论述船舶动力装置设计的主要要求.doc

论述船舶动力装置设计的主要要求：一 总体设计要求动力装置是一套很复杂的机电设备，各个机械设备和系统之间互相联系又互相制约。对设计的要求也是多方面的，总的要求主要可以简介为如下几个方面。1技术性与经济性 谓技术性是指船舶能满足预定的使用要求。对运输船舶而言，主要是从动力装置设计方面考虑如何保证运输能力，如装载能力、航速、装卸效率等；对于专用的作业船舶和海洋平台，要能具备完成特定的施工或作业的能力，并能保证作业质量。保证新船的适用性是设计中处理各种矛盾时首先要考虑的因素。 提高船舶的经济性是设计工作的重要目标。船舶的经济性涉及三个基本要素，即建造成本、营运开支和营运收入。设计中的技术措施是否恰当，决策是否正确，对船舶的经济性会产生很大的影响。设计工作中必须把经济性放在十分重要的地位来考虑。有时，一项好的技术措施可能会节约大笔的投资，因此对不同用途的船舶，对于动力装置的选型就非常重要。但是，一般来说，动力装置的各项要求，往往是相互联系、相互影响的。把一个要求的指标提高，往往会使另一个要求的指标被迫降低。设计中经常遇到的是技术性能和经济性相互矛盾的情况，这就需要进行技术与经济的综合评估或论证，使之得到合理的统一。经济是技术发展的基础和动力，技术是实现经济目的的手段和工具，两者相互渗透、相互推动。 2安全与可靠性 船舶的安全是关系到人命和财产以及环境污染的重大问题。因此，安全性是船舶的一项基本质量指标。为保证船舶的安全，政府主管机关制定了船舶设计和建造的法规，国际组织(例如IMO国际海事组织)通过政府间的协定，制定各种国际公约和规则。这些法规公约和规则对船舶的安全措施提出了全面的要求。政府法规是强制执行的，凡是船籍国政府接受、承认或加入的国际公约和规则都纳入在法规之中，船舶设计必须满足这些法规的要求。此外，入级船舶还要满足船级社制定的入级与建造规范，规范的规定主要也是基于船舶安全方面的考虑。总之动力装置设计中必须严格遵守法规和规范的规定，满足法规和规范的要求，这是保证船舶安全的最基本的措施。所以在具体的船舶动力装置选型设计当中，必须要有一个全局和综合的观念，相关和协调的思路去考虑问题，充分论证，才能做出一个合理的船舶设计。二 船舶设计阶段的划分和工作内容船舶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的工程设计。 总体设计，技任务的性伍，可分为两大类，一种叫发展性设计，一种叫生产件设计。根据用船部门的发展计划提出，用船部门需要一种新船型，这种新船具有更复杂和更高级的要求，设计工作不能以某船为仿效典型而必须针对任务的要求进行大量的分析工作，运用不同的技术和措施，提出可能的方案，以便进行对比，然后选取其中性能优良的设计方案，这种设计称为发展性设计。对于发展性设计，其特点是要求严格，但技术上的具体约束比较小，例如机器设备的选择有较大自由度，有些特殊性的没备在建造前或建造间可能还要经过试验或试制等，它往往是性能先进的产品，常常要采用新技术和措施，因而常有一定程度的试验性按此设计建成的第一艘新船称为原型船。原型船建成后要经过试用考验，从实践中检查新技术的使用是否成功，各种技术措施的实际性能是否与预计相符等。对试用中出现的问题和缺点，必须加以改进和再试研。如试用结果是良好的，说明设计是成功的，可以正式投入生产。如暴露出较大问题，则设计必须作较大的修改。如问题很严重，例如性能不稳定或离设汁指际较远，设计是失败的。对于设计对象是一般成熟的船舶，它已经有过很多设计、制造和使用经验；设计的要求属于一般性问题，而且为数不多；动力装置的形式及其主要机电设备，基本上已经确定，无多大选择余地，这样的设计任务，一般说可以用同类型的船作蓝本，依靠常规技术便可完成，这种设计称为生产性设计。大量的日常的设计任务都属于此类。 论是生产性设计或发展性设计，从工作开始到工作结束的整个过程，大致可分为初步设计、详细设计、生产设计和完工文件四个阶段。下面对各阶段的工作重点和主要工作内容作一介绍。三 设计任务书一般在设计一条新船时，船东对设计的要求是通过设计技术任务书的形式给出的，主要规定新船的使用任务、主要技术指标和主要动力装置以及设计的限制条件等。一般运输船舶的设计技术任务书可以包括以下基本内容：航区条件，船种，用途，船级和船籍，排水量，装置型式，航速和功率储备，船体结构，总体布置，生活设施，限制条件，船的任务性质，续航力等。 区条件：规定新船的航行区域和具体航线。对于不固定航线的船舶通常只给出航区，定弦航行的船舶需要给出停靠的港口。 船种：这里的船种是指船舶的类型、甲板层数、机舱部位、首尾形状和其他特征。用途：新船的使用要求，通常给出载运的货物种类和数量以及货物的理化性质和其他要求。船级和船籍：船级是指新船准备人哪个船级社，要求取得什么船级标志，确定设计应满足的规范。船籍是指在哪国登记注册的船舶，确定新船应遵守的船籍国政府颁布的法定拉验规则。例如悬挂我国国旗的海船(即在中国登记注册)，无论入哪个船级杜，都应遵守我国政府主管当局颁布的船舶与海上设施法定检验规则。 排水量：装置型式：给出主机和发电机组的类型、台数、燃油品质和推进方式。航速和功率储备：对航速般给出服务航速(kn，节，海里/小时)。服务航速是指在定的功率储备下新船满载能达到的航速。对拖船常提出拖带航速下拖力的要求或自由航速的要求。 船体结构：提出有关船体结构材料、结构型式、冰区加强等级、双层底和甲板负载(t/m2)的要求。总体布置: 提出新船在建筑剐式，舱室划分，货舱数等人满足的要求或希望。设备: 规定船舶主要设备的要求例如： 甲板起货设备类型和起重能力； 油船的货油泵类型及泵送能力； 特殊设备的类型、规格等要求。 生活设施：给出船员人数起居处所以及服务处所的标准等要求。 限制条件： 因船闸、港口、航道以及码头装卸设备等因素对船舶主尺度(如吃水、船宽、船长)的限制，船过桥梁时船舶水伤风建筑高度的限制，以及其他特殊要求。 船的任务性质：给出船舶主要运送货物的种类。 续航力：给出续航力的要求，确定油水舱的大小等 设计技术任务书内容的详细程度与船类型、复杂程度以及前期工作的深度有关。如果 在编制任务书时已进行了充分而深入的分析和论证甚早完成了方案设计那么提出的任务书往往详细具体。但也有的任务书只提主要的使用任务和技术要求(或设想)条目较少，内容简要。这种情况下，船东往往等设计进行一段工作后再将任务书补充完善。 船东的使用要求是船舶设计的主要依据之一。除非它与法规、规范相抵触或在设计上不合理，或因生产条件和限制不能制造，否则应予以满足。如果发生任何不能满足任务书的情况，应及时与船东协商并取得一致的修改意见。 事实上，设计任务书制定以后新船是一艘什么样的船，这目标已经明确，它是用船部门根据需要和可能经船型的技术经济论证后得出的。船型的技术经济论证是对不同船型方案的投资规模、经济效益和技术的可行性进行比较和分析 作为动力装置设计者还要了解有关动力装置的详细要求： 推进方法：螺旋桨推进、喷水推进、还是喷气推进。 主机的油耗指标及其能源分配。一般船东对此两项都很关心这两项指标。在某些船上，船东还要求主机另外驱动辅助发动机、压气机及甲板机械等。 电站的能源分配。电站发动机在一般情况下使专用的，有些船上还要求驱动其他工作机，某些特殊船上，电站能源还需要供应特殊的推进装置（侧推、首推等）使用。 辅助机械的特殊要求：在许多特种船上，辅助机械都有特种要求，不论在驱动方法上或在操纵调节上有许多额外条件。 装置机动性的要求，.装置振动噪声控制的要求等 在设计时，必须要注意有关的参考资料。资料包括： （1）同类船上决定装置类型的原始资料 （2）主机的选用根据 （3） 推进传动方案之决定 （4） 特种任务的解决方案和依据 （5） 最后设计的装置性能指标和特性参数 （6） 试车、试航及运转经验和数据。资料分析结合业主要求、国际先进指标、国内技术政策、生产条件决定设计的母型船。在完成上述工作后，动力装置设计者可以进行装置的选型工作，在这里要注意： 1.船体条件的掌握 2.主发动机的选择 3. 主推进装置传动方案选型 在具体的选型中，要参考以下几点做出抉择：1主发动机组的功率配置和能源分配之需要；2推进装置运转机动性的要求；3装置特性参数之需要。 4. 辅助机械容量及驱动方式的决定,及系统设备设计计算(电站计算,汽站计算) 5. 装置热经济线图方案设计计算 6. 装置机动性能分析 7. 装置可靠性分析计算 8. 机舱方案设计 9. 机舱减振减噪方案设计计算 10. 装置质量、重心估算 11.装置方案特性比较及优化分析四、设备布置的原则及要求如果是军舰，安装动力装置的各个机械设备时应力求保证尽可能的布置紧凑，在平时和战斗情况下部要求运行方便，以及在可能有事和损坏时保证动力装置最大的活力；对于商船来说尽可能的布置紧凑和运行方便是对布置方面的主要要求。 布置机械设备时必须考虑下列基本原则： (1)机械设备的布置主要是操作上的方便，同时也要有可能进行检修和拆装。 机舱内布置机械的目的是在于合理的运行，因此在布置时考虑如何使操作人员方便地、自由地接近机械备各个部分，为此在机械周围必须留有一定的空间作为操作场地，同时彼此有关的机器e或同一系统的辅机应该汇集在一起或距离不远，这样可以达到操作上的方便。另一方面就是考虑管路布置简单而不致造成管路拥塞和由于布置的不适当而引起各方面的不良影响，还需考虑大修时的吊装路线等。 (2)在布置船舶机械时应力求紧凑，尽可能减小所占场地，以便尽可能缩短机舱长度，这 个长度一般是根据主机长度而定在商船上由于船体较宽，所以在机舱内所有辅助机械是足够自由地布置在主机的周围，而在军舰上则较困难，最好参考母型的布置。 (3)一定的机械设备要求放在一定的位置对于机械设备的位置往往有一定的要求。如增压器均放在主机上部排气出口处，废气锅炉和消声器均放在发动机通向烟囱的通道上部。又 如膨胀水箱、压力水柜屯放在高处，使能产生足够的压头，应急发电机应放在最上面舱室内以便在危急情况时仍然可以供应电源。(4)整个机舱的机械没备的布置必须使船舶保持平衡，除了主机应放在船体纵肿线或对称布置外，对于重量较大的辅助机械及没备如发电机、蒸发装置、水柜，油柜以又热交换器等不应集中任一侧，应考虑整个动力装置的平衡同时，为了增加船舶的稳性，机械设备特别是重量大的设备宜布置在底层使其重心尽可能低。在布置完了以后还要进一步求出动力装置的重心，如果布置不恰当，动力装置重心位置过度偏移，这时还要进行重新布置。因此在布置时必须严格考虑重量的平衡和重心位置这个问题。 动力装置总重量的重心位置的计算可按下述方法进行： 对于各种设备，特别是主机，辅机和锅炉等教重的大型设备，首先要计算出它们的重量和重心位置。在初步进行机舱布置时，在缺乏足够的资料的情况下，可以用统计的方法进行近似估算，如对柴油机的中心高度可以按照下述公式决定：十字头式 H=（1.71.9）S箱式中速机 H=（1.41.6）S 高速机 H=（1.11.3）SV型高速机 H=（1.51.7）S高速机 H=（0.81.2）S高增压 H=（1.82.0）S 式中：H重心位置在曲柄中心线之上的距离，m; S活塞行程，m. 上述经验公式仅仅指柴油机本身，不包括减速齿轮箱在内。 当已知各机械设备的重量和重心位置后，则可以按照表8-4计算动颗粒装置的重心和总重量。 表8-4 动力装置重心计算表 序号设备项目重量（t）Gi与横舯剖面距离(m)AI对于横舯剖面的力矩(tm)MAI=GIAi与纵舯剖面距离(m)BI对于纵舯剖面的力矩(tm)MBI=GIBi与主水平线的距离(m) Ci对于通过主水线平面的力矩(tm)MCI=GICI1主柴油机组2柴油发电机组 GiMAIMBIMCI 表中各项设备与三个面的距离都应具有相应的符号，如图8-7所示。它们是这样规定的：当所布置的机械设备的位置离开横中剖面而处于船尾方向时，均取为正号，反之则为负，如图中a)所示；各机械设备凡离开纵中剖面而处于右舷时，其到纵中剖面的距离取为正号，反之则为负，如图中b)所示；机械设备凡处于主水线面以上者，其到主水线面的距离取为正号，反之则为负，如图中c)所示. （a） (b) (c) 图8-7 各种符号的规定完成以上计算后，则可求得动力装置的总重量和重心位置。 动力装置的重心至横中剖面的距离为 : LA= 式中：MAi动力装置各设备到横中剖面的力矩和； Gi动力装置的总重量。LA值的大小与机舱的位置有关，尾部机舱时其值大些，但对于中部机舱一般也不允许出现负值。动力装置的重心到纵中剖面的距离为： LB=式中：MAi动力装置各设备到纵中剖面的力矩和. 对于LB值，越小越好，希望它等于零，也就是说各机械设备对船舶的纵中剖面保持平衡。动力装置的重心到主水线面的距离为： LB=式中：MCi动力装置各设备到纵中剖面的力矩和.对于LB值，越大越好，以便船舶获得较好的稳性。 (4)各机械设备间的相互位置要合理。在机舱中，有不少机械设备，因它们本身的特性， 在布置时应满足其特殊要求，如总配电板在正常工作时，常产生电弧，所以它的布置必须远离燃油和其他易燃物，也不允许在其上方设置燃油柜等设备，以免发生危险。如有关需要相互配合进行工作的机械设备，应尽可能相互接近，以利于操作管理和简化管路，便于建造施工。 对于机械设备的相对位置及这些设备安装位置的有关规定，在一些设计资料中都有推荐，现摘录如表83供参考。这些数字只是基本要求，在实际工作中，尚需要根据船舶的实际情况确定。 表8-5 机械设备的安装位置 序号项 目海船（mm）河船(mm)1主机外部凸出部分与隔舱壁或辅机间最小距离7006002两台主机间最小距离120010003主机操纵台前通道的最小距离120010004辅机与辅机或辅机与隔舱壁间最小距离7005005花铁板与平台及平台与平台之间最小高度185017006配电板的最大高度20007总配电板前走道最小宽度800（L3m)L: 配电板长宽度6008总配电板后走道最小宽度600（1.2L3m)L: 配电板长宽度450（1.2L3m)L: 配电板长宽度9轴遂中，轴或轴承最凸出部分与纵壁之间最小通道50010主要通道扶梯斜度不小于30o不小于30o小船不小于15o11主要通道扶梯宽度及阶梯宽度不小于540100不小于54010012平台与隔栅栏杆的最低高度90080013花铁板每块最大重量40kg(5)机械设备的布臀还要考虑操作管理和维修方便。一切机械设备在使用过程中都要 进行操纵、检测和维修，以保持其良好的技术状态，因此在布霞时，设备周围必须留有足够的活动地方，以便进行上述各项工作。 (6)在机械设备规划布置中还要充分考虑到各种安全措施，井尽可能做到有条不紊、整齐美观。五、 机舱规划的方法与步骤 (1)机舱规划前的准备 在布置规划机舱内务机械设备之前，必须对船舶动力装置进行全面的了解，掌握主机、辅机、各设备及容器的性能及它们在安装、管路连接、操纵、保养及维修等方面的要求。 首先，应与船体设计人员共同对机舱所需长度及机舱棚长度、宽度作初步估计，了解机舱位置处的船体线型及结构特点，以及机舱位置处对船体要求。布置尾部机舱更要注意这点。 其次，将机械设备总图或外形安装图按适当比例缩小成简单明了、尺寸准确的三面视图，按船舶的大小可分别用1：5