【船舶冷却水管系和压缩空气管系设计12000字（论文）】

第1章前言船舶冷却水管系和压缩空气管系设计目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 I第一章前言 11.1 研究目的和意义 11.2 国内研究现状 11.3 研究内容和方法 1第二章船型资料和原始资料 22.1 船型资料 22.2 原始参数 2第三章压缩空气管系设计 33.1 压缩空气管系组成 33.2 压缩空气管系作用 33.3 压缩空气管系原理 33.4 压缩空气管系设计要求 43.5 压缩空气管系主要设备的相关计算 43.6 压缩空气管系管径和壁厚的确定 53.7 管路附件选择 8第四章冷却管系设计 94.1 冷却管系组成 94.2 冷却管系作用 94.3 冷却管系原理 94.4 冷却管系的设计要求 104.5 冷却管系主要设备的相关计算 114.6 冷却管系管径和壁厚的确定 154.7 管路附件选择 18第五章结论与建议 195.1 结论 195.2 建议 19参考文献 21摘要本次毕设课题主要以47500吨散货船作为设计主体，进行其冷却管系和压缩空气管系设计计算。在设计过程中首先分析了冷却管系和压缩空气关系的组成结构及其作用原理，然后结合现有参考数据计算了船舶管系中最重要的设备参数，如空气瓶、空压机及膨胀水箱等。并对管路附件进行选取，对相关管径进行设计计算，如对冷却水管系中海水管径及淡水管系的计算；压缩空气管径的计算。最后根据得出的数据绘制高温、低温冷却水管系CAD图、海水冷却水管系CAD图及压缩空气原理图。关键词：船舶管系统，压缩空气管系统，冷却水管系第一章前言研究目的和意义改革开放以来，随着国家的繁荣和经济的快速增长，能源消耗和浪费问题日益加重。人民生活水平的提高，对交通运输方式提出了更高的要求，既要在船舶系统满足节能高效工作要求的同时，满足人们对其的安全测试要求。通过对47500吨散货船的冷却和压缩空气管系的设计，了解了船舶管系的结构，足以保证船舶电站可靠正常运行，船舶也能安全航行。船舶管系在船舶中的地位与作用非同寻常，管道系统的设计与研究是当前一个重要的发展方向。国内研究现状国内针对船舶管系设计相关问题，根据船级社规范、MSA法规和国际惯例，设计了对船舶管系中各管路管径和所需泵的排量进行设计，同时根据各管路管径和对阀的要求进行每根管道的管径和所需的泵排量同时，根据每根管道的管径和阀门的要求，进行阀门零件的选择，完成管道系统的具体设计。2010年韩松等对船舶管系的设计和计算的相关问题进行了具体研究，研究对象为好望角型散货船的货舱舱底水压载、艏部污水及货舱进水等不容忽视的四个系统，所选用的分析法为对系统组成及设备容量进行计算、明确设计要领及规范要求等。分析结果表明该研究明确了船型的未来设计指南。2011年徐宝余利用DCL语言和Autolisp语言在MDT平台上开发了包括冷却管系系统计算、燃油管系系统计算、滑油管系系统计算、压缩空气管系系统计算与管系绘制的软件包。通过这个软件包对船舶管系相关系统计算进行分析研究，用户可以使用该软软件进行设备的选型和主要计算。在此平台上完成初步的计算布置后，还可进一步对管系的设计进行可视化的干预检查。三维管系放样设计的研究内容为计算机三维设计和现代船舶管系放样之间的相关性关系，研究对象为管系，研究数据是直观的、真实的船舶设计样式和模型，所选用的分析法为将船舶管系放样和建造巧妙地结合起来，分析结果表明将这两者巧妙的结合起来，不但可以减少船舶管系建造的劳动强度，而且还可以提高生产率的同时减少成本，同时缩短了船舶建造周期。研究内容和方法首先根据教师给定的船型参数来确定主要技术指标和要求，随后，确定船舶管系方案选择和原理运行，并进行相应的船舶管系统计算，最后绘制相关原理图。第2章船型资料和原始资料船型资料和原始资料船型资料船型：47500总吨散货船用途：该船的设计和建造基于全球航行的单桨单机驱动散货船。原始参数船舶主要参数及性能参数总长：199.99m垂线间长：192.00m型宽：32.26m型深：16.20m设计吃水：10.70m总吨：47500t机舱长度：8.55m设计航速：14.20kn航区：Ⅰ类船员人数：40P续航力：19600nmile主辅机柴油参数表2-1主辅机柴油参数主/辅机主机辅机型号6S46MC-C75DK-20型式直列式涡轮增压缸数气缸直径活塞行程燃油消耗率滑油消耗率数量6460480174g/kw﹒h1.1g/kw﹒h15200mm300mm184g/kw﹒h1.2g/kw﹒h3第3章压缩空气管系设计压缩空气管系设计压缩空气管系组成压缩空气系统和控制空气系统是压缩空气系统的两个不可或缺的部分，在绝大多数情况下，它包括空气压缩机、储气罐、过滤器和压缩空气干燥机。压缩空气管系作用柴油机动力装置中，为了确保船舶能够正常运转并有效率的工作，压缩空气系统在此过程中的地位不容忽视。自动化程度高的船舶时长会使用压缩空气系统。主要用途有：（1）柴油机的启动；（2）柴油机的换向；（3）离合器的操纵；（4）自动化装置的气孔装置；（5）压力柜的充气；（6）气笛、雾笛的吹鸣（7）灭火剂的驱动喷射；（8）其他。压缩空气管系原理一般来说，船舶上使用的压缩空气管系工艺包括两种基本形式：总的来说就是单压管系和双压管系。图3-1为大型散货船压缩空气管系原理图。它是一种由机舱中的两台电动空气压缩器所组成的单压力管系；压缩机组通过压力继电器自动启动或停机（启动压力大概为1.0MPa，停机压力大约为3.0MPa）。本系统配有容量为4000L主空气瓶两只，供主机和副机发电机组分别开动用，其工作压力为3.0MPa。一般通过减压后可为气笛和甲板机械所使用，也可对水下阀箱进行冲洗（压力约为0.4MPa）。图3-1压缩空气原理图压缩空气管系设计要求(1)船舶主机采用压缩空气起动时，应有多于两套的充气装置，其中至少有一套应由与主机不同的能量驱动。它通常由动力或辅助电动机提供驱动，手动操作也可用于小船。

(2)空气压缩机以0.69MPa至2.94MPa的压力对气瓶充气，气瓶填充时间大约为1h。在大中型船舶上，空气瓶的填充一般来说使用自动控制。

(3)主机至少有两个初始空气瓶，总的发动机容量必须能够从冷机起动超过12次，而无需为可逆柴油机充电，并且不可逆柴油机可以从冷机继续运行，至少开启6次以上。(4)可以放置一个辅助发动机启动气瓶，并且其容量必须能够连续使用来自冷发动机的最大功率连续启动辅助发动机超过6次，而无需额外充电。

(5)必须在空气压缩机中安装空气-水分离器以使空气瓶充气。进入空气瓶的压缩空气的温度不得超过60C，否则必须在空气压缩机的排出口安装空气冷却器。(6)每个空气压缩机的排气管必须直接连接到每个初始气瓶，并且压缩空气管必须装有旋塞或排气装置还必须配备用于自动控制系统的截止阀和控制阀。压缩空气管系主要设备的相关计算1、空气瓶容积柴油机气缸数：i=6个柴油机气缸直径：D=46cm柴油机气缸行程：S=48cm柴油机气缸总容积：V=iπD24·柴油机连续起动次数：Z=6次空气消耗量与气缸容积之比：q1=7,q所需自由空气量：Vf=[q1+(Z−1)·q2]·V=最大的起动压力：P1=2.94MP最低的起动压力：P2=压缩空气瓶容积：Vy=Vf10∙（P2、空压机排量计算压缩空气瓶容积Vy=679最大起动压力P1=2.最低起动压力P2充满全部主机需消耗空气瓶的时间T=1h空气机排量Vq=3、压缩空气压力的选定压缩空气压力范围（单位MPa）表3-1压缩空气压力范围用途最高起动压力最低起动压力使用压力船用柴油机起动压力2.940.686大型低速柴油机启动中速柴油机启动高速柴油机启动气笛，雾笛海水，淡水压力柜海底门吹洗气动仪表及杂用3.06.015.01.00.40.31.00.72.06.00.80.30.20.60.490.2940.1960.588压缩空气管系管径和壁厚的确定1、管径计算根据影响管径因素的分类法，能够将其分为两种，一种计算方式是遵照流体介质在管子内的速率方式来推算管径，另一种方式是凭据流体在管内流动时能量的耗损来计算管径。绝大多数情况下，即当流体恒定不变时，管径的计算主要与管内流体的流动速度密切关联。计算公式如下： d=0.0188×qvv=0.0188×1.5×104250式中d——管子内径，（m）qv——体积流量，（m3/ρ——流体密度，(kg/m3v——管内流体流速，(m/s)；qm——流体的质量流量，（kg/m3）。注：船上压缩空气的耗量难以精确计算，因而压缩空气管中的流速不易确定。根据实践经验推荐：管径在15~150mm，则流速为4~15m/s（压缩空气压力2.5~3.0MPa）。若以自由空气计算，则推荐自由空气流速为250~300m/s。2、管子的壁厚计算管壁厚度主要考虑强度要求和腐蚀的影响。各管系中流动的流体的性质、压力及温度不同，对管子的强度要求也不一样，所以一般情况下为了改善管子的强度适当调整管壁厚度是及有必要的。不同材料和工作介质的管道腐蚀程度不同，如表3-2所示。表3-2不同材料管子的腐蚀速度为了使管道在大多数情况下更可靠地工作，考虑到管壁的腐蚀速度每年不得高于0.1~0.15mm/a，这样往往能让管子的利用率最大化。影响管系造价和重量的一大因素大致可以分为管壁厚度和管径和管子材料。适当缩减管壁厚度可以工厂的成本支出，但同时也缩短了管子的使用寿命。通常应当根据情况的改变，通过计算来适当性调整管壁厚度。各管系内壁所受不等的压力、流速和温度的改变取决于它们所输送的不同介质，只有在计算中根据《钢质海船入级与建造规范》的相应公式，充分提高了管的强度要求计算，才能达到管子的利用率最大化。当管子受到内压，其最小壁厚计算式为： δ=δ0+δb+δ式中δ——钢管最小壁厚，(mm)；δ0δb——弯曲附加余量，(mm)；δc——腐蚀余量，(mm)。对钢管：查表可得，压缩空气管系腐蚀余量δc取1.0对铜管：通常情况下，δc取0.8mm时，适用于铜、铝黄铜和镍含量低于10%的铜镍合金；δc取0.5mm时，适用于镍含量为10%以上的铜镍合金；δc整体而言壁厚δ0的值应按下式计算：

δ0=pD2σe+p式中δ0p——设计压力(MPa)；D——钢管外径(mm)；[σ]——钢管许用应力(N/mm2)；e——焊接有效系数，e取1时，适用于无缝钢管、电阻焊和高频焊钢管。钢管许用应力[σ]应取下列公式计算值的最小值：[σ]=σb/2.7，N/[σ]=σst/1.6，[σ]=σDt/1.6，式中σb——常温材料下的最低抗拉强度，N/mm2；σst——材料在常温下的最低屈服强度或0.2%的条件屈服强度，N/σDt——材料在设计温度下10附加弯曲余量δb δb=0.4RDδ0mm=0.4×式中R——平均弯曲半径，mm，绝大多数情况下R不得低于4D；D和δ0同理。腐蚀余量δc，按表3-3选取。当管路穿过舱柜时，为了精准计算耐腐蚀性，余量应加上一个值大小取决于外部介质的附加腐蚀余量。如果对管子结构得到优化改良并且实现了相应的保护，那么减少管子的腐蚀余量的情况理应不在话下。若从根本上解决管子原材料问题，例如使用特种钢管时，腐蚀余量即可大量减少，甚至可以优化到零。表3-3钢管腐蚀余量δ管子用途δc/管子用途δc/过热蒸汽管0.3润滑油管0.3饱和蒸汽管0.8燃油管1.0货油舱蒸汽加热管锅炉开式给水管锅炉闭式给水管锅炉排污管压缩空气管液压油管2.01.50.51.51.00.3货油管冷冷藏装置制冷管淡水管海水管冷藏货舱盐水管2.00.30.83.02.0所以管壁的最小厚度为δ=δ0+δb+δ从上式不难看出，壁厚δ与工作压力成正比，即工作压力值与其壁厚呈正相关，同增同减；许用应力[σ]和壁厚呈负相关；由于许用应力和工作介质的温度也是呈负相关的，因而壁厚值δ与工作介质的温度呈正相关；工作介质的腐蚀性大的则c值增加，其相应的壁厚δ值也增加，不难说明，往往在选用管子时，压力、温度和工作环境的腐蚀性起着重要的作用。管路附件选择(1)连接附件在船舶中的功用在某一方面是将管路中的机械、设备、表盘阀件和管子等重要零部件彼此连接，相互作用；船舶常用的连接形式大致可分为法兰连接，螺纹连接，焊接连接，布软管连接，机舱管件和座板连接以及伸缩缝连接。(2)在管道中安装了多个控制阀部件，例如：截止阀，止回阀，截止止回阀，闸阀，蝶形阀和阀箱，旋塞，球阀等用以控制管道内工作设备的流量和方向；a.截止阀是阀门中最常用的部分，其目的是切断或连接管路中的介质；b.止回阀（也叫单向阀），使工作介质只能沿一个地方通过，防止其倒流；止回阀的结构主要由提升止回阀、回指止回阀和垂直止回阀组成；c.截止止回阀顾名思义是具有截止和止回两种性能的阀件；(3)膨胀接头的作用是吸收因机身变形和管子热胀冷缩引起的内应力，并防止管路泄漏、弯曲和破裂；使用了四种类型的伸缩接头：弯头膨胀节，波纹管膨胀节，填料函膨胀节，整体膨胀节；(4)管子支撑的用途是正确布置管道；第二是支承管道自身的重量；第三是为了避免因机械工作频率过快、船体形变或温度起伏不定引起的管道损坏；支架的类型很多种,然而，船舶上经常使用四种支架：轻型支架，普通支架，特殊支架和金属弹簧吊架；(5)为了监视和测量系统中机械设备的压力，温度和液位，必须安装各种检查和测量设备以随时捕获和判断系统的运行情况，进行必要的调整或采取相关步骤；其中，常用的四种设备是压力表，温度计，液位计和液流观测仪。第4章冷却管系设计冷却管系设计冷却管系组成冷却水系统的主要设备大致可以划分成冷却水泵、冷却器、淡水膨胀水箱、温度调节器、滤水器等。冷却管系作用柴油发动机中某些机械设备在正常运行期间会持续产生热量，必须及时消散，否则，加热原件的温度将持续升高，超过允许的极限并损害机器的可靠性。例如，除了外部工作以外，还需要从柴油机的气缸中燃烧产生的热量的约25％至30％从气缸和活塞传递，如果未提供及时的冷却，则这些组件将由于温度过高而无法继续工作。为了一次有效地散发热量，一般来说须使一定量的液体连续流过热的部件，以从该设备中吸收热量，同时把这些热量带出设备。对于使用柴油机发电的船舶，需要冷却和分配的主要机械设备是：①主、辅柴油机。包括气缸、活塞、燃油喷射设备和过载设备等；②热交换器，例如用于主柴油机和辅助柴油机的润滑油冷却器和淡水冷却器；③主辅轴轴承等；④空气压缩机、冷凝器和其他配件；⑤其它机械设备或热交换器；相比之下，主机的散热量最多。因此，船舶冷却系统经常使用主机的冷却管路为毂，以其他机械的冷却管和各种辅助冷却装置共同组成冷却系统。冷却管系原理海水冷却系统和淡水冷却系统组成了冷却水系统。其中，淡水冷却系统可分低温水冷却系统和高温水冷却水系统。图4-1是传统的海水冷却系统图，主要由两个海水冷却泵，一个润滑油冷却器，一个夹套水冷却器，一个温度控制阀和一个回水管组成。它的工作原理是：海水泵从海港和主要海水管抽取海水，然后将其分为两条路径。一条路径将海水发送到主机的空气冷却器，另一条路径将海水送入油冷却器，通过淡水冷却器，然后将主机空气冷却器中的废气合并为一个，然后通过三通排放或直接返回进水口，吸入口温度控制阀。由于海水温度因季节或航行区域的变化而变化，因此在海水排放管中安装了一个三通恒温阀，以将海水返回到海水泵的吸入口。海水温度应低于设定温度，以提高海水入口温度。三通调温阀的打开和关闭由安装在海水泵出口管中的温度传感器控制。图4-1常规冷却水系统—海水冷却系统通常，一艘船舶的两侧至少有两个海水门，且端口越低越好。一个可以是高海门，另一个可以是低海门。在浅水航道中航行时可以使用高闸，以防止沉积物进入。但是，考虑到安全原则，大型船舶只有三个海闸，其中一个是高海闸，两个是低海闸。海水须首先冷却滑油，然后将其引入淡水冷却器以冷却淡水。这是因为滑油温度低于淡水温度，粘度较高，并且热交换性能比淡水的差。冷却管系的设计要求（1）冷却管系统的设计：通常，须符合柴油机手册中所述的原理和要求。（2）柴油主机须配备一个足够排量的主冷却水泵和备用冷却水泵。备用冷却水泵必须是独立动力泵，若主机总输出功率小于746kW，则可用一台排量足够大的泵代替。若主机不止一台时，并且每个主机都配备了冷却水泵，则可以使用一台完整的备品泵代替备用泵。（3）如果工作站被淡水阻塞以进行冷却，并且紧急连接了海水系统，则可能无法使用淡水泵。如果每台辅助机器都配备了冷却水泵，则可以避免使用该设备的冷却水泵。（4）柴油机冷却管系的布置，须能有效地调整冷却水的入水温度；封闭式冷却管系应配备一个淡水膨胀水箱，建议安装较高的警报温度器。（5）冷却水泵的出口须配备压力表：对于运行期间有可能超过系统设计压力的冷却水泵，须在泵的出口处安装安全阀。（6）观察窗须防止在主机舱冷却水出口处：过滤器应安装在海海水冷却泵和海水蓄水箱之间的管路中。应调整过滤器，以使其在清洁过程中不会干扰冷却水的供应。（7）海水冷却管系或循环系统的冷却水泵必须至少连接两个海水入口，海水吸水闸应尽可能放在两侧，并根据高度进行调整。冷却管系主要设备的相关计算（1）冷却管系中的散热量在设计冷却管系统时，需要按照每个主机组件的热量分布来评估各种仪器。可以以两种方式获得热分布：一种方式是根据柴油机制造商的热平衡数据获得。如果某些柴油机没有热平衡数据，那么散热量可参照同类型柴油机制造商的热平衡数据。另一种方式则是根据冷却介质所带走的热量百分比估算的。冷却水带走的热量百分比Kt取决于冷却介质的类型和柴油机型号的不同而改变。通常，船用中速柴油机：K（2）膨胀水箱膨胀水箱是由焊接的钢板构成的箱体，其中设有注入管、排气管、溢流管和液位计等，并应加盖。膨胀水箱的尺寸应能满足管道中新鲜水的热膨胀需求，并能及时向管道中添加新鲜水。其容积估算式为： Vx=0.10×Vg∙式中Vx——膨胀水箱容积，m3；Vg——淡水冷却管系内的水量，cy——容积系数，取1.1~1.2。若活塞为水冷却，则 Vx=150~1式中qℎ——活塞淡水泵排量，m3（3）淡水冷却泵 ①淡水泵排量： Dt=KQH D式中Dt——淡水泵排量，[m3/ℎKtQH——燃油低发热值，[kJ/kg]；取41900；geNHt2t1ρ——淡水密度，[kg/m3];取1000；C——淡水比热，[kJ/(kg﹒℃)]；取4.19；K——裕度系数，取1.2—1.3。淡水泵压头通常为0.147—0.196MPa，而冷却器缸套和活塞被淡水冷却时为0.29—0.31Mpa。接收的的热量百分比ε随冷却液和柴油机的类型而变化。对于船用低速柴油机，ε可取范围为25%~20%；对于船用中速柴油机，ε可取范围为20%~15%；对于船用高速柴油机，ε可取范围为15%~10%；对于燃油喷射器的冷却水从中获取的热量百分比为ε=0.1%。冷却介质进柴油机的温差与柴油机形式及冷却介质种类有关。表4-1显示了进出柴油机的各种介质的温度差（t2表4-1冷却介质进出柴油机的温差冷却介质温差/℃缸套冷却淡水10~15活塞冷却淡水10活塞冷却油喷油器冷却水海水105~1012表中海水温差表示与每种冷却介质串联流动的海水的温度变化，通常不超过12℃。若温度变化过大则可能会导致海水大量析盐，则需增加冷却器尺寸。如果不进行散热计算，则可以按照相同类型主机的单位功率小时冷却介质需要量来估算冷却水的排量，如表4-2和表4-3所示。在许多中、高速柴油机中，淡水冷却泵由柴油机本身驱动。对于大型低速柴油机，淡水冷却管系统和淡水活塞冷却水管系统是独立的，因此有必要分别安装汽缸行式淡水冷却泵和带淡水活塞的冷却活塞。对于电动机，排量可以遵循表4-2中的评估。表4-2船用低速柴油机冷却淡水需要量冷却方式淡水需要量/（L/（kw∙h））活塞用淡水冷却11~14缸套用淡水冷却27~54缸套、活塞用淡水冷却36~68表4-3船用低速柴油机冷却淡水需要量冷却方式淡水需要量/（L/（kw∙h））缸套用淡水冷却26~45喷油器用淡水冷却0.5~0.7（4）传热量 （4-4）或Q=13.6M1式中Q——传热量，[W]；K——传热系数，[W/(m2∙℃)]；按表4A——传热面积，[m2]Δtm——平均温压，[℃]所以对于本次设计滑油流量为V1=175m3ℎ，冷却水流量V2=42.2m3ℎ，冷却水进口温度t2 Q=冷却水出口温度t由物性表查的冷却水的密度ρ1=994kg t（5）平均温压 （4-6）式中Ft——温压修正系数，见表4-4ΔtLM——逆流热交换器的平均温压；[℃]；见表4-4温度效率为流体实际的温升与最大可用的温差之比： E=t1'−t式中E——温度效率，或称温差利用率；t——流体温度，[℃]；下标1、2分别表示流体1及流体2；上标'、″分别表示流体进口及出口。按表计算的温压修正系数F =45−41.56−40−33ln45−41.5640−33按表计算的温压修正系数Ft=0.99，由上式可得ΔtLM=7.19 =0.99×7.19=7.12℃ E=（6）热容流量比 （4-9）式中R——热容流量比；M——流体质量流量，[kg/h]；C——流体比热容，[kJ/(kg∙℃)]。（7）估算换热面积 [m2] （4-10）式中K——传热系数，可按表4-4估算。按表4-4估计传热系数k=900W/(m2A=4.18×105/(900×7.12)=从相关产品中选择100m2的1——2表4-4管壳式换热器的平均温压及温压修正系数表4-5管壳式热交换器的传热系数热交换器名称工作介质液体温度（℃）流速（m/s)传热系数(W/㎡℃）管内管外管内管外管内管外进口出口进口出口滑油冷却器淡水冷却器主机燃油加热器锅炉燃油加热器分油机加热器给水加热器水海水燃油燃油燃油水滑油淡水蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽3032-336040406032-3341-4390-10095-10080-9090506015117515111640501511751511161.0-1.21.0-1.20.4-0.60.3-0.50.3-0.51.0-1.50.4-0.60.4-0.6233-523814-1163151-268151-268151-2682093-3256②淡水泵压头通常，水压头为0.147~0.196MPa，而气缸套和活塞均被淡水冷却时的水压头为0.29~0.31MPa。（8）海水冷却泵①海水泵排量 Dt=KQ D式中Dt——海水泵排量，[mKtρ——海水密度，[kg/m3];取1.025；C——海水比热，[kJ/(kg﹒℃)]；取3.94；K——裕度系数，取1.2—1.3。海水泵的排量，既可以按海水带走的热量估算，也可以按表4-6确定。表4-6船用低速柴油机冷却海水需要量冷却方式缸套用海水直接冷却缸套用淡水冷却活塞用淡水冷却活塞用润滑油冷却缸套用淡水冷却54~6854~824~68对于中速柴油机，海水泵排水量可以按冷却海水需要量52~54L/（kw∙h）进行估算。②海水泵压头直接用海水冷却缸套时约为0.196—0.245MPa，缸套和活塞均用淡水冷却时约为0.147—0.196Mpa。4.6冷却管系管径和壁厚的确定4.6.1海水管相关计算1、管径计算 d=0.0088×qvv=0.0088×41.15式中d——管子内径，m；qv——流体的容积流量，m3/h；v——管内流体的流速，m/s；qmρ——流体的密度，kg/m3。2、管子的壁厚计算管壁厚度主要考虑强度要求和腐蚀的影响。各管系中流动的流体的性质、压力及温度不同，对管子的强度要求也不一样，所以一般情况下为了改善管子的强度适当调整管壁厚度是及有必要的。不同材料的管子，不同的工作介质，管子的腐蚀程度不一样，如表3-2所示。为了使管子的工作愈发的可靠，绝大多数情况下，考虑到管壁的腐蚀速度每年不得高于0.1~0.15mm/a，这样往往能让管子的利用率最大化。影响管系造价和重量的一大因素大致可以分为管壁厚度和管径和管子材料。适当缩减管壁厚度可以工厂的成本支出，但同时也缩短了管子的使用寿命。通常应当根据情况的改变，通过计算来适当性调整管壁厚度。各管系内壁所受不等的压力、流速和温度的改变取决于它们所输送的不同介质，只有在计算中根据《钢质海船入级与建造规范》的相应公式，充分提高了管的强度要求计算，才能达到管子利用率的最大化。受内压的管子，其最小壁厚： δ=δ0+δb+式中δ——钢管最小壁厚，(mm)；δ0δb——弯曲附加余量，(mm)；δc——腐蚀余量，(mm)对钢管：查表可得，压缩空气管系腐蚀余量δc取1对铜管：对铜、铝黄铜和镍含量低于10%的铜镍合金，δc=0.8mm；对镍含量为10%及以上的铜镍合金，δc=0.5mm；对介质对管材不产生腐蚀者，δ基本计算壁厚δ0应按下式计算 δ0=pD2σe+式中δ0p——设计压力(MPa)；D——钢管外径(mm)；[σ]——铜管许用应力(N/mm2e——焊接有效系数，对无缝钢管、电阻焊和高频焊钢管，e=1。附加弯曲余量δb应至少高于按下式计算 δb=0.4R式中R——平均弯曲半径，mm，通常R不得小于4D；D和δ0腐蚀余量δc，按表4-表4-7钢管腐蚀余量δ管子用途δc/管子用途δc/过热蒸汽管0.3润滑油管0.3饱和蒸汽管0.8燃油管1.0货油舱蒸汽加热管锅炉开式给水管锅炉闭式给水管锅炉排污管压缩空气管液压油管2.01.50.51.51.00.3货油管冷冷藏装置制冷管淡水管海水管冷藏货舱盐水管2.00.30.83.02.0所以海水管管壁的最小厚度为δ=4.6.2淡水管相关计算1、管径计算 d=0.0188×qvv=0.0188×42.2式中d——管子内径，m；qv——流体的容积流量，m3/h；v——管内流体的流速，m/s；qmρ——流体的密度，kg/m3。2、管子的壁厚计算管壁厚度主要考虑强度要求和腐蚀的影响。各管系中流动的流体的性质、压力及温度不同，对管子的强度要求也不一样，所以确定管壁厚度就是要保证管子具有必要的强度。不同材料的管子，不同的工作介质，管子的腐蚀程度不一样，如表3-2所示。从管子工作可靠性出发，在采用相应的管子材料时，要考虑到管壁的腐蚀速度每年不应超过0.1~0.15mm/a。管壁厚度和管径、管子材料一样是影响管系重量和造价的一个因素。减薄管壁厚度可以节约材料，但却缩短了使用期限。所以应当根据不同情况，通过计算来确定和选择管壁厚度。各管系输送不同介质，它们的内壁受不同的压力、流速和温度的作用，计算时必须保证管子的必要强度，并按“钢质海船入级与建造规范”有关规定公式计算：受内压的管子，其最小壁厚： δ=δ0+δb式中δ——钢管最小壁厚，(mm)；δ0δb——弯曲附加余量，(mm)；δc——腐蚀余量，(mm)对钢管：查表可得，压缩空气管系腐蚀余量δc取1对铜管：通常情况下，δc取0.8mm时，适用于铜、铝黄铜和镍含量低于10%的铜镍合金；δc取0.5mm时，适用于镍含量为10%及以上的铜镍合金；δ整体而言计算壁厚δ0 δ0=pD2σe+p式中δ0p——设计压力(MPa)；D——钢管外径(mm)；[σ]——铜管许用应力(N/mm2e——焊接有效系数，当e取1时，适用于无缝钢管、电阻焊和高频焊钢管。附加弯曲余量δb δb=0.4式中R——平均弯曲半径，mm，绝大多数情况下R不得低于4D；D和δ0腐蚀余量δc所以淡水管管壁的最小厚度为δ=4.7管路附件选择（1）截止阀件类直通截止阀，通海阀（2）连接附件类采用法兰连接，采用对焊法兰连接形式。这是目前最常用的船舶接口连接形式。焊接套管接头（3）管子支架选择一个普通的管子支承。这种类型的管道悬挂器最常用于船上，大致可以分为由U形螺栓，螺母和角钢组成。（4）滤器润滑油滤清器主要用于过滤润滑油高温氧化产生中的金属碎屑、颗粒、粉尘、焦炭和在胶体沉积物并在柴油机摩擦部件之间提供良好的润滑和润滑油，从而保证了较长的使用寿命。（5）泥箱泥池实际上是一种过滤器，但只能安装在底部水管的吸水管上，并尽可能靠近污水井。为了防止污水井中的碎屑进入管道和泵，导致管道阻塞并损坏相同的零件或泵。（6）液位指示附件类压力传感式液位计压力表选择U形管气压计，用来测量系统中的容器、设备、或管路内的流体压力。温度计选择压力式指示温度计，可以将温度计读数传到远处，传送的距离由毛细管的长度决定。第五章结论与建议结论与建议结论经过近一学期的不懈努力，我终于完成了该项目47500吨散货船的管系设计。设计过程如下：1）选择设备并整理参数。根据计算的机舱设备选择压缩泵、海水泵、淡水泵、阀件等。2）压缩空气系统的设计。根据《船舶设计手册》中的公式计算了空气瓶的容积和空压机的排量，但实际结果内径可按最接近的标准尺度取整。3）冷却水系统的设计。根据《船舶动力装置-原理与设计》中的要求和程序，分析了全船冷却水系统的要求和功能及泵的数量、位置进行合适的计算及安排。4）管路阀件的选择。通过对不同管系系统的独立设计，不仅将本科学习阶段的课本上的知识应用到了实际工程实践中，更提高了自己独立思考解决问题的能力。建议本设计仅对船舶管系统的压缩空气和冷却系统等进行了单方面的设计和计算。由于船舶结构的复杂，暂时没进一步设计。精确计算空气瓶排量及冷却水系统中的排量泵的计算只是船舶管系统的一部分。从长远来看，应考虑管系系统与船体系统的连接、机舱布置和电缆系统，做到信息集成化、设计最优化。随着管系设计系统的发展和提高，管系系统将在我国造船工业中发挥越来越重要的作用，将真正成为发展生产力不可或缺的技术手段。参考文献参考文献[1]陈锡旸.渔船动力装置.北京：中国农业出版社，1996.10:216-221[2]程国瑞.船舶动力装置原理.北京：人民交通出版社，2001.4[3]章炜樑，许正权.船舶管系工.北京：国防工业出版社，2008.9[4]中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册（轮机分册）.北京：国防工业出版社，1999[5]中国船级社.钢制海船入籍规范.北京：清华大学出版社，2014[6]陆金铭.船舶动力装置设计.北京：国防工业出版社，2006[7]李东梅.船舶动力装置安装工艺.北京：人民交通出版社，2013[8]王子荣，谢子明，王兴国.船舶制造三维设计系统SB3DS的开发和应用[J].船艇，2008,(14):40-41[9]Gunawan,KunihiroHamada,TakuoDeguchi,HiroyukiYamamoto,YasufumiMorita.DesignOptimizationofPipingArrangementsinSeriesShipsbasedontheModularizationConcept.InternationalJournalofTechnology.2018,7:675-685[10]N.T.Baron、J.W.Newcomb.ModelingandSimulationforIntegratedShipTopsideDesign.BlackwellPublishingLtd.1997,11:29-40附录附录附录1海水冷却系统阀件阀件编号标准号或图号名称通径mm压力MPa材料数量重量kg证书铭牌刻字内容供货备注CSV01遥控蝶阀1101.0铸钢1CCS低位海水箱出口遥控厂家供货CSV02遥控蝶阀1101.0铸钢1CCS高位海水箱出口遥控厂家供货CSV03蝶阀1100.6铸钢1CCS低位海水滤器出口CSV04蝶阀1100.6铸钢1CCS高位海水滤器出口CSV05蝶阀250.6铸钢1NO.1冷却海水泵进口CSV06蝶阀250.6铸钢1NO.2冷却海水泵进口CSV07蝶阀250.6铸钢1NO.3冷却海水泵进口CSV08蝶阀250.6铸钢1NO.1冷却海水泵出口CSV09蝶型止回阀250.6铸钢1CSV10蝶阀250.6铸钢1NO.2冷却海水泵出口CSV11蝶型止回阀250.6铸钢1CSV12蝶阀250.6铸钢1NO.3冷却海水泵出口CSV13蝶型止回阀250.6铸钢1CSV14蝶阀25