587m锚拖供应船机舱设备选型与布置设计.docx
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587m锚拖供应船机舱设备选型与布置设计
目录
设计总说明I
introductionII
1绪论1
1.1综述1
1.258.7MAnchorHandlingSupplyVessel的主要参数1
2主机、发电机及设备的选型2
2.1推进装置的选取2
2.1.1概述2
2.1.2主机的选型2
2.1.3主机的主要参数2
2.2发电机选型和负荷计算书4
2.2.1概述4
2.2.2发电机的选型4
2.3污水处理装置计算书4
2.3.1概述4
2.3.2生活污水的计算5
2.3.3污水处理装置的选型6
2.4CO2计算书6
2.4.1规范对高压二氧化碳的一些规定6
2.4.2CO2流量计算7
2.5机舱通风计算书7
2.5.1概述7
2.5.2机舱通风计算7
2.5.3风机的选取11
2.6油水分离器的选型及计算书11
2.6.1概述11
2.6.2油水分离器的选型及计算12
2.7起动空压机选型及计算13
2.7.1主机起动空气瓶容积13
2.7.2空气压缩机组13
2.8瘫船起动计算13
2.8.1概述13
2.8.2起动步骤14
2.8.3瘫船起动时间计算14
3泵及其它设备15
4机舱布置17
4.1机舱布置的原则和要求17
4.2机舱布置概况17
4.2.1主机与传动设备的布置17
4.2.2发电机组及配电板的布置17
4.2.3辅助机械设备的布置18
4.2.4机舱棚、机舱出口及其它布置18
5结论18
鸣谢20
参考文献21
设计总说明
本设计课题为58.7MAnchorHandlingSupplyVessel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
introduction
Thisdesignisusedforplantmodelselectionandarrangementdesignof58.7mAnchorHandlingSupplyVessel.ThedesignbasedonthepracticeoftheCOSCO（GuangDong）ShipyardCO.,Ltd,wasraisedbytechnicalmanagerandsupervisor.AccordingtotheRulesForClassifcationOfTheSteelShip（2009）,TheShipDesignPracticalHandbook（Enbinesub-volume）,thedesignwascompletedunderbothmyprofessionalknowledgeandtheguidancebytheteacher（orsupervisor）ofchenyirui.
Engineroomarrangementisoneoftheimportantprojectsofnew-buildingship,EngineroomlayoutisthebaseofTurbinespecificationandanimportantdrawingforthefurtheroutfittingdesign.Theengineroomisthedynamiccorecabinofavessel.It’sthepreconditiontoguaranteethesafetyvoyageofashiptochoosetheappropriatemainengine,generatorsetsandallkindsofrelatedequipmentsbycalculationandselection.Byreasonablylocatingallequipmentsintheengineroomarrangementdesign,alotofcabinspacecanbesaved,andunnecessaryworkcanbereducedfortheengineerstooperate,maintainandrepairtheplant.Themainengineselectionisdecidedbytheship’sbollardpull.Theestimationofvariousmechanicalequipmentsistocalculateallkindsofauxiliaryengineandothermechanicalequipmentsexceptthemainengineandchoosetherightonesaccordingtotheship’sdemand.Afterselection,allkindsofequipmentswillbereasonablydistributedintheengineroombytheengineroomarrangementdesign.
Keywords:
Plantmodelselectionintheengineroom;Estimationofvariousmechanicalintheengineroom;Thearrangementdesignoftheengineroom
58.7M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。
1.258.7MAnchorHandlingSupplyVessel的主要参数
总长：
大约58.70m
水线长：
大约28.30m
型宽：
大约14.60m
型深：
大约5.50m
设计吃水：
大约4.50m
结构吃水：
大约4.75m
总吨：
大约1450t
航速：
13.5Knot
船员定额：
42人
燃油装载：
475m3
淡水装载：
230m3
水泥装载：
255m3
干水泥装载：
187m3
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65T÷0.0125=5200HP
其中一台主机的马力是2600HP
2600×0.735=1911KW
因此选择2600HP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，ω直喷式、涡轮增压中冷和水冷却
型号：
CATERPILLAR3516B
额定功率：
每台主机的额定功率为1920KW（2575BHP）
备用功率：
2000KW
额定转速：
1600r/min
缸数：
16（V型）
缸径：
170mm
活塞行程：
215mm
气缸容积：
78.08L
压缩比：
15.5:
1
最大排烟背压：
6.7kPa
最小进风面积：
6m2
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：
3516B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，最大工作负荷是在拖带过程中的262.88KW。
因此选用1台315kw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：
CATERPILLAR3408DITA
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：
137mm
行程：
152mm
排水量：
18l
压缩比：
14.5：
1
发动机转速：
2100rpm
额定扭矩：
2135N•M
功率输出：
269kw
电力输出功率：
315kw
电压：
415V/3Ph/50Hz
检查：
BV（100ekw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《MARPOL73/78》附则Ⅳ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（Ⅵ）决议（称为老标准）。
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
IMO
老标准
IMO
新标准
TSS（mg/l）
50
35
BOD5（mg/l）
50
25
COD（mg/l）
无要求
125
大肠菌群（个/100ml）
250
100
PH
6~9
6~8.5
于氯（mg/l）
尽可能低
＜0.5
型式试验天数（天）
10
10
根据国际海协环保会IMOMEPC.159（55）的排放要求和GB10833-89《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污水量取50L/man/day
所以Q≥42×50=2000L/day
实际选用2160L/day＞2000L/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
NO
项目
型号
WCB-50
类型
1
处理方法
容量
L/day
2160（最少42人的容量）
处理量
L/man/day
50
生化需氧量
Mg/L
Maximum25
化学需氧量
Mg/L
Maximum125
悬浮固体
Mg/L
Maximum35
大肠菌
Coliform/ml
Maximum100per100ml
Mg/L
Maximum0.5
Ph
6~8.5ph
处理后排放水指标悬浮固体（TSS）≤35mg/L5日生化需氧量（BOD5）≤25mg/L化学需氧量（COD）≤125mg/L大肠菌群几何平均近似值（M.P.N）≤100个/100ml。
全面满足IBMMEPC.159（55）决议所要求的指标。
2.4CO2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。
2.4.2CO2流量计算
（1）CO2气体的密度为0.56m3/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2.4.1《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0.56m3/kg
已知：
包括机舱棚的总容积V1=550m3
不包括机舱棚的总容积V2=535m3
每瓶二氧化碳灭火器容量为45kg
1）包括机舱棚处：
瓶数：
取n=8
2）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=36750m3/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：
[3]
1）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，
=0.0020kg/kW·s
—空气密度，
=1.13kg/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，
=0.0020kg/kW·s
—空气密度，
=1.13kg/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：
[3]
1）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0.4kW。
图2-2排气管直径与散热量关系图[3]
5）加热箱柜的散热量
如下表2-3所示，估算时选取最大值为0.515kW。
表2-3加热箱柜的散热表[3]
箱柜表面隔热
散热量Фt/kW·m-2
60℃
70℃
80℃
90℃
无隔热
0.14
0.234
0.328
0.42
隔热层30mm
0.02
0.035
0.05
0.06
隔热层50mm
0.01
0.02
0.03
0.04
6）其余散热量
大概估算是10kW
7）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）
—12.5K（设计状态下空气流经机舱的温升）
—空气密度，
=1.13kg/m3
所以
每小时所需通风量为13.75×3600=49500m3/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=62208m3/h
2）发电机也按类似计算Q发=315×2×0.27×60=10206m3/h
3）总通风量为62208+10206=72414m3/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72414m3/h，所以选择的通风量为80000m3/h。
下面是风机的选取。
2.5.3风机的选取
2-4风机选取表
NO.
系统描述
风机类型
风机型号
技术参数
流量（m3/h）
静压（pa）
电源
输出
（Kw）
风速（RPM）
S（E）-1A
机舱风机（排气）
轴向
FSGX-40
40，000
650
415V/3Φ/50Hz
18
1,500
S-1B
机舱风机
轴向
FSGX-40
40，000
650
415V/3Φ/50Hz
18
1,500
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IMOMEPC107（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15ppm。
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[12]
船舶总吨位
舱底水油水分离器容量m3/h
GT=400~1000
0.25~0.50
GT=1000~2000
0.50~1.00
GT=2000~4000
1.00~2.00
GT=4000~7000
2.00~3.00
GT=7000~15000
3.00~5.00
GT＞15000
5.00~10.0
因此，本船选用分离能力为CYF-1B1.0m3/h.的油水分离器一台。
表2-6CYB-1B油水分离器规格及性能
型号
处理流量（m3/h）
工作压力（kg/cm2）
进水允许最大含油量（mg/L）
出水含油量（mg/L）
专用泵
排油方式
加热器类型
进、出水管直径
重量（kg）
泵类型
电动机型号
电动机功率（kw）
进水管（mm）
出水管（mm）
CYF-1B
1.0
1~2
<250000
≦10
卧式往复泵或螺杆泵
J02型（电源380V）
0.6
自动或手动
需要时加装电加热器
25
25
~300
带有蒸汽或电加热器
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。
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