587m锚拖供应船机舱设备选型与布置设计

1、目 录设计总说明IINTRODUCTIONII1绪论11.1综述11.258.7M Anchor Handling Supply Vessel的主要参数12主机、发电机及设备的选型22.1推进装置的选取2概述2主机的选型2主机的主要参数22.2发电机选型和负荷计算书4概述4发电机的选型42.3污水处理装置计算书4概述4生活污水的计算5污水处理装置的选型62.4CO2计算书6规范对高压二氧化碳的一些规定6CO2流量计算72.5机舱通风计算书7概述7机舱通风计算7风机的选取112.6油水分离器的选型及计算书11概述11油水分离器的选型及计算122.7起动空压机选型及计算13主机起动空气瓶容积13空

2、气压缩机组132.8瘫船起动计算13概述13起动步骤142.8.3瘫船起动时间计算143泵及其它设备154机舱布置174.1机舱布置的原则和要求174.2机舱布置概况17主机与传动设备的布置17发电机组及配电板的布置17辅助机械设备的布置18机舱棚、机舱出口及其它布置185结论18鸣 谢20参考文献21设计总说明本设计课题为58.7 M Anchor Handling Supply Vessel机舱设备选型与布置设计。该设计课题是在广东中远船务工程有限公司实习以及收集到的资料，在舾装工区的主管和师姐建议下提出的。它是根据钢质海船入级与建造规范（2009），船舶设计实用手册（轮机分册），在陈益瑞

3、老师以及师姐的指导下，运用本人所学的专业知识和结合实际应用而完成的。机舱布置是新建船舶方案设计的重要项目之一，机舱布置图是编制轮机说明书的依据，也是进一步对机舱舾装设计的重要图纸。机舱是船舶的动力核心舱，通过计算选型，选择合适的主机、发电机以及各种相关设备，是保证船舶安全航行的前提。通过机舱布置设计，合理安排各个设备的位置，减少机舱空间的容积，方便轮机员对机舱内部的机器设备进行操作、维护和修理。主机的选型主要根据船舶所需拖力来决定。机舱主要机械设备选型是对除主机以外的各种辅机及其它机械设备进行估算，并根据船舶具体工况所需，选择合适的设备。机器选型完后，通过机舱布置设计，将各种设备合理地分布在机

4、舱里。关键词：机舱设备选型；机舱主要设备估算；机舱布置设计INTRODUCTIONThis design is used for plant model selection and arrangement design of 58.7 m Anchor Handling Supply Vessel. The design based on the practice of the COSCO(GuangDong) Shipyard CO.,Ltd, was raised by technical manager and supervisor. According to the Rules For

5、 Classifcation Of The Steel Ship (2009), The Ship Design Practical Handbook (Enbine sub-volume), the design was completed under both my professional knowledge and the guidance by the teacher( or supervisor) of chenyirui.Engine room arrangement is one of the important projects of new-building ship, E

6、ngine room layout is the base of Turbine specification and an important drawing for the further outfitting design. The engine room is the dynamic core cabin of a vessel. Its the precondition to guarantee the safety voyage of a ship to choose the appropriate main engine, generator sets and all kinds

7、of related equipments by calculation and selection. By reasonably locating all equipments in the engine room arrangement design, a lot of cabin space can be saved, and unnecessary work can be reduced for the engineers to operate, maintain and repair the plant. The main engine selection is decided by

8、 the ships bollard pull. The estimation of various mechanical equipments is to calculate all kinds of auxiliary engine and other mechanical equipments except the main engine and choose the right ones according to the ships demand. After selection, all kinds of equipments will be reasonably distribut

9、ed in the engine room by the engine room arrangement design.KEYWORDS: Plant model selection in the engine room; Estimation of various mechanical in the engine room; The arrangement design of the engine room58.7 M 锚拖供应船机舱设备选型与布置设计毕业设计说明书1 绪论随着船舶与海洋工程的发展，出现了较多的工程类船舶。锚拖供应船是工程类船舶的一个重要类型。锚拖供应船主要为钻井平台的钻井作

10、业提供拖航、就位起抛锚和物品、生活用品供应服务等。它们船身小，但拖轮上的动力装置功率大，具有较大的拖带能力，还备有拖带设备。一般使用范围是：拖带无动力的船舶及浮体，如趸船、海洋平台、油回收系统、无动力工作船等，辅助万吨级别的船进出港口，锚拖等功能。为保证船舶能够正常、安全的航行，需要在船体设计方面保证船舶具有足够的强度、刚度及各种试航性能的基础上，进行动力装置设计，保证船舶具有足够的航行能力。继船体设计之后的机舱设备选型和布置设计，主要解决主机、辅机及各种机械设备的计算、选型和布置。主机、辅机选型是船舶动力源的保证，通过主机提供动力，发电机提供电力，其他辅助设备保证船舶的正常航行与服务，以及一

11、些应急动力装置保证船舶在故障情况下，依然能够正常运行。合理的进行机舱设备选型，是船舶正常航行的动力保证；合理的进行机舱布置设计，可以保证船舶在有限的空间里合理布置好繁复的设备，节约机舱空间。1.1 综述船舶主尺度和航速、续航力要求是进行船舶机舱设备选型和布置的依据。1.2 58.7 M Anchor Handling Supply Vessel的主要参数总长： 大约58.70 m水线长： 大约28.30 m型宽： 大约14.60 m型深： 大约5.50 m设计吃水： 大约4.50 m结构吃水： 大约4.75 m总吨： 大约1450 t航速： 13.5 Knot船员定额： 42人燃油装载： 47

12、5 m3淡水装载： 230 m3水泥装载： 255 m3干水泥装载：187 m3拖力： 100% MCR 时不少于65 吨2 主机、发电机及设备的选型2.1 推进装置的选取2.1.1 概述主推进装置是船舶动力装置的一个重要组成部分，它包括主机、轴系、传动设备和螺旋桨等，其作用是由主机发出船舶推进所需功率，通过轴系与传动设备传递给全回转装置，从而使螺旋桨转动而产生推力，推动船舶运动。遵循主机选型原则，结合本船特性，确定推进装置的型式为双机双桨、高速柴油机直接轴系传动输出。2.1.2 主机的选型因为本船是拖轮，所以对主机的选型跟其他船舶对主机的选型不一样。根据船东对本船工作状态所需拖力要求来选择主

13、机，本拖轮要求的拖力为65吨。根据经验公式7拖力（T）=功率（HP）×0.0125 （2-1） 所以 65 T÷0.0125=5200 HP 其中一台主机的马力是2600 HP 2600×0.735=1911 KW 因此选择2600 HP 的主机两台。2.1.3 主机的主要参数类型： V型60°，单传动，16缸，直喷式、涡轮增压中冷和水冷却型号： CATERPILLAR 3516 B额定功率： 每台主机的额定功率为1920 KW（2575 BHP）备用功率： 2000 KW额定转速： 1600 r/min缸数： 16（V型）缸径： 170 mm活塞行程：

14、 215 mm气缸容积： 78.08 L压缩比： 15.5:1最大排烟背压： 6.7 kPa最小进风面积： 6 m2调压调速形式： 数字式电压调节，电子调速选用CATERPILLAR主机及全回转推进器。结合本厂58.7米锚拖供应船的线型结构，确定齿轮减速箱、全回转推进器、螺旋桨直径及轴系长短和角度。计算及送审由设备服务商完成。附：3516 B相关技术参数2.2 发电机选型和负荷计算书2.2.1 概述发电机的选型是根据电力负荷计算来选取的。根据本船在运行、停靠港口、离开港口、拖带、系桩和消防等不同工况下个设备的用电负荷汇总进行发电机选型的。2.2.2 发电机的选型电力负荷计算附录所示，最大工作负

15、荷是在拖带过程中的262.88 KW。因此选用1台315 kw的主发电机，20%的冗余度,另配备一台备用发电机。发电机的主要参数:发动机型号标志： CATERPILLAR 3408 DITA缸数与机构： 8缸，V型排列运转方法： 四冲程，直接喷射，涡轮增压柴油机缸径： 137 mm行程： 152 mm排水量： 18 l压缩比： 14.5：1发动机转速： 2100 rpm额定扭矩： 2135 NM功率输出： 269 kw电力输出功率： 315 kw电压： 415 V/3 Ph/50 Hz检查： BV （100 ekw 以上的发电机根据规范需要BV 产品证书）2.3 污水处理装置计算书2.3.1

16、概述船用生活污水是指由船员以及船舶所载的动物日常生活所形成的废水和废物。通常将来自于船舶卫生间、医务室、装载动物活动物处所的废水和废物称“黑水”；而将来自厨房、洗衣房以及等处的废水和废物成为“灰水”。船舶生活污水不仅含有有机物和矿物质，而且还含有大量的细菌、寄生虫，有时还含有危害人体及水生物的病毒，如不经过任何处理而将其任意排放的话，就会造成周围水域的污染。目前世界各国及国际组织对“黑水”的处理已制定一系列的公约和规定。处理装置属IMO国际防止船舶造成海洋污染公约MARPOL 73/78附则的关键设备。现行的排放标准和性能试验准则是1976年12月3日颁布的MEPC.2（）决议（称为老标准）。

17、但在2006年10月13日颁布了MEPC.159(55)决议（称为新标准），公约规定自2010年1月1日起凡是吊装到不论新老船舶上的船用生活污水处理装置都应满足新标准的要求。汇总各种规则和排放标准如下表2-1表2-1 汇总各种规则和排放标准根据国际海协环保会 IMO MEPC.159(55) 的排放要求和 GB 10833-89 船用生活污水处理系统技术条件的要求，生活污水处理装置须能处理来自生活污水中大肠菌群、悬浮固体和生化需氧量，使其达到合格指标。2.3.2 生活污水的计算根据船舶的需要，这锚拖船的每天的污水处理量为Q P × q （2-2）P:船上乘员人数q：每人每天产生的生活

18、污水量取50 L/man/day所以 Q 42×50=2000 L/day实际选用2160 L/day 2000 L/day，处理量满足使用要求。2.3.3 污水处理装置的选型表2-2 污水处理装置的参数处理后排放水指标 悬浮固体（TSS）35 mg/L 5日生化需氧量（BOD5）25 mg/L 化学需氧量（COD）125 mg/L 大肠菌群几何平均近似值（）100 个/100 ml 。全面满足 IBM MEPC.159（55）决议所要求的指标。2.4 CO2计算书 2.4.1 规范对高压二氧化碳的一些规定（1） 装货处所备有二氧化碳的数量，除另有规定外，应足以放出体积至少等于该船最

19、大货舱总容积的30%的自由气体；（2） 机器处所备有足够的二氧化碳量，放出的自由气体体积至少等于下列两者中的较大值：1) 被保护的最大机器处所的容积的40%；此容积算至机舱棚的一个水平面为止，在这个水平面上，机舱棚的水平面积等于或小于双层底顶至机舱最低部分的重点处水平面积的40%；2) 被保护的最大机器处所包括机舱棚在内的全部容积的35%；3) 但在小于2000总吨的货船上，上述可分别减至35%和30%；以及，如两个或两个以上的机器处所为完全隔开者，应视作一个处所。2.4.2 CO2流量计算（1） CO2气体的密度为0.56 m3/kg,不同地方的总容积的不同，二氧化碳的比率也不同：1) 机器

20、处不包括机舱棚的按40%来计算；2) 机器处包括机舱棚的按35%来计算；3) 货舱处按30%来算；（2） 本船是净吨为1340吨的锚拖船，适合于规范钢质海船入级规范（中国船级社2009）的要求，计算公式如下： （2-3） 式中： Q二氧化碳的量 kg V被保护处的总容积 m3 i 混合比率 二氧化碳的密度 0.56 m3/kg 已知： 包括机舱棚的总容积 V1=550 m3 不包括机舱棚的总容积 V2=535 m3 每瓶二氧化碳灭火器容量为 45 kg1) 包括机舱棚处： 瓶数： 取 n=82) 不包括机舱棚处： 瓶数： 取 n=9两种计算方式取其大者，所以二氧化碳瓶数为9。2.5 机舱通风计

21、算书2.5.1 概述机舱通风的计算是机舱所需总空气量、机械设备散热量、燃烧所需空气量，三者和的结果。2.5.2 机舱通风计算机舱通风计算有三种方法，下面分别采用这三种方法进行计算。方法一： 按换气系数每小时不少于50 次进行计算，则 V= V机×50=735×50=36750 m3/h方法二：按机舱内所有设备所需燃烧空气量和设备散热所需空气量之总和计算。（1） 燃烧所需空气量：31) 推进柴油机燃烧空气量q1（m3/s） （2-4） 式中 P1推进柴油机的持续使用功率（kW） 推进柴油机燃烧空气率（kg/ kW·s），估算时可取：对四冲程柴油机，=0.0020 k

22、g/ kW·s 空气密度，=1.13 kg/m3 所以 2) 发电用柴油机燃烧空气量q2（m3/s） （2-5） 式中 P2发电机的持续使用功率（kW） 发电机燃烧空气率（kg/ kW·s），估算时可取：对四冲程柴油机，=0.0020 kg/ kW·s 空气密度，=1.13 kg/m3 所以 3) 燃烧总空气量 q= q1+ q2=3.3982+0.5575=3.9557（m3/s）（2） 设备散热量估算：31) 主机散热量 （2-6）2) 发电机散热量 （2-7）3) 电气设备散热量 机舱内电气设备的总散热量为工作中的电气设备散热量的总和，对于拖轮估算时可取拖带

23、中使用的电气设备额定功率和照明功率的总和的20%。所以。4) 排气管的散热量排气管的散热量可按下图2-2查取，四冲程柴油机用，所以散热量为0.4 kW。 图2-2 排气管直径与散热量关系图35) 加热箱柜的散热量 如下表2-3所示，估算时选取最大值为0.515 kW。表2-3 加热箱柜的散热表36) 其余散热量大概估算是10 kW7) 所有散热所需通风量q（m3/s） （2-8）式中 为机舱中所有设备散热量之总和C空气质量热容（kJ/kg·K） （值为1.01）12.5 K（设计状态下空气流经机舱的温升）空气密度，=1.13 kg/m3 所以 每小时所需通风量为 13.75×

24、;3600=49500 m3/h。 方法三：根据主机厂商推荐计算公式来计算，主机厂商推荐的计算公式是 （2-9）1) 主机所需通风量Q主=1920×2×0.27×60=62208 m3/h2) 发电机也按类似计算 Q发=315×2×0.27×60=10206 m3/h3) 总通风量为 62208+10206=72414 m3/h原则：若主机厂商有推荐，选用主机厂商推荐的来计算选型，若没有则用方法一、方法二中计算的较大值来选型。因为，还要考虑到其他设备所需的通风量，选取的分机所提供的通风量必须大于第三种方法计算出的总通风量72414 m

25、3/h，所以选择的通风量为80000 m3/h。下面是风机的选取。2.5.3 风机的选取2-4 风机选取表2.6 油水分离器的选型及计算书2.6.1 概述用于处理机舱舱底水的油水分离器额定处理量，主要依据船舶在正常营运时所能产生的舱底污水量而定。舱底水油水分离器容量的选取与假定舱底水的生成量有关，但由于舱底水的生成量受许多不定因素影响，如船舶吨位、动力装置类型、技术状态、主辅机的机型及功率、尾管密封的型式、管系安装的工艺水平、机舱自动化的程度、分离器拟定运行的时间、新船、旧船、机舱维修保养、管理水平等方面因素有关，每天所产生的舱底水量可能有很大差异，难于计算。因此，到目前为止还没有一个统一的标

26、准，各国都是依据实际经验和本国的船舶状况来制定一个基本标准。但船用油水分离器不论其大小如何，都应该满足如下要求：（1） 经过分离的污水应能满足国际排放标准；（2） 能自动排油；（3） 在倾斜22.5°时仍能正常工作；（4） 构造简单，体积小，重量轻，易于拆洗和检修。根据IMO MEPC 107 (49)决议规定，应装有经主管机关批准的油水分离设备，使通过该设备的油水混合物经分离后排放入海水中的含油量不超过15 ppm。2.6.2 油水分离器的选型及计算一般，根据中国海船入级规范，舱底水油水分离器容量的决定取决于船舶的总吨位。查看下表2-5表2-5 船舶总吨位与油水分离器的容量关系表1

27、2 因此，本船选用分离能力为CYF-1B 1.0 m3/h.的油水分离器一台。表2-6 CYB-1B油水分离器规格及性能2.7 起动空压机选型及计算2.7.1 主机起动空气瓶容积（1） 根据钢制海船建造和入级规范，要求供主机起动的空气瓶至少应设两只，其容量在不不充空气量的情况下，对每台可逆转主柴油机能从冷态连续起动不少于12次，对每台不能换向的主柴油机能从冷态连续起动不少于6。（2） 按柴油机每启动一次所消耗的自由空气量估算，主机每次起动所需空气量由下式计算得 （2-10）式中：VBS空气瓶总容积 m3 VS起动空气消耗量 m3P1最低起动压力 0.8 MPaP2空气瓶充气终压 3 MPa所以

28、 （3） 根据主机厂推荐，选用空气瓶两只，容量为150 L，压力为3 Mpa。2.7.2 空气压缩机组根据船舶配套设备选用手册（戴学良主编），应在1 h内使空气瓶从大气压开始升至主机起动的最大压力为3 Mpa。 （2-11）qvca空气压缩机总排量 m3/hVB主空气瓶总容积 m3P2主空气瓶充气终压 3MPa选用主空压机两台型号：DENO L2-15 排量：14 m3/h额定压力：3MPa 转速：1450 r/min2.8 瘫船起动计算2.8.1 概述SOLAS 公约96修正案对瘫船启动时间首次提出要求：“1998年7月1日或以后建造的船舶，如果应急电源对恢复推进时必要的，为恢复推进所必须的

29、电源，其功率应能在全船失电后30分钟内，使其连同其他机械一起从瘫船状态恢复船舶的前进。2.8.2 起动步骤瘫船起动的主要步骤如下图2-3所示： 图2-3 瘫船起动步骤12.8.3 瘫船起动时间计算（1） 手动驱动应急空压机的时间T1：1 （2-12）式中：P0 为标准大气压力 P0=0.1MPa P1 为发电机最低起动压力 P1=1.0MPa V1 为应急空气瓶容积 L V0 为所需起动空气量 L所以 应急空压机每次压入气量为1 L，需要300次，设每分钟压20次，则需要的时间T1=15 min（2） 发动机起动的时间T2：0.5 min（3） 空压机起动时间 T3： 0.5 min （4）

30、对起动空气瓶充气至最低起动压力的时间T4 ：根据公式 （2-13）式中：P2 为空压机的压力 P2=3 MPa P3 为柴油机最低起动压力 P3=0.8 MPa V3 为主空气瓶容积 L V2 为所需起动空气量 L所以 主空压机每次压入气量为1L，需要80次，设每分钟压20次，则需要的时间T4=4min（5） 伺服泵起动时间T5： 0.5min（6） 主机起动时间T6： 0.5min（7） 瘫船起动总时间 T= T1+ T2 + T3 + T4 + T5 +T6=15+0.5+0.5+4+0.5+0.5=21min 30min3 泵及其它设备其他泵组和设备的具体参数如下表3-1所示表3-1 泵

31、组与设备的参数表4 机舱布置4.1 机舱布置的原则和要求机舱中机械设备的布置必须保证整个动力装置在船舶横倾15°和横摇22.5°和纵倾5°，纵摇7.5°时能正常工作，以满足船舶航行安全的要求。布置在机舱左右两舷的机械设备质量，应该尽量保持平衡，以免船舶产生倾斜，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；另海水泵必须布置在船舶最小吃水线以下足够低的位置，已保证在任何时候都能吸水；应急发电机应设置在机舱以外的上层甲板，以备机舱进水仍能正常工作。在机舱中有很多机械设备，各机械设备间的相对位置要合理并满足美观要求，预留足

32、够的空间方便设备的操作及维修管理，使机械设备在使用过程中保持其良好的技术状态，船舶安全可靠地运行。4.2 机舱布置概况4.2.1 主机与传动设备的布置本船机舱位于#22#65肋位，属于尾机型机舱。主机的布置必须与船体设计、螺旋桨尺寸和轴系布置密切配合。主机曲轴轴线应处于轴系理论中心线的延长线上。如机舱底层平面布置图所示，本船采用双机双桨推进装置，机舱底层左右舷设主机各一台，主机为CATERPILLAR 3516 BTA，四冲程、单作用、涡轮增压、16缸“V”型排列，船用柴油机每台主机的额定功率为1920 KW，每台主机最大持续功率为2575 BPH /1600 RPM，额定转速为1600 r/

33、min，缸径为170 mm，活塞行程215 mm。主机是空气启动的，配有海水冷却热交换器。每台主机应配备润滑油、水泵、过滤器、热交换器、油冷却器、消音器和所有必要的测量仪表和仪器。所有泵都由主机驱动并有淡水冷却缸套。滑油过滤器的吸入侧有离心过滤器，而且是湿式油底壳式的。主机曲线中心线的高度根据双层底或船底结构和花铁板的距离要求，主机由底壳的最下端与船体内底板或肋板的最小距离及主机的本身工作要求等因素决定，但考虑到应尽量使轴线平行于基线，这个高度还要依据实际情况加以调整。主机位于肋位#28肋位#35。主机前后端留有合理空间，安装主机减速器、推力轴承链接法兰等设备的地方，应保证定位、安装调试和检修

34、工作的空间，同时避免管路通过。主机后端通过齿轮箱直接驱动两套全回转装置。轴承的布置与全回转装置的布置如图所示，留有了适当的空间，以便进行定位、安装调试和检修工作。4.2.2 发电机组及配电板的布置发电机组布置在主机操纵位置的同一层平面内，以使管理人员能够方便进行监视和操作。本船是尾机舱型的，发电机组布置在机舱平台上主机的后端，且沿船舶横向布置。为了减少振动和降低噪声，发电机没有太靠近主机操纵部位，发电机消音器布置在机舱棚里。两发电机中心线距船舯的距离为640 mm，对称布置，有足够的维修空间。主配电板布置在主机控制板附近，以便值班轮机员进行监视。配电板周围有足够的空间和距离可以进行操作和保养。

35、4.2.3 辅助机械设备的布置其它辅助机械设备沿机舱四周布置，并且按同一系统或工作互相有联系的设备集中布置在一起。如在两舷对称集中布置了主机淡水冷却泵、主机缸套水交换器、主机滑油冷却泵、滑油压入泵组、舱底、压载水泵、燃油分油机、CPP液压动力站，可以节省了空间。为了减少管路的布置，因为其上甲板布置了洗手间，所以污水处理装置布置在左舷的中后部。同样的，考虑到滑油舱的布置在右舷和油渣泵组布置在船舯，油水分离器布置在右舷靠舷侧。相对称的左舷布置了预留污油回收设备，以供污油能及时送分油机处理。为了方便管理和操作，压载泵、消防总用泵等布置在右舷距船舯很近的地方。将主空气瓶和主空压机作为一个机组布置在右舷主机的前端的地方。考虑到燃油日用舱的布置，燃油输送泵组布置在两舱的中间，燃油总管布置在三号燃油舱那里，给船舶供油。为保证船的重心和稳性，水泥罐布置在船舯位置，泥浆泵、水泥罐空压机都安装在水泥罐旁边，方便安装、维修和管理。这样的分区布置可以做到减少管路的走向和用量，符合经济性要求。那泵组应沿船舶纵