摘 要

船舶的动力装置对船舶的发展起着至关重要的作用，是为船舶提供推进动力，保证船舶以一定速度巡航的各种机械设备，包括主机及其附属设备，是全船的心脏。本文是通过给出的初始参数对119000DWT散货船的动力装置进行计算选型，使其在结构材料选用合理、经济，保证船体结构强度符合安全性要求的前提下对相同类型的船舶动力装置进行优化，使得船舶动力装置建造成本降低，提高船舶运行效率。

由船舶阻力系数经验公式计算出该船航行时的总阻力，进而计算出船体的有效功率，再通过机桨初级匹配计算，推算出所需的主机功率，再通过算出来的主机功率选取合适的主机型号。为了保证选型的准确性，再进行机桨终极匹配计算，确保所选取的主机型号符合设计的要求。根据所选的主机型号参数，对机舱设备进行计算选型，并对主推进装置的选型计算以及机舱主要设备选型计算的结果进行分析，使设计结果达到最优，然后编写轮机说明书和机舱设备明细表，最后利用CAD软件绘制1张管系原理图和4张机舱布置图。

关键词：散货船；动力装置；机舱设备；计算选型；结果优化；CAD制图

Abstract

The ship's power plant plays a vital role in the development of the ship. It is the heart of the entire ship that provides the propelling power for the ship and guarantees that the ship will cruising at a certain speed, with all kinds of mechanical equipment, including the main engine and its ancillary equipment. In this paper, the initial parameters are used to calculate and select the power unit of the 119000DWT bulk carrier, so that the same type of ship power plant can be constructed on the premise that the structural material is selected reasonably and economically and the strength of the hull structure meets the safety requirements. Optimization will reduce the construction cost of marine power plants and improve the operational efficiency of ships.

Through the empirical formula of ship drag coefficient, calculate the total resistance when the ship is sailing, and then calculate the effective power of the hull. Then calculate the required primary power through the primary matching of the propeller, and then select the appropriate host power through the calculated Host model. In order to ensure the accuracy of the selection, the final match calculation of the propeller is performed to ensure that the selected host model meets the design requirements. According to the selected host model parameters, the calculation and selection of the cabin equipment, and the selection of the main propulsion device calculation and the main equipment selection calculation results, to achieve the optimal design results, and then prepare the turbine specification and the engine room Equipment schedules, and finally using CAD software to draw a schematic diagram of the piping system and four cabin layout.

Key Words:Bulk carrier; power plant; cabin equipment; calculation and selection; result optimization; CAD drawing

目录

第一章 绪论 1

1.1概述 1

1.2目的及意义 2

1.3研究（设计）的基本内容、目标、采用的技术方案及措施 2

1.3.1设计内容 2

1.3.2设计目标 3

1.3.3技术方案及措施 3

第二章 主机选型 4

2.1 初始参数 4

2.1.1 船型 4

2.1.2设计船初始参数 4

2.1.3续航力 4

2.1.4定员 4

2.1.5燃油种类 5

2.2 船体阻力计算 5

2.2.1船体摩擦阻力计算 5

2.2.2 剩余阻力计算 6

2.2.3其他阻力计算 7

2.2.4船体总阻力 7

2.3主机选型计算 7

2.3.1船体有效功率 7

2.3.2机桨初步匹配计算 7

2.4主机选型 10

2.4.1主机选型需注意的问题 10

2.4.2主机选型 11

2.5机桨终结匹配计算 11

第三章 机舱设备选型计算 13

3.1燃油系统 13

3.1.1主机 13

3.1.2辅柴油机 13

3.1.3燃油锅炉 15

3.1.4燃油总消耗量 16

3.1.5日用重燃油柜容积 16

3.1.6日用重柴油柜容积 16

3.1.7油渣柜容积 17

3.1.8污油柜容积 17

3.1.9重燃油沉淀柜容积 17

3.1.10重柴油沉淀柜容积 17

3.1.11重燃油供给泵计算 18

3.1.12重柴油供给泵计算 18

3.1.13重燃油输送泵计算 18

3.1.14重柴油输送泵计算 18

3.1.15分油机选型 19

3.2滑油系统 20

3.2.1主机滑油消耗量 20

3.2.2辅机滑油消耗量 21

3.2.3滑油贮油舱容积 21

3.2.4主机滑油循环柜容积 21

3.2.5滑油沉淀柜容积 21

3.2.6滑油污油柜容积 22

3.2.7滑油分油机 22

3.2.8滑油输送泵 22

3.2.9滑油输送备用泵 22

3.2.10油渣柜容积 23

3.2.11滑油冷却器选型 23

3.3冷却系统 23

3.3.1膨胀水箱 23

3.3.2淡水冷却泵 23

3.3.3主海水冷却泵 24

3.4压缩空气系统 24

3.4.1主机启动空气瓶 24

3.4.2空气压缩机 25

3.5舱底水系统 26

3.5.1舱底水泵 26

3.5.2舱底水油水分离器选型 26

3.6压载系统 27

3.6.1压载水泵选型计算 27

3.7消防系统 27

3.7.1.主消防泵 27

3.7.2二氧化碳消防系统 28

3.8供水系统 28

3.8.1有效容积的计算 28

3.8.2压缩空气最小容积 30

3.8.3淡水压力水柜容积 30

3.8.4海水压力水柜容积 30

3.8.5压力水柜的供水泵 31

3.8.6辅锅炉给水泵 32

3.9机舱通风系统 33

3.9.1机舱通风机排量 33

3.9.2机舱通风设备选型 34

3.10防污染系统 34

3.10.1舱底水油水分离器 34

3.10.2生活污水处理装置 35

第四章 主要设备明细表 36

4.1机舱设备明细表 36

4.2泵组分类 38

4.3空调设备主要参数 40

4.4通风机主要参数 40

4.5冷却器 41

4.6加热器 41

4.7空气瓶 42

4.8.压力水柜 42

4.9离心分油机和油水分离器 42

4.10机修设备 43

4.11消防设备 43

4.12舱柜 44

4.12.1燃油系统舱柜 44

4.12.2滑油系统舱柜 44

4.12.3冷却水系统舱柜 45

4.12.4其他舱柜 45

第五章 轮机说明书 46

5.1概述 46

5.2主机 46

5.3电站 46

5.3.1主柴油发电机组 46

5.3.2应急发电机组 47

5.4主要辅助设备 48

5.4.1泵组 48

5.4.2离心分油机 49

5.4.3空气压缩机 49

5.4.4空气瓶及压力水柜 49

5.4.5机舱风机 49

5.4.6防污染装置 50

5.4.7其他设备 50

5.5船舶管路系统及机舱布置 50

5.5.1燃油管路系统 50

5.5.2滑油管路系统 51

5.5.3冷却水管路系统 52

5.5.4压缩空气管路系统 53

5.5.5排气管路系统 53

5.5.6机舱通风管路系统 53

5.5.7压载水管路系统 53

5.5.8.污水系统 54

5.5.9防污染系统 54

5.5.10消防系统 54

5.5.11舱底水系统 54

5.5.12卫生水系统 54

总结 55

专题小论文 56

参考文献 59

致谢 60

第一章 绪论

1.1概述

散货船是散装货船简称，是专门用来运输不加包扎的货物，如煤炭、矿石、木材、牲畜、谷物等。散装运输谷物、煤、矿砂、盐、水泥等大宗干散货物的船舶，都可以称为干散货船，或简称散货船。由于散货船所运载的货物不需要包扎，不怕挤压，便于装卸，所以散货船的设计都是单甲板船，总重量在5000吨以上，大多数情况下不需要装卸载设备。 由于散货船所运载的货物体积大小有所差异，所以散货船在船体结构，货舱大小，设备布置等方面也有所不同^[1]。

在国际航运业中，散货船运输占货物运输的30％以上，由于货运量大，货源充足，航线固定，装卸效率高的因素，散货船运输获得良好的经济收益，已成为运输业的主力军，随着世界经济的增长，散货船运输仍保持着较高的增长趋势^[2]。1897年，德国研制成功首台柴油机，经过百年发展，柴油机因其功率范围大、效率高、能耗低、使用维修方便等特点，被广泛运用于民用船舶与军用舰艇。柴油机按转速为低速柴油机，中速柴油机和高速柴油机。低速柴油机作为主动力主要用于大型油船，干散货船，集装箱船等三大船型。目前低速柴油机市场被MAN公司，瓦锡兰，日本三菱重工集团三大公司垄断。近几年来，国外船用柴油机技术正朝着智能化、大功率、低排放等方面发展，主要表现为：高强度、模块化、高功率密度、直喷化、低油耗、高可靠性、长寿命、易维修保养等方面^[5]。

MAN公司通过提高气缸平均有效压力和活塞平均速度来提高单缸功率。为使 MC系列柴油机的氮氧化物排放量降低，采用提高压缩比和可导致平稳燃烧的喷射 系统等措施.为了在减少氮氧化物排放时不影响燃油消耗率，在设计时应考虑采用增加喷射压力、压缩比、燃烧压力、增压器 效率等措施。MAN B＆W6L60MC型柴油机是世界上第一台正式投入使用的“智能化”主机，其燃油喷射和排气阀控制均通过电子计算机完成，达到了低油耗、氮氧化物低排放的目标。瓦锡兰公司通过重组后,在开发、设计和制造能力方面骤然大增。RTA系列低速柴油机为该公司20世纪80年代开发，至今近20年来该公司通过提高平均有效压力、增加活塞平均速度，探索达到更大功率的可能性。通过增大行程缸径比，探索提高推进效率的方法；通过提高最大燃烧压力和可变燃油正时、排气正时，挖掘柴油机热效率潜力；采用新材料，改进零部件的设计，随负荷控制气缸冷却水和气缸润滑油，以求提高零部件的工作可靠性，增加柴油机的使用寿命；通过电子控制技术， 达到柴油机运行的智能化。该公司研制的12RTA96C柴油机是目前世界上实际输出功率最大的柴油机^[6]。

我国船舶柴油机的发展并不能满足造船业整体发展的要求，国内柴油机生产企业在产品设计、研发、生产技术等诸多领域和国际先进的生产企业还存在差距。目前国产柴油机在我国造船业的配套比率不足40%，远远滞后于造船相关的其他产业。 船舶柴油机已成为影响中国造船业进一步发展的瓶颈^[7]。自1958年我国自行研制出船用低速柴油机以来，我国已先后自行研制出300mm、430mm、580mm、 600mm、750mm、760mm及780mm等七种缸径系列的大功率低速机(单机功率809—8824kW)，开始了国机国造的局面，摆脱了万吨级船舶主机完全依赖进口的状况。由于新造船舶的趋势正在向大型化、自动化方向发展，而且我国目前生产的低速机均为引进技术，因此我国船舶低速柴油机与国外的差距主要表现进一步提高单机功率，采用高压共轨燃油喷射系统、智能化 电子控制系统，进一步提高低速柴油机的可靠性，改善低负荷性能，降低油耗，控制氮氧化物排放，提高安全保护控制性能等方面的研究^[8]。

1.2目的及意义

主动力装置，又称推进装置，是为船舶提供推进动力，保证船舶以一定速度巡航的各种机械设备，包括主机及其附属设备，是全船的心脏。主动力装置包括主机、传动设备、轴系、推进器等。当启动主机，即可驱动传动设备和轴系，使推进器工作。当推进器，通常是螺旋桨，在水中旋转时就能使船舶前进或后退。主动力装置以主机类型命名，主要有蒸汽机、汽轮机、柴油机、燃气轮机和核动力装置等五类。现代运输船舶的主机以柴油机为主，在数量上占绝对优势。蒸汽机曾经在船舶发展史上起过重要作用，但已经几乎全被淘汰。汽轮机在大功率船上长期占有优势，但也日益为柴油机所取代。燃气轮机和核动力装置仅为少数船舶所试用，尚未得到推广^[3] 。

船舶的动力装置对船舶的发展起着至关重要的作用。船舶动力装置主要有蒸汽动力、内燃动力、燃气动力、核动力和它们的联合装置等，通过直接传动或者利用电力传动器为船舶提供各类动力和生产生活需求。但是随着科技的发展和社会的进步，船舶动力装置也得到了迅速发展^[4] 。

本课题是11900吨散货船动力装置设计，目的是在结构材料选用合理、经济，保证船体结构强度符合安全性要求的前提下对相同类型的船舶动力装置进行优化，使得船舶动力装置建造成本降低，提高船舶运行效率，为我国船舶动力装置的发展做出贡献。

1.3研究（设计）的基本内容、目标、采用的技术方案及措施

1.3.1设计内容

查阅课题相关文献资料，明确课题研究方向，专题英文文献翻译，完成开题报告。主推进装置计算及选型，动力装置设备计算及选型，机舱主要设备计算及选型。利用CAD软件绘制4张机舱布置图和1张管系原理图。完成专题小论文。

1.3.2设计目标

学习并掌握相关理论知识，学会并能熟练使用AutoCAD等软件，对主推进装置的选型计算以及机舱主要设备选型计算的结果进行分析，使该课题船舶动力装置设计结果达到最优。

1.3.3技术方案及措施

通过船舶初始参数确定主机类型，螺旋桨数目与叶数，计算出螺旋桨主要数据，计算分析选定合适的主机功率，螺旋桨最佳转速与直径，选择合适的主机型号，计算分析出合适的螺旋桨及校核所能达到的航速。根据主机和轴系参数选择合适的船舶供电装置和船舶供热装置包括电站，原动机，废气锅炉，辅锅炉，空压机，减速齿轮箱等机械设备。根据已知条件确定管径，管壁厚度，选择合适的材料，计算确定相应配置的泵的性能参数，对管系设计布置时要达到可靠，经济等要求。根据主机大小，轴系长度确定机舱长度、大小与数目，机械设备布局时保证在船舶平衡不倾斜，机舱安全，经济等要求。编写说明书，说明机舱布置和设计中各个机械设备的型号、规格以及作用。利用CAD绘制机舱布置图（4张）和管系原理图（1张）。

第二章 主机选型

2.1 初始参数

2.1.1 船型

本船为散货船，采用单机单桨尾机舱布置。

2.1.2设计船初始参数

总长：L=134.800m

水线长：LWL=131m

垂线长：LPP=125.00m

型宽：B=18.800m

型深：D=10.00m

载重：12600dwt

设计吃水：T=7.60m

排水量：△=16000.0t

设计航速：V=12.5kn

满载排水量Δ = 15074.2t (0纵倾时)

本船最大载重量W总=11785.2t

本船最大载货量P货=11185.0t

方形系数：=0.834

总吨位GT= 7236

净吨位NT= 4052

2.1.3续航力

本船续航力为3900海里。本船自持力为13天 。

2.1.4定员

船员总计：26人。

2.1.5燃油种类

在海上航行时,船舶主机使用600cst/50℃型号的燃油，船舶在进出港时，主机使用柴油，柴油发电机使用柴油。燃油锅炉燃油则使用600cst的燃油，仅在点火时使用柴油。

2.2 船体阻力计算

2.2.1船体摩擦阻力计算

航速V：

V=12.5×1852/3600=6.43m/s (2.1)