Трюмные системы судна
Осушительная система
При эксплуатации в корпус судна, как правило, проникает некоторое количество воды, которая скапливается в отдельных помещениях и отсеках. Вода может подмочить перевозимые грузы, увеличить влажность воздуха в жилых и служебных помещениях, вызывает коррозию металлических деталей судна, разрушает отделку, изоляцию и окраску помещений, а в машинно-котельном отделении нарушает нормальную эксплуатацию и обслуживание котлов, механизмов и другого оборудования. Поэтому трюмную воду по мере ее скопления необходимо удалять за борт. Для этого предназначается осушительная система.
На отечественных судах используется централизованный вариант построения осушительной системы. Она состоит из гидравлических механизмов (насосов и эжекторов), осушительного трубопровода с отростками, необходимой арматуры и измерительных приборов, контролирующих появление трюмной воды. Согласно Правилам Регистра, каждое судно должно иметь не менее двух осушительных насосов с независимым механическим приводом. На судах с главными двигателями мощностью до 145 кВт в качестве осушительных средств можно применять водоструйные эжекторы и ручные насосы. Количество ручных насосов выбирают в зависимости от размеров судна. Все осушительные насосы должны иметь необходимые производительность и высоту всасывания, достаточную для осушения наиболее отдаленного отсека. Расположение насосов и распределительных коробок должно обеспечивать максимальную живучесть судна и удобное их обслуживание.
Трубопровод осушительной системы следует полностью изолировать от трубопроводов, предназначенных для приема и откачивания перевозимой на судне воды. Чтобы забортная вода и вода из, разных водяных систем не попадали в систему питьевой воды, приемные клапаны распределительных коробок системы должны быть невозвратно-запорными, а в приемниках осушительных отростков — невозвратными. Приемники осушительных отростков устанавливают так, чтобы осушать отсеки при прямом положении и при крене судна на 5° на любой борт. Их снабжают легко-разбирающимися сетками, доступными для очистки. Сетки должны иметь отверстия диаметром 8—10 мм общей площадью не менее тройного сечения трубы приемного отростка.
Диаметр труб приемных отростков должен быть не менее 50 мм; при осушении отсеков небольших объемов этот диаметр может быть уменьшен до 32 мм.
Для защиты насоса, от посторонних предметов, которые могут попасть в него вместе с откачиваемой водой, в осушительном трубопроводе имеются грязевые коробки (рис. 3.14). С этой же целью приемники насосов снабжены сетками.
На рис. 3.15 приведена схема группового варианта построения осушительной системы отсеков. В каждом отсеке расположен приемник 1 с установленной на нем сеткой, который связан трубопроводом 2 с соответствующей распределительной клапанной коробкой 6. Коробки клапанные соединены с эжектором 5 невозвратно-запорным клапаном 4 и отливной трубой 3, выходящей за борт.
Такой способ построения позволяет при помощи переключения клапанов осушать любой отсек судна. Групповой вариант построения осушительной системы по сравнению с автономным более удобен, так как осушаемые отсеки в этом случае находятся в одинаковых условиях, а управление системой сосредоточено в одном помещении.
На судах с одним машинным отделением почти всегда применяется централизованный вариант построения осушительной системы отсеков, на судах с двумя машинными отделениями — автономный или групповой вариант.
Водоотливная система
Водоотливная система в отличие от осушительной предназначена для удаления из корпуса судна большого количества воды; приемники воды располагают у настила внутреннего дна. Для обеспечения непотопляемости судна при авариях и предотвращения распространения воды, которую невозможно откачать водоотливными средствами, корпус судна разделяется водонепроницаемыми переборками на отсеки.
К всасывающей магистрали насосов присоединяются приемные отростки с клапанами и сетками, подведенные в машинно-котельное отделение судна. На рис. 3.16, а представлена схема водоотливной системы (автономный вариант построения), которая предусматривает использование в качестве водоотливных средств водо-водяных эжекторов. В каждом отсеке установлен свой отливной эжектор 4, получающий рабочую воду от напорной магистрали 7. Эжектор через приемник забирает воду из отсека и сбрасывает ее по нагнетательному трубопроводу 5 через невозвратно-запорный клапан 3 за борт. Управление арматурой системы (клапанами 6 и 3) осуществляется валиковым приводом 2 с палубы, на которой установлены втулки 1.
Кроме штатных водоотливных средств на судах применяют и переносные средства осушения отсеков в виде переносного эжектора (рис. 3.16, б). К эжектору 4 присоединены три гибких резиновых шланга. Приемный шланг 11 присоединяет к эжектору сетку 12, а шланг 9 соединяет эжектор с пожарным рожком 8; шланг 10 служит для отлива воды за борт. От пожарно-напорной магистрали подается рабочая вода.
Трубопровод водоотливной системы выполняется из медных или медно-никелевых труб диаметром 200—600 мм. Диаметр труб выбирают при условии, что скорость воды будет 1,2—3 м/с, а продолжительность осушения затопленного отсека 1,5—2 ч.
Спускная и перепускная системы
Спускная система предназначена для спуска воды, попавшей в помещения судна, не имеющих самостоятельных осушительных и водоотливных средств. Оборудовать каждое помещение осушительной и водоотливной системами невозможно, так как это загромоздит помещение трубопроводами, механизмами, арматурой, потребует большого количества дополнительных отливных отверстий, что приведет к ослаблению прочности корпуса судна; в итоге значительно возрастут затраты на постройку такого судна и эксплуатацию системы. Кроме того, в некоторых помещениях (радиорубки, станции углекислотного тушения и пенотушения, погреба и рефрижераторные трюмы) вообще невозможно установить осушительную или водоотливную систему ввиду большой насыщенности этих помещений агрегатами и аппаратурой.
Спускная и перепускная системы представляют собой совокупность труб и арматуры, с помощью которых вода отводится к местам, откуда она забирается приемниками водоотливной или осушительной системы. Для более полного осушения в самом низком месте осушаемого помещения устанавливают спускной клапан. Под палубой к тому месту, где установлен клапан, подводят спускную трубу, по которой вода отводится к расположенному ниже сточному колодцу отсека, оборудованного средствами осушения. Устройство указанных систем позволяет избежать прокладки длинных трубопроводов и установки большого количества отливных насосов.
Креновая система
Креновая система предназначена для выравнивания крена, полученного в результате неправильной загрузки судна, поступления воды при аварии бортовых отсеков, неравномерного расходования из цистерн и отсеков запасов воды, топлива, масла, провизии и т. д. При образовании крена ухудшаются мореходные качества судна, а также условия обслуживания механизмов и устройств. Продолжительный крен отражается на самочувствии пассажиров и команды, ухудшает управляемость судном, кроме того, возрастает сопротивление воды движению судна, уменьшается упор движителей.
Для таких судов, как ледоколы, требуются особые устройства, обеспечивающие специальное накренение и раскачивание судна в поперечной плоскости для освобождения его корпуса в случае сжатия льдами и схода с мели.
Для размещения балласта креновой системы иногда применяют специальные так называемые независимые цистерны. На ледоколах креновые цистерны обычно располагают под верхней палубой у борта, а на остальных судах, оборудованных специальной противокреновой системой, — ближе к днищу.
На рис. 3.17 показаны схемы противокреновых систем. В предположении того, что вместимость цистерн правого и левого бортов судна одинакова, цистерны противоположных бортов соединяют поперечной трубой (рис. 3.17, а). При затоплении отсека одного борта вода по перепускной трубе 1 поступит автоматически в цистерну противоположного борта. Для такой конструкции противокреновой системы требуются трубы большого диаметра, что загромождает отсеки судна. Кроме того, в случае аварии в отсеках, расположенных в оконечностях судна, выравнивание крена указанным способом вызовет удвоенный дифферент, который может привести к тому, что судно не сможет идти или даже опрокинется. Поэтому такая схема применима только в том случае, если цистерны расположены в средней части корпуса и не мешают обслуживанию механизмов и устройств.
На рис. 3.17, б перепускные трубы 1 соединены с цистернами по диагонали, центры масс цистерн находятся на одинаковом расстоянии от центра массы судна, что позволяет устранить крен без изменения дифферента. Однако и эта схема также не нашла широкого применения вследствие значительного загромождения отсеков трубами большого диаметра.
На рис. 3.18 изображена креновая система ледокола с осевым реверсивным насосом 5 производительностью 2000—4000 м3/ч и клинкетами 2 с пневмоприводом (автономный вариант исполнения). Для предотвращения разрушения магистрали 6 от обжатия льдами корпуса судна на ней установлен линзовый компенсатор 3. Благодаря наличию реверсивного насоса система проста и удобна для автоматического управления. Насос может перекачивать воду по магистрали 6 в обоих направлениях, для чего необходимо изменять лишь направление вращения его электродвигателя 4. Система предусматривает прием забортной воды и удаление балласта через приемно-отливной кингстон 8 и патрубок 7 и обслуживает креновую цистерну 1.
В качестве арматуры в креновой системе обычно применяют стальные и бронзовые клапаны и клинкеты. Трубы в этой системе необходимы в основном больших диаметров (600—800 мм), выполняются они из меди и стали. Объем креновых цистерн составляет 2—7 % водоизмещения судна. Время, требуемое для устранения крена, согласно Правилам Регистра, равно 10—15 мин, а для перекачивания балласта с одного борта на другой для создания искусственного раскачивания ледокола — 15—30 мин.
Креновые системы располагают на судне так, чтобы они не влияли на его дифферент и вместе с тем создавали максимальный кренящий момент при приеме балласта. Обычно принято размещать балластные цистерны в средней части корпуса. При применении осевых реверсивных насосов в каждом отсеке устанавливают по одному насосу. Схема такой креновой системы на ледоколе показана на рис. 3.19. Насосами 3, приводимыми в движение электродвигателями 4, через кингстон 1 и клинкет 2 вода подается в любой отсек (балластную цистерну). Освобождение цистерн от балласта осуществляется в обратном порядке; при этом вода с помощью насоса отливается за борт.
Дифферентная система
Дифферентная система. При эксплуатации судна в случае возможной аварии или изменении нагрузки может возникнуть дифферент судна. Это явление нежелательное, так как затрудняет обслуживание механизмов и устройств, нарушает работу котлов, сказывается на ходкости и управляемости судна. В то же время при эксплуатации ледоколов необходимо преднамеренное наклонение корпуса судна в продольной плоскости. Например, в момент форсирования ледоколом ледовых полей при недостаточности вертикального усилия, создаваемого корпусом во льду, прибегают к искусственному утяжелению носовой оконечности путем принятия водяного балласта. Чтобы носовая оконечность ледокола легче входила на кромку льда, создают дифферент на корму перекачиванием балласта, а затем этот балласт перекачивают из кормы в нос, что и обеспечивает создание вертикального усилия для продавливания носовой оконечностью ледового покрова. Идея применения на ледоколах дифферентных систем принадлежит русскому ученому адмиралу С. О. Макарову.
Дифферентная система должна обеспечивать наклонение судна в продольной плоскости при минимальном количестве принятого балласта и не создавать крена судна. Поскольку ее работа связана с приемом большого количества забортной воды, то в системе должны быть предусмотрены устройства, предотвращающие затопление судна. Дифферентная система, как и всякая другая, связанная с приемом на судно и распределением между различными его частями забортной воды, может быть с естественным или искусственным заполнением цистерн. При естественном заполнении цистерн вода поступает в дифферентный отсек самотеком при открытом кингстоне, а удаляется из него эжектором или насосом. Чаще всего применяют осевые реверсивные насосы.
При построении дифферентной системы обычно отдают предпочтение групповому варианту, при котором один насос обслуживает несколько отсеков, размещенных в оконечностях судна (рис. 3.20).
Устройство системы позволяет заполнять дифферентные цистерны через кингстон 9 или при помощи насоса 7, обслуживающего также и водоотливную магистраль 4. Балласт из дифферентных цистерн откачивают тем же насосом. Для контроля качества принятого через приемник 1 балласта могут быть использованы обычные средства трюмной сигнализации или измерительные трубы. На рисунке показана также схема системы контроля за положением уровня воды в цистерне с применением поплавкового клапана 5, автоматически прекращающего поступление воды в цистерну при достижении в ней заданного уровня. Управление системой осуществляется клапанами 2, 3, коробкой 6 с запорными клапанами и клинкетом 8.
На рис. 3.21 показана схема дифферентной системы (централизованный вариант исполнения), применяемой на судах с малым водоизмещением. Система работает при минимальной мощности насоса. Однако ввиду прокладки трубопровода вдоль всего судна отсеки загромождает труба большого диаметра. При такой трубе и одном насосе система в случае аварии оказывается недостаточно надежной. Более эффективен автономный вариант построения системы. Для ее монтажа длинные трубы не нужны. Кроме того, для коротких участков трубопроводов требуется меньшая мощность насосов.
В дифферентной системе, как и в креновой, применяют медные и стальные трубы с бронзовой или стальной арматурой. На большинстве морских транспортных судов дифферентная система не применяется, а ее функции выполняет балластная система.
Балластная система
Расположение перевозимых грузов на судне может повлиять на изменение крена и дифферента, особенно в тех случаях, когда транспортируются грузы различных габаритов и масс. Однако даже правильным размещением перевозимых грузов не всегда удается достигнуть нормальной осадки судна, и для сохранения его мореходных качеств приходится прибегать к балластировке — загрузке судна бесполезным (с точки зрения перевозки) грузом. В качестве балласта обычно используют забортную воду, хотя иногда применяют и твердый балласт (металлические болванки, песок и др.).
Водяной балласт размещают в отсеках двойного дна, в крайних концевых и глубоких цистернах корпуса. По Правилам Регистра балластный трубопровод должен быть устроен так, чтобы вода — как забортная, так и из балластных цистерн — не попадала в грузовые трюмы и машинно-котельные отделения. Для этого на трубопроводах устанавливают невозвратно-запорные клапаны. Балластная система должна представлять собой перекачивающую систему и состоять из насосов, приемных и отливных клапанов и трубопровода с распределительными коробками и арматурой.
Наиболее распространенным в настоящее время является централизованный вариант построения балластных систем, при котором (по сравнению с автономным вариантом) возможно перекачивание балласта из одной цистерны в другую, хотя в любом случае каждая цистерна должна соединяться с насосом независимой трубой.
При использовании в качестве балластных цистерн отсеков судна, предназначенных для перевозки сухого или жидкого груза, предусматривается надежное отделение балластного трубопровода от этих отсеков. Не допускается проводка труб балластной системы через балластные цистерны. Номинальные диаметры приемных труб dном по Правилам Регистра должны отвечать наибольшей вместимости V отдельных цистерн и подбираться в соответствии с данными, приведенными ниже:
Приемные отростки в балластных цистернах устанавливают на днище лапками (рис. 3.22, а), расположенными по окружности всасывающего раструба. Вода принимается в балластную цистерну из-за борта через кингстон (рис. 3.22, б), расположенный на днище судна или над скулой машинного отделения.
На судах, плавающих на мелководье, а также на реках, имеется дополнительный верхний кингстон (рис. 3.23), который при приеме воды предохраняет водяные насосы от попадания песка и ила. Диаметр верхнего кингстона (клапана) должен быть не менее 2/3 главного нижнего кингстона. Отверстие для установки верхнего кингстона должно находиться на 300 мм ниже ватерлинии судна в порожнем состоянии. Приемные отверстия кингстонов обычно закрываются решетками с прямоугольными отверстиями шириной 12—15 мм.
Цистерны заполняют забортной водой самотеком или с помощью насоса. Самотеком можно заполнить только те цистерны, которые расположены ниже ватерлинии. Однако при таком способе заполнения требуется много времени и необходимы трубы больших диаметров. Поэтому все цистерны, как правило, заполняются с помощью насосов.
Расположение трубопроводов балластной системы должно быть таким, чтобы обеспечивалось не только заполнение и осушение цистерн, но и перекачивание воды из одной цистерны в другую. Чтобы предотвратить образование воздушных подушек при заполнении цистерн и вакуума при откачивании жидкости, цистерны снабжают воздушными трубками, количество которых зависит от объема отсека; их располагают так, чтобы в любом случае можно было заменить воздух водой.
На рис. 3.24 изображена схема балластной системы (централизованный вариант исполнения) с линейными магистралями. Балласт принимается, удаляется и перекачивается по длине и ширине судна, но его нельзя перемещать с одного борта на другой в пределах одного водонепроницаемого отсека.
Если нужно изменить крен, имеющийся балласт перемещают из носовой цистерны одного борта в кормовую цистерну другого борта или наоборот.
С целью повышения маневренности системы предусматривают независимые трубопроводы, которые обслуживают отдельные цистерны. Это позволяет применить трубы малых диаметров. Однако при такой схеме необходима прокладка большого количества труб через водонепроницаемые конструкции.
Производительность балластного насоса подбирают с таким расчетом, чтобы весь балласт судна откачивался за 6—8 ч. Для обслуживания балластной системы требуется кроме самостоятельного насоса не менее одного резервного. В качестве резервного используют пожарный, осушительный, охлаждающий и другие насосы. Количество балласта зависит от водоизмещения судна. Так, для судов водоизмещением 300—5000 т количество балласта может составлять 9—13 % водоизмещения судна, а для судов водоизмещением 10—15 тыс. т— 13—17 %.
Согласно Правилам Регистра, на нефтеналивных судах для обслуживания носовых балластных цистерн устанавливают автономный балластный насос.
Трубы балластной системы должны быть стальными, оцинкованными или покрытыми бакелитовым лаком. Допускается и другое надежное антикоррозионное покрытие. После окончательной обработки в цехе трубы испытывают на двойное рабочее давление, но не менее чем на 0,4 МПа; трубопровод испытывают после монтажа на судне на давление, превышающее рабочее на 25 %, но не менее 0,2 МПа.
Литература
Судовые системы и трубопроводы - Овчинников И.Н., Овчинников Е.И. [1988]
