Лабораторная работа №1-1

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВЫХ СИСТЕМ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

1. Цель работы

- изучить устройство всех конструктивных элементов судовых систем, выставленных на стенде, путем их разборки и сборки;

- определить геометрические и условные характеристики заданного элемента;

- выполнить эскиз этого элемента в разрезе и проставить присоединительные и габаритные размеры.

2. Теоретические сведения

В связи с тем, что количество судовых систем велико и их функции мно­гообразны, для упрощения проектирования, постройки и эксплуатации принято классифицировать их по двум следующим принципам:

• по роду рабочей среды, перемещаемой по трубопроводам (водо-, газо-воздухо-, паро-, нефте-, масло-, топливопроводы);

• по назначению и характеру выполняемых системами функций (трюмные, балластные, противопожарные, санитарные, искусственного микроклимата, сжатого воздуха и др.).

Трубопроводы судовых систем принято классифицировать по функциональному признаку на приемный, напорный, перепускной, перекачи­вающий, наливной, сливной, отливной, продувания, стравливающий, га­зовыпускной, вытяжной и приточный; а линии трубопроводов на магист­раль, ответвление, ответвление групповое, перемычка, обвод.

Судовые системы включают в себя множество отдельных конструктив­ных элементов, в каждую из которых входят:

• трубопроводы, состоящие из отдельных труб, фасонных частей и пут­евых соединений;

• арматура и ее приводы (для управления работой системы);

• контрольно-измерительные и сигнальные приборы (для контроля за работой систем и параметров);

• подвески, кронштейны и фундаменты (для крепления судовой системы к конструкциям корпуса судна).

В системы также могут входить:

• механизмы (для перемещения рабочих сред по трубопроводам систем - насосы, вентиляторы, компрессоры);

• аппараты и различные устройства (для обработки рабочей среды или ее фазового состояния - теплообменники, испарители и т. п.);

- цистерны и е­мкости (для размещения и хранения рабочей среды).

Трубопроводы выполняют из отдельных труб, соединенных между собой разъемными и неразъемными со­единениями.

В судовых системах используются трубы стальные, стальные оцинкован­ные (плакированные, футерованные), латунные, пластмассовые, резиновые, дюралюминиевые, из сплавов на медной основе и др. Трубы могут быть цель­нотянутыми и сварными. Они имеют нормализованные государственны­ми стандартами характеристики, основными из которых являются:

• химические (дают представление о коррозионно-эрозионных качествах и химической стойкости материала);

• физические (определяют механические и технологические качества ма­териала труб - предел текучести, предел временного сопротивления, относительное удлинение, ударную вязкость и различные технологические пробы - изгиб, отбуртовку, сплющивание и др.);

• геометрические (определяют размеры и форму труб - наружный диа­метр, толщину стенки, длину однородной части трубы);

• условные (некоторые условные величины для труб и конструктивных элементов - условный диаметр и условное давление).

Под условным диаметром или условным проходом-D_у, для трубопроводных элементов понимают номинальный внутренний диаметр в миллиметрах. Для арматуры условный проход и действительный внутренний диаметр совпадают, а для труб условный проход не всегда совпадает с их внутренним диаметром. Размеры условных проходов регламентированы стандартом.

Условным давлением – Р_у, называют то наибольшее давление, которое можно допустить в трубопроводе при температуре рабочей сре­ды от 0 до 120 ^оС. Использование этой характеристики позволяет не рассчитывать прочность трубопроводов, она как бы заведомо обеспечивает его прочность. Условное давление назначается как часть пробного давления.

Нормальное напряжение в продольных сечениях труб определяется зави­симостью

, (1)

где Р_пр - пробное давление, МПа; , d_в - соответственно толщина стенки и внут­ренний диаметр трубы, мм; - допустимое напряжение, МПа.

Пробным давлением -Р_пр называют давление гидравлических испытаний трубопровода водой на прочность при температуре не выше 100°С. Для питательных трубопроводов с рабочим давлением более 0,343 МПа пробное давление Р_пр=1,5Р, где Р- наибольшее расчетное давление в трубопроводе.

Рабочим давлением – Р_раб называют наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается длительная и безопасная эксплуатация тру­бопровода.

Зная Р_у можно определить Р_раб Эти характеристики связанны зависи­мостью, которая учитывает изменение механического свойства материала тру­бы под воздействием температуры рабочей среды. Например, для малоуглеро­дистой стали:

Р_раб= Р_у при t <120°С,

Р_раб = 0,8Р_у при t120-300°С, (2)

Р_раб = 0,6Р_у при t>300°С,

В неподнадзорных Регистром трубопроводах расчетная толщина стенки может быть определена по выражению

, (3)

где Р - наибольшее давление в трубопроводе, МПа; d_н - наружный диаметр тру­бопровода, мм; _g - допускаемое напряжение на растяжение, МПа (для мед­ных труб _g=41 МПа, труб из алюминиевой бронзы _g = 78 МПа, для стальных труб _g = 130 - 173 МПа, или _g = 112 - 166 МПа соответственно от стали 10 до хромомолибденовой стали при температурах стенки 20°С и 250°С);  -коэффициент проч­ности (для бесшовных труб  = 1; для стальных сварных труб  = 0,9 если иное не оговорено в ТУ на поставку труб).

Действительная толщина стенки определяется как

S=S₀+b+с ,

где S₀ - расчетная толщина стенки, мм; b- прибавка обусловленная утонением трубы при гибе, мм; с - прибавка на коррозию трубы, мм.

Прибавка на утонение определяется как

,

где R_Г - средний радиус гиба трубы в мм.

Прибавка на коррозию трубы –c для стальных трубопроводов регламен­тирована Правилами Регистра в зависимости от их назначения и составляет: питательная вода в системах откры­тых – 1,5 мм, закрытых – 0,5 мм; продувание котлов – 1,5 мм; пресная вода – 0,8 мм, морская вода – 3,0 мм; гидросистемы и смазочное масло – 0,3 мм; перегре­тый пар – 0,3 мм, насыщенный – 0,8 мм; грузовые, зачистные трубопроводы и змеевики системы подогрева - 2 мм, а при изготовлении их из медных и латун­ных труб - 0,8 мм.

При выборе стандартной толщины стенки, как правило, принимают бли­жайшее большее ее значение. При давлениях в трубопроводе менее 1 МПа толщина стенки трубы выбирается по прототипу без расчетной проверки на прочность.

На практике толщину стенки трубы определяют следующим образом. По заданному рабочему давлению и температуре по зависимости (2) находят ус­ловное давление - Р_у. По условному давлению в дальнейшем подбираются со­единительные элементы и арматура для труб. По пробному давлению - Р_пр с помощью формулы (3) может быть найдена толщина стенки трубы. Далее по стандартному ряду толщин (по ГОСТам) подбирают ближайшую большую толщину стенки трубы.

Подбор водо-газопроводных труб по условному проходу можно произво­дить по ряду: D_у = 3, 8,10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 70, 80,100, 125, 150 мм и далее + 50 мм до 400 мм (СТ СЭВ 254 - 76).

Согласно данному стандарту арматура и соединительные части трубопроводов должны изготавливаться на следующие избыточные условные давления: Р_у= 0,1; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0 МПа и др.

Фасонные части служат для разветвления линий трубопроводов, изменения направления перемещаемой среды и обеспечения непроницаемости

корпусных конструкций и емкостей при пересечении их линиями трубопроводов. Основными из них являются: отвод (колено), угольник, тройник, крестовина, переборочный стакан (для пропуска трубы через водонепроницаемые переборки), полустакан (крепится к переборке или к палубе), приварыш ( утолщенный фланец приварен к емкости или корпусной конструкции), отросток (отрезок трубы приварен к трубопроводу) и др. Применение фасонных частей дает возможность почти совершенно освобо­диться от гибки труб.

Фланцевые соединения применяются для труб, как правило, с D_у от 20 мм и выше. По конструкции делятся на: плоские; выступ - впадина; шип - паз.

Штуцерные соединения находят широкое применение для соединения труб и др. с D_у от 3 до 32 мм. По конструктивному признаку они подразделяют­ся на штуцерно-торцевые, штуцерные по наружному конусу, штуцерные по внутреннему конусу. Штуцерные по наружному конусу имеют следующие ос­новные элементы: цилиндрическую часть (трубу) с развальцовкой на конце, ниппель, накидную гайку и штуцер. Угол развальцованного конуса обычно вы­бирают в пределах 60° ÷ 74°. Соединения по внутреннему конусу часто выполняются сферическими или полусферическими. В этих соединениях ниппель имеет внешнюю сфериче­скую поверхность.

Преимущество штуцерно-торцевых соединений состоит в том, что они имеют меньший момент затяжки и большую ремонтопригодность в условиях эксплуатации судна.

Фитинговые соединения применяются для соединения водо-газопроводных труб. Основными элементами этого соединения являются муфта и контргайка, которые полностью перемещаются на полной резьбе (сгоне) тру­бы. Другой конец муфты имеет резьбу в половину длины муфты. При соедине­нии концов труб муфта свинчивается на укороченную резьбу. Уплотнение дос­тигается путем подматывания пакли или льна на сурике и поджатия контргай­ки. Угольники, тройники и другие фитинги завертываются на трубы до конца (сбега) трубы.

Дюритовые соединения состоят из резиновой муфты (шланга) и обжим­ных хомутов. Применяются для подключения трубопроводов к патрубкам ме­ханизмов, установленных на амортизаторах, и других подвижных устройств. Эти соединения имеют самый малый срок службы.

Арматура, используемая в судовых системах, подразделяется на пять видов:

- запорно-переключающая (клапаны, клинкеты, клапанные коробки, кра­ны, заслонки, манипуляторы);

- пропускающая в одном направлении (невозвратные или невозвратно-запорные клапаны, захлопки);

• регулирующая (редукционные и дроссельные клапаны);

• предохранительная (предохранительные клапаны, фильтры, приемные сетки) ;

- специальная (кингстоны, пожарные краны, донные клинкеты).

Арматуру изготовляют из чугуна, бронзы, стали, латуни, а для трубопро­водов морской воды - из алюминиево-марганцовистой бронзы. Основными тре­бованиями к качеству арматуры являются:

• долговечность;

• циклическая стойкость за соответствующий срок службы;

• вероятность безотказной работы;

• ремонтопригодность;

• необходимость силовой фиксации;

• обеспечение выдачи информации о положении запорного органа.

Характерными отказами в работе арматуры являются: повреждение запирающих органов (седла и тарелки клапана, клинкетных дисков, периферийных уплотнений поворотной заслонки, уплотняющей поверхности крана и т.п.); износ набивки сальника штока (вымывание, затвердение); повреждение поверхности штока в районе сальника (задир или срабатывание); износ резьбового соединения перемещения штока; повреждение присоединительных уплотняющих поверхностей; перекос грунбуксы сальника в результате неравномерной затяжки; нарушение плотности соединений с трубопроводом из-за разрушения (старения) прокладочного материала.

При выборе вида арматуры следует предпочтение отдавать арматуре по­воротного типа, которая в открытом положении обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление. В частности, краны с шаровой пробкой (Р_у> 40 МПа).

Существует три вида управления арматурой: ручное, дистанционное, ав­томатическое. В последнее время все больше возрастает роль дистанционного и автоматического управления. Однако предусматривается и ручное, как запас­ной или резервный режим управления, либо при авариях, а также ремонте сис­тем и трубопроводов. Конструкции приводов дистанционного и автоматическо­го управления арматурой подробно показаны в (1. С. 147-166).

Следует помнить, что неправильные операции по управлению системами, вызываемые главным образом недостаточным знанием систем, могут привести к порче оборудования и груза, к потере судовых запасов, вызвать аварийное со­стояние и даже послужить причиной гибели судна.

3. Описание стенда

В машинном зале на стенде пронумерованы и выставлены конструктив­ные элементы судовых систем: путевые соединения, фасонные части, арматура всех видов, прокладочный материал, контрольно-измерительные приборы. Прототипы этих элементов имеются в системах, обслуживающих действующий котел КВВА, и являются дополнением к стенду

4. Порядок выполнения работы

В процессе выполнения лабораторной работы требуется:

4.1. Ознакомиться с теоретической частью настоящих методических указаний.

4.2. Уяснить потребность в классификации судовых систем, во введении понятий «условный проход» и «условное давление».

3. Изучить устройство всех конструктивных элементов, выставленных на стенде, путем их разборки и сборки. Уяснить характерные отказы арматуры в процессе ее эксплуатации и способы их предупреждения и устранения.

4. Выполнить эскиз конструктивного элемента (по указанию пре­подавателя), снять необходимые размеры для определения основных характе­ристик и местного сопротивления.

5. Определить материал составных деталей указанного элемента, мак­симальную подачу через трубопровод, содержащий этот элемент.

6. Ответить на контрольные вопросы.

5. Контрольные вопросы

5.1. Что означает «условный диаметр» и «условное давление»?

5.2. Из каких материалов изготавливают трубы судовых систем?

5.3. Какие виды судовой арматуры вы знаете и какие характерные отказы свойственны ей?

5.4. Какие материалы применяются для обеспечения плотности путевых соединений (по воде, пару, воздуху, нефтепродуктам, фреону)?

5.5. Чем отличается манипулятор от крана, дроссельный клапан от редукционного?

6. Какие приводы управления арматурой вы знаете?

7. Какие приборы контроля и измерения применяются в судовых системах?

8. Для каких целей служат на судне трюмные системы?

9. Какие принципы положены в основу работы устройств для очистки трюмных и балластных вод от нефтепродуктов?

5.10. Какие операции по управлению арматурой могут вызвать аварий­ную ситуацию на судне?

6. Содержание и оформление отчета

1. Титульный лист (по образцу).

2. Четкое изложение цели работы.

3. Эскиз конструктивного элемента в разрезе (по ЕСКД) на листе формата А4 с указанием ма­териала составных деталей.

4. Сводная таблица определяемых величин - D_у, Р_у, , δ, d_н, d_в,Q_v^max.

5. Четкие письменные ответы на контрольные вопросы.