением потребителей, обслуживаемых этой системой, параметрами рабочей среды, способом управления приборами, механизмами и т. д. В зависимости от числа и мест расположения приемников трубопровод системы может быть выполнен в виде разветвленной сети или в виде одной трубы.

При обслуживании судовой системой нескольких потребителей трубопроводная сеть представляет собой основной магистральный трубопровод, от которого ответвляются линии распределения — отростки, подводящие жидкость непосредственно к обслуживаемым системой потребителям.

Магистральные трубопроводы могут быть линейные или кольцевые. Линейный трубопровод прост в изготовлении и легче обслуживается, чем кольцевой, однако по живучести уступает ему. При повреждении линейного трубопровода вся система может выйти из строя. При повреждении кольцевого трубопровода система будет работать, так как снабжение потребителей 0удет происходить по оставшейся части кольца.

Существуют три основных варианта построения судовых систем: автономный, групповой и централизованный, которые при меняют в зависимости от расстановки механизмов на судне. При автономном варианте каждый водонепроницаемый отсек обслуживается самостоятельным механизмом, предназначенным для приемников, установленных в данном отсеке. При групповом варианте каждый механизм обслуживает несколько водонепроницаемых отсеков с размещенными в них потребителями системы. При централизованном варианте все приемники судна обслуживаются одним механизмом, установленным для данной судовой системы.

На рис. 1.3 приведены схемы автономного и группового вариантов построения осушительной системы. Рассматривая оба варианта построения судовой системы, можно выявить их преимущества и недостатки. Автономная установка лучше, чем централизованная, обеспечивает живучесть и маневренность системы, так как в случае аварии и выхода из строя механизма данного отсека прекращается работа лишь небольшого участка системы; сокращается длина участков трубопровода, что улучшает маневрен­ность системы и уменьшает число проходов трубопроводов через водонепроницаемые переборки и конструкции. Недостатком такой системы является отсутствие резерва мощности в случае выхода механизма из строя, что снижает живучесть судна. Увеличивается также потребность в количестве механизмов на систему в целом, в связи, с чем возрастает общая масса системы.

При централизованном варианте построения масса системы и требуемое количество механизмов будут по сравнению с автономным значительно меньшими. Кроме того, расположение на­соса в одном месте позволяет обслуживать потребителей, находя­щихся в различных отсеках, и использовать в системе механизмы с меньшей мощностью (в сравнении с суммарной мощностью механизмов, установленных в каждом отдельном отсеке). Но централизованный вариант построения системы для обеспече­ния ее живучести менее удачен, чем автономный, так как в случае выхода из строя механизма действие всей системы прекращается.

Групповой вариант построения трубопровода с учетом пере­численных выше преимуществ и недостатков занимает промежуточное положение.

Рис. 1.3. Схемы автономного (а) и группового (б) вариантов построения осушительной судовой системы.

1— приёмные сетки; 2 — осушительный насос; 3, 4 — невозвратно-запорные клапаны; 5 — клапанная коробка с невозвратно-запорными клапанами.

При выборе варианта построения любых схем трубопроводов учитывают обычно следующее. Если решающим фактором является стоимость установки, применяют централизованный вариант построения магистралей. В тех случаях, когда решающее значение имеют живучесть и маневренность системы, используют автономный вариант. Выбирая вариант построения системы, необходимо также стремиться к тому, чтобы было удобно управлять системой, контролировать работу ее отдельных элементов, выполнять монтаж, ремонт и осмотр частей системы и т. д.

К современному судну в процессе его эксплуатации предъявляется большое число требований, основными из которых являются обеспечение плавучести, мореходности, живучести, остойчивости, пожарной безопасности, обитаемости, защиты грузов.

Для обеспечения этих требований в корпусе судна устанавливают различные устройства, часть которых выполняется в виде трубопроводов снабженных гидравлическими механизмами. Комплекс судового оборудования, со стоящий из трубопроводов, гидравлических механизмов, приборов, аппаратов и разного рода потребителей, выполняющих одну или несколько функций по обеспечению нормальной эксплуатации судна, называется судовой системой.

В связи с тем, что количество судовых систем велико и их функции многообразны, для упрощения проектирования, постройки и эксплуатации принято классифицировать их по определенным принципам. Наиболее часто прибегают к двум следующим принципам классификации: по роду рабочей среды, перемещаемой по трубопроводам судовых систем, и по однородности выполняемых системами функций. В соответствии с первым принципом все судовые системы можно разделить на водо-, газо-, воздухо-, нефте-, топливо-, маслопроводы и т. п.

Такая классификация удобна для производства гидравлических расчетов, с помощью которых определяются параметры рабочей среды и основные характеристики трубопроводов.

Согласно второму принципу судовые системы разделяются на следующие группы: 1) системы трюмные, 2) балластные, 3) противопожарные, 4) системы микроклимата, 5) санитарные, 6) грузовые и обеспечивающие системы на нефтеналивных судах, 7) системы сжатого воздуха, 8) разные системы.

Трюмные системы удаляют за борт воду из отсеков и тем самым обеспечивают поддержание заданной плавучести судна в процессе нормальной эксплуатации или в аварийных условиях. Основными системами, входящими в эту группу, являются осушительная, водоотливная, спасательная.

Осушительная система предназначена для удаления за борт воды, попавшей внутрь отсеков через неплотности сварных швов наружной обшивки корпуса, за счет отпотевания наружной обшивки, вследствие конденсации паров воды из воздуха, при мытье палуб и др.

Водоотливные системы служат для удаления из отсеков за борт больших масс воды в случае пробоины подводной части судна. Эти системы являются одним из активных средств борьбы за живучесть судна.

Спасательные системы предназначены для удаления больших масс воды из отсеков потерпевших аварию и затонувших судов. Системы устанавливают на специальных судах-спасателях и ледоколах. Они осуществляют прием забортной воды, перекачку ее по судну и удаление водяного балласта за борт и тем самым обеспечивают изменение посадки, остойчивости, мореходности, ходкости, обитаемости и других характеристик судна. В эту группу объединены системы погружения и всплытия, замещения переменных грузов, креновая, дифферентная и балластная.

Системы погружения и всплытия предназначены для изменения глубины погружения плавучих доков, аварийно-спасательных понтонов и других сооружений.

Системы замещения переменных грузов служат для поддержания постоянного плавучего объема на судах в процессе их эксплуатации.

Креновые системы обеспечивают наклон корпуса судна в поперечной плоскости, а дифферентные системы — в продольной плоскости с целью уменьшения или создания крена и дифферента.

Балластные системы предназначены для обеспечения нормальной эксплуатации транспортных судов, в частности для изменения посадки (крена, дифферента, осадки) порожнего судна и метацентрической высоты судна с грузом.

Основным назначением противопожарных систем является обнаружение и уничтожение пожара на судах. Их обычно подразделяют на две следующие подгруппы: системы пожарной сигнализации; противопожарные локализационные системы. К первой подгруппе относятся системы ручной, полуавтоматической и автоматической сигнализации. В функции второй подгруппы входит уничтожение очага пожара на судне. В зависимости от принципа тушения пожара системы разделяются на следующие виды:

— охлаждающие очаг пожара;

— изолирующие реагирующие вещества от зоны горения;

— разбавляющие реагирующие вещества в зоне горения;

— осуществляющие химическое торможение реакции горения.

В каждый из указанных видов входит несколько систем, различающихся рабочей средой, которая воздействует на очаг пожара.

Система микроклимата обеспечивает нормальную обитаемость путем соответствующей обработки воздуха в судовых помещениях. Она подразделяется на несколько видов в зависимости от параметров и характеристик обрабатываемого воздуха.

Системы вентиляции предназначены поддерживать определенный состав воздуха в судовых помещениях путем замены его забортным.

Системы отопления служат для восполнения потери тепла в судовых помещениях путем подачи в них различных теплоносителей, которые неконтактным или контактным путем нагревают воздух внутри помещения.

Системы охлаждения осуществляют подачу в судовые помещения различных хладоносителей, действующих неконтактным или контактным путем.

Системы осушения воздуха предназначены для поддержания влажности воздуха в судовых помещениях на определенном уровне с целью обеспечения сохранности грузов и уменьшения интенсивности коррозии корпуса судна.

Системы регенерации воздуха служат для поддержания нормального количественного состава воздуха в изолированных от внешней среды судовых помещениях.

Санитарные системы осуществляют подачу бытовой воды в помещения и удаление использованной воды за борт. Они разделяются на две группы:

— системы водоснабжения, которые обеспечивают подачу в судовые помещения воды пресной питьевой и мытьевой (холодной и горячей), а также забортной;

— системы канализации (фановая, сточная, система спускных труб и шпагатных отверстий), осуществляющие удаление использованной воды за борт,

Грузовые и обеспечивающие системы на нефтеналивных судах предназначены для приема с берега, распределения по грузовым цистернам и вы дачи за борт специального жидкого груза, а также для обеспечения его сохранности и нормальной эксплуатации грузовых систем.

Системы сжатого воздуха обеспечивают получение и подачу сжатого воздуха к различным потребителям. Сжатый воздух используется на судах в основном как энергоноситель — рабочая среда, имеющая определенную Удельную механическую энергию, которая может производить работу. В них входят системы воздуха низкого (р=0,1 МПа), среднего (р=0,1÷3 МПа) и высокого (р > 3 МПа) давления.

В группу разных систем объединены все виды специальных систем, выполняющих особые конкретные функции: например, система замера давления в трубопроводах, система замера уровня в судовых цистернах, система гидравлики. Кроме того, принята классификация схем систем и трубопроводов, которая приведена в табл. 1.7.

В каждую из рассмотренных судовых систем в основном входят следующие конструктивные элементы:

— трубопроводы, состоящие из труб и трубопроводимых элементов, предназначенных для канализации рабочей среды к потребителям или приемникам, расположенным в различных помещениях судна;

— соединительная арматура для соединения труб между собой, а также присоединения трубопроводных элементов к трубопроводу;

— арматура, предназначенная для управления работой системы путем перекрытия или открытия канала трубопровода, изменения давления рабочей среды или создания фазового перехода в рабочей среде;

— гидравлические механизмы, обеспечивающие перемещение рабочей среды по трубопроводам систем за счет передачей определенной механической энергии;

— аппараты и различные устройства для обработки рабочей среды или ее фазового состояния в процессе работы системы;

— контрольно-измерительные и сигнальные приборы, предназначенные для контроля за работой систем и параметров, определяющих состояние рабочей среды;

— цистерны и емкости для размещения и хранения рабочей среды, а также обеспечения функций, выполняемых системами;

— приводы управления (местного и дистанционного) арматурой и меха­низмами, приборами и аппаратами;

— подвески, кронштейны и фундаменты для крепления судовой системы к конструкциям корпуса судна.

Судовые системы представляют собой совокупность трубопроводов с механизмами, аппаратами, приборами и устройствами предназначенных для выполнения определенных функций обеспечения эксплуатации и условий обитаемости судов.

Еще на первых паровых судах применяли специальные трубопроводные устройства с насосами, с помощью которых осуществлялись откачивание из отсеков скапливающейся воды, тушение пожара забортной водой, подача пресной воды из цистерн в камбузы и каюты, а также вентилирование помещений. В дальнейшем эти трубопроводные устройства обособились от прочих судовых устройств и позднее получили название судовых систем.

Повышение требований к надежности средств пожаротушения и появление более эффективных огнегасящих веществ повлекло за собой применение на судах новых противопожарных систем. Создание комфортных микроклиматических условий в пассажирских каютах и постах управления в связи с увеличением дальности плавания судов привело к необходимости применения систем кондиционирования воздуха.

Таблица 1.7. Классификация схем систем и трубопроводов

Продолжение табл. 1.7.

Продолжение табл. 1.7

В связи с постройкой крупнотоннажных танкеров и стремлением к максимальному повышению их экономичности системы перекачивания нефтепродуктов стали предусматривать с более высокопроизводительными насосами и максимальной степенью автоматизации управления этими насосами.

Дальнейшее развитие судовых систем намечается в двух на правлениях: автоматизации их управления и применения новых материалов. Автоматизация позволит значительно сократить численность обслуживающего персонала, а использование новых материалов— повысить коррозионную стойкость трубопроводов и одновременно снизить их массу и габариты. Наибольший интерес представляет применение труб из титана, винипласта, полиэтилена и фторопласта, обладающих высокими антикоррозионными свойствами и значительно снижающими массу трубопровода по сравнению с обычными стальными трубами.

Ввиду большого числа конструктивных разновидностей и многообразия выполняемых функций судовые системы подразделяют на группы.

В зависимости от назначения и выполняемых функций судовые системы подразделяют на следующие группы: трюмные, балластные, противопожарные, бытового водоснабжения, отопления, вентиляции и др. Состав групп и назначение отдельных систем указаны в табл. 1.8.

Таблица 1.8. Классификация судовых систем по назначению

Продолжение табл. 1.8.

Продолжение табл. 1.8.

1.3. Основы гидравлического расчёта судовых систем