Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ эксплуатационных характеристик судовых систем работающих на всасывание
1.1. Общие положения 7
1.2. Судовые системы, работающие на всасывание и их функции 15
1.3. Постановка задачи исследования 20
2. Подготовительный и концевой периоды судовых систем, работающих на всасывание и их характеристики
2.1. Анализ подготовительного периода работы трюмно-балластных систем
2.2. Анализ концевого периода работы судовых систем 51
2.3. Обеспечение подготовительного и концевого периодов работы судовых систем, работающих на всасывание 62
2.4. Выводы 76
3. Анализ характеристик насосов и самовсасывающих устройств, применяемых в судовых системах
3.1. Основные характеристики насосов применяемых в системах, работающих на всасывание 78
3.2. Анализ характеристик центробежных насосов и их самовсасывающих устройств 95
3.3. Основные положения, полученные из анализа характеристик самовсасывающих насосов и устройств с учетом особенностей подготовительного и концевого периодов 125
4. Предлагаемое водокольцевое винтовое самовсасывающее устройство и исследование его характеристик
4.1. Принцип действия и конструкция предлагаемого водокольцевого, винтового устройства 129
4.2. Исследование основных характеристик предлагаемого самовсасывающего устройства 136
4.3. Анализ результатов испытаний моделей самовсасывающего устройства 163
4.4. Возможности применения предлагаемого самовсасывающего устройства в судовых системах, работающих на всасывание 176
4.5. Основные выводы по главе 4 185
5. Предлагаемое самовсасывающее устройство с жидким поршнем и исследование его характеристик
5.1. Основные положения 187
5.2. Конструкция, принцип работы самовсасывающего устройства с жидким поршнем 191
5.3. Экспериментальное исследование самовсасывающего устройства с жидким поршнем 193
5.4. Анализ результатов опытов и создание физической модели самовсасывающего устройства с жидким поршнем 205
5.5. Выводы по главе 5 219
6. Особенности проектирования судовых систем, работающих на всасывание с учетом подготовительного периода
6.1. Подготовительный период 221
6.2. Рабочий период 223
6.3. Концевой период 223
Основные результаты 227
Литература 229
- Судовые системы, работающие на всасывание и их функции
- Анализ подготовительного периода работы трюмно-балластных систем
- Основные характеристики насосов применяемых в системах, работающих на всасывание
- Принцип действия и конструкция предлагаемого водокольцевого, винтового устройства
- Конструкция, принцип работы самовсасывающего устройства с жидким поршнем
Судовые системы, работающие на всасывание и их функции
Большая часть судовых систем предназначена для перекачки капельных жидкостей: воды, нефти, нефтепродуктов, химических продуктов и т.д. В зависимости от назначения, конструктивных особенностей той или иной системы для нее может быть характерным подготовительный или концевой периоды или тот и другой вместе.
Различные типы судовых систем, работающих на всасывание, их назначение, основные функции и характеристики, а также область применения, наличие подготовительного и концевого режима работы указаны в табл. I.I.
Анализ работы судовых систем, приведенный в табл.1.1, показывает, что подготовительный период перед пуском их в действие более сильно выражен у трюмных и балластных систем, а именно у осушительных, спасательных и балластных. Это вызвано необходимостью заполнения длинных всасывающих трубопроводов, которые являются характерными для этих систем и расположением насосов над уровнем воды в осушительных емкостях. В осушительных системах, после выкачки воды из соответствующего сборного колодца, трубопровод заполняется воздухом, который должен быть удален, чтобы начать осушение следующего колодца.
У спасательных систем длина всасывающего трубопровода, включающая трубопровод от насоса до распределительной клапанной коробки, расположенной на борту спасательного судна, шлангов, достигающих борта аварийного судна и спускающихся до дна затопленного трюма имеет большую длину.
Анализ подготовительного периода работы трюмно-балластных систем
Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:
1. При использовании насосов, рекомендованных ГОСТ 7958-78 в качестве осушительных, полученное максимальное время заполнения всасывающего трубопровода t составляет менее 10 минут, так как для УСС будут использоваться насосы с производительностью до 160 м3/час, ддя УСМГ - до 250 м3/час, относительная производительность самовсасывающего устройства этих насосов в соответствии с ГОСТ 7958-78 составляет 0,1.
2. Для балластных систем время заполнения всасывающих трубопроводов превышает 10 мин. при использовании насосов, рекомендованных ГОСТ 7958-78 при производительности 6S0 м3/час и более. При использовании на УСМГ насосов с производительностью 1600 м3/ч величина tl(ts) может достигать 35-45 минут (рис.2.7)
3. Использование в балластных системах УСНГ двух насосов приводит к увеличению времени заполнения трубопровода до 50-60 мин. (рис.2.7). Такое же увеличение tQ (іб) (до 50-60 мин.) имеет место на УСС при работе одного насоса (рис.2.6).
4. В случае, если минимальная производительность самовсасывающего устройства будет не менее 10$, время заполнешш всасывающего трубопровода осушительной и балластной систем для УСС и УСІЛГ будет составлять около 10 мин. Вычисленные для рассматриваемого случая значения q f s/ приведены на рис.2.6 и 2.7 штриховыми линиями.
5. Время, необходимое для заполнения всасывающих трубопроводов балластных систем сухогрузных судов в значительной степени зависит от их расположения в междудоином пространстве. Так, например, время і а для случаев, когда магистральный трубопровод расположен в верхней части туннельного киля и для двух типов судов УСС (рис.2.6) и УСЇУГГ (рис.2.7) будет на 10-20} больше времени, которое получено при расположении трубопроводов в нижней части tg , Это показывает, что с точки зрения сокращения продолжительности подготовительного периода балластных систем, необходимо, чтобы балластньш трубопровод был расположен в нижней части туннельного киля.
Основные характеристики насосов применяемых в системах, работающих на всасывание
Характеристики различных типов насосов, а также преимущества и недостатки, которые они имеют при их использовании различных судовых системах рассмотрены в работах ряда советских и иностранных авторов /10/, //, /31/, /37/, /63/, /86 87, /9/, /94, 95/, /152, 157/, /158/, /170,171/, /183/, /Щ/\ /193,194/ и др. На основе этих работ составлены таблицы 3.1 и 3.2, которые дают информацию о количестве гидравлических механизмов и их основных характеристиках определяющих эксплуатационные качества насосов, применяемых в судовых системах.
Анализ эксплуатационных характеристик систем, работающих на всасывание, приведенные в гл.1, показывает, что наличие подготовительного и концевого периодов, кроме грузовых систем танкеров, имеет место в трюмно-балластных системах сухогрузных судов. В результате рассмотрения условий эксплуатации этих систем и особенно во время подготовительного и концевого периодов работы, произведенного в главе второй, были сформулированы основные требования к гидравлическим механизмам, которые должны учитываться при их проектировании.
Принцип действия и конструкция предлагаемого водокольцевого, винтового устройства
Независимо от своих преимуществ, как например большая производительность и высокий вакуум, водокольцевые самовсасывающие устройства тлеют один основной недостаток - чувствительность к загрязнению ушютнительноЁ воды механическими частицами, которые приводят к быстрому изнашиванию боковых поверхностей распределительного диска и рабочего колеса, а также к ухудшению параметров устройства. Результаты исследования надежности различных конструкций сагловсасывающих устройств, приведенные в /84/, показывают, что применение разобщительных муфт с целью уменьшения износа не при водят к лучшим результатам, чем полученным у насосов, непрерывно работающих на воде . Поэтому основным направлением в поисках устранения чувствительности к загрязнению воды механическими частицами будет создание устройства, работа которого не зависит от сохранения минимального зазора между его рабочими органами.
Наші принят такой принцип работы, который бы объединил принцип работы водокольцевого вакуум-насоса и винтового насоса. Использование такого принципа можно объяснить следующими соображениями. Для объяснения принципа работы водокольцевого насоса не будем его рассматривать как состоящего из отдельных объемов (ячеек), в которых жидкость играет роль упругого поршня /8/, /38/ Д44/. Представим последний как шестеренчатый насос с внутренним зацеплением (рис.4.Іа), в котором роль внешнего зубчатого колеса с внутренними зубьями 2 выполняется жидкостным кольцом, а эксцентрично установленное малое зубчатое колесо с внешними зубьями 3 заменено ротором с радиальными лопатками вакуум-касоса,рис.4.1б. Пршщип работы обоих насосов аналогичен с той разницей, что жидкостное кольцо, заїленяющее большое колесо с внутренним зацеплением, уплотняется лучше, нет необходимости в смазке; а транспортируемый газ или жидкость могут быть немного больше загрязнены механическими частицами, чем это допустимо у шестеренчатых насосов, так как отсутствует жесткий контакт между зубчатыми колесами. Независимо от этого, однако, наличие жидкостного кольца не может устранить необходимость в минимальном зазоре между торцевыми поверхностями ротора и корпусом І, в котором имеются всасывающее и нагнетательное отверстия.
Конструкция, принцип работы самовсасывающего устройства с жидким поршнем
Согласно схеме на рис.5.1, устройство включает центробежный насос 5, приемник 4 спущенный близко ко дну цистерны 3, называемой вакуумным резервуаром, в котором невозвратным клапаном 2 заканчивается всасывающий трубопровод I, ведущий от балластных танков. В верхней части цистерны имеется вентиляционный трубопровод 7, закрытый в его нижней части поплавковым клапаном б, а на окончании верхней части имеющим невозвратный клапан 6.
В варианте, показанном на рис.5. , устройство имеет аналогичную конструкцию, только с той разницей, что запорный клапан - с гидравлическим приводом, действующим от получаемого после насоса 5 давления, передаваемого по трубопроводу II.
Принцип работы устройства следующий. После пуска насоса 5, во время подготовительного периода открывается клапан 10 трубопровода забортной воды 9, имеющего такие размеры, что дебит поступающей воды был бы меньше дебита насоса 5. Из-за невозвратного клапана 2 балластного трубопровода I заполняющая резервуар забортная вода подобно жидкому поршню вытесняет находящийся в нем воздух через открытый поплавковый клапан 6, вентиляционный трубопровод 7 с невозвратным клапансм 8 до момента, когда наполнится весь резервуар и закроется клапан 6. После заполнения приемного патрубка 4 насоса, зарабатывает рабочее колесо, всасывая воду из цистерны с подачей большей, чем поступающей забортной воды, в результате чего уровень воды в цистерне быстро снижается, т.е. осуществляется ход всасывания жидкого поршня. Из-за наличия невозвратного клапана 8 поступление внешнего воздуха в цистерну 3 невозможно, что приводит к созданию вакуума, открытию клапана 2 и всасыванию воздуха из балластного трубопровода. Если объем заполненной части всасывающего трубопровода I воздухом больше объема вакуумной цистерны, то после понижения уровня воды в ней ниже ншшего края приемника 4 насос всасьшает воздух и прекращает выкачку воды. С этого момента описанный процесс начинается сначала, при котором забортная вода снова начинает вытеснять воздух через нагнетательный трубопровод. Вышеописанный цикличный процесс продолжается до полного высасывания воздуха из всасывающего трубопровода, после чего клапан 10 закрывается, прекращая доступ забортной воды.
Вначале концевого периода клапан 10 снова открывается, приводя в готовность самовсасывающее устройство. При поступлении воздуха вместе с балластом по трубопроводу I, он сепарируется в вакуумной цистерне 3, вызывая постепенное снижение уровня в ней. В момент, когда уровень понизится ниже нижнего края приемника 4, наступает срыв в работе центробежного насоса, но поступающая по трубопроводу забортная вода вытесняет сепарированный воздух из вакуумной цистерны, заполняет насос и восстанавливает его работу. Это продолжается до полного осушения балластных танков.
Похожие диссертации на Особенности проектирования судовых систем, работающих на всасывание
