船舶管系课程设计
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2.47 *10
5
2 =36.3[m ] 523 *13
式中， K 为传热系数，可按表 2 估算。 二 管径、壁厚选择： 1. 管径计算 d=0.0188
51.8 v =0.0188 =0.124m 1 .2 c
其中 d 为管内径
v 为流体容积流量 c 为管内流体流速
6
2. 壁厚计算
0 b c
QP 3.6 QK C (t1 t 2 )
3 Q 31 .6 g eZ N eZ QH 10
=
1 3 * 4% *198 * 882 * 42500 *10 3.6
=82467
3
QP =
3.6 * 82467 *1.5 1.966 * 5 * 874 .5
=51.8 式中，QP 为滑油泵排量[m3/h]；Q 为滑油从柴油机带走的热量 [W]； K 为裕 度，一般 1.1-1.5； C 为滑油比热 [kJ/kg℃]； t1 为滑油出主机温 [℃]； t 2 为 滑油进主机温度 [℃]； 为滑油密度 [kg/m3]； 为滑油从主机所带走的热 量 占 柴 油 机 燃 烧 所 发 出 的 总 热 量 的 百 分 比 ； g eZ 为 主 机 平 均 耗 油 率 [g/(kwh)]； N eZ 为主机的持续功率 [kW]； QH 为燃油低发热值 [kJ/kg]。
M Z g gZ N Z TZ 106 [t]
=1.0*882*25*24* 106 =0.5292
式中， M Z 为主机滑油消耗量 [t]； g gZ 为主机滑油消耗率 [g/(kwh)]； N Z 为 主机长期使用功率 [kW]； TZ 为续航力 [h]。 ② 辅机滑油消耗量：
M f g hf N f T f 106 [t]
(t1 t2 ) 值应该根据柴油机结构的特点和设计要求来决定。一般来说，
滑油温度稍高，润滑效果较好。但是过高则易使缸壁滑油膜蒸发和结胶， 导致摩擦副磨损加剧。在实际应用中常将主机进、出滑油温度控制在 45-75℃左右。若柴油机活塞用水冷，则温度差 (t1 t2 ) 取 3- 5℃；活塞油冷， 则取 10℃左右。
4
兼作主、辅机的备用滑油循环泵，此时其排油量与压头要与循环泵相同。 对滑油循环泵的排量与压头无明确要求，一般来说，如电力负荷允许，排 量大些可缩短驳运时间。 (8) 滑油分油机 滑油分油机与燃油分油机的结构相同，但在分油工作上有 区别：燃油分油机不是连续的，而且通常采用二级串联使用；而滑油分油 机则与此相反，是连续工作的，它只要一级使用即可，边清理边使用，不 需要二级处理。 小型船舶或近岸航行的船舶，滑油可以泵至岸上进行清理。远航程船舶 主机功率 1470kW 以下选用滑油分油机排量 500L/h ； 主机功率 1470kW 以 上选用排量 1200 L/h；更大功率的可采用排量 3000-5000 L/h。 (9) 滑油冷却器 目前在船上应用的主要是管壳式，也有些船上装有板式热 交换器。热交换器的计算包括传热计算和流阻计算两部分。传热计算的目 的是为了估算需要的传热面积，以便从系列产品中选用一台合适的产品； 流阻计算的目的是为了确定泵送流体流过热交换器所需要的压头和消耗的 功率，以便选定配套泵。 传热计算的公式法，相关公式如下： ① 传热量：
5
（或容积流量） [kg/h M 1 (V1 ) 为被冷却液体的质流量 t m 为平均温压 [℃]； (m3/h)]； 为被冷却液体的密度 [kg/m3]。 ② 平均温压：
t m Ft t Lm
[℃]
R2 1 1 E ln( ) R 1 1 ER 式中， Ft 为温压修正系数， Ft =0.99 2 E ( R 1 R 2 1) ln( ) 2 E ( R 1 R 2 1)
2.自动阀件类：安全阀 压力控制阀 3.阀箱类：驳运阀箱 4.液位指示附件类 5.连接附件类：法兰 螺纹管接头
6.其他附件类：滤器
8
=2.0*294*25*24* 106 =0.3528 式中， M f 为辅机滑油消耗量 [t]； g hf 为辅机滑油消耗率 [g/(kwh)]； N f 为 辅机长期使用功率 [kW]； T f 为辅机使用时间 [h]。 ③ 主机换油量 M hZ ：根据主 机说明书中的规定而确定。一般船舶每一 航次调换一次，一些小型船舶则可以不 V 考虑调换滑油，而远洋船舶调换 次数视续航力而定。 ④ 辅机换油量 M hf ：根据辅机说明书中的规定而确定。调换次数的确定 方法与主机相同。 ⑤ 滑油储备量及所需舱容：
t m Ft t Lm
[℃]=0.99*13.2=13 度
。其中，温度效率为： E
t1 ) (t1 ，下标 1、2 分别表示流体 1 及流体 2； t2 ) (t1
上标’、”分别表示流体进口及出口。 ③ 估算换热面积：
A Q /( K t m ) =
2
VZ
Q0 3 V [m ] Z 51 .8 *1.25 = 30
=2.16 式中，VZ 为滑油循环柜容积 [m3]；Q0 为滑油泵排量 [m3/h]； V 为容积系数， 取 1.1-1.25；Z 为滑油循环次数， 大型低速柴油机取 6-12； 中型柴油机取 3040；高速柴油机取 50- 60，有时高达 90-100。 （3）滑油沉淀柜容积 滑油沉淀柜用于储存清理的滑油，其容积应能保证 主、辅机一次换油量，一般采用主机滑油循环柜容积的 1.5 倍。在中小型渔 船上为了简化设备，可以不设沉淀柜，而以储存柜代替。 （4）滑油污油柜容积 滑油使用一段时间后会变质，需要将变质的污油放 至污油柜中，以便更换新油。污油柜的容积必须满足主、辅机一次换油的 需要，其容积一般取为主机滑油循环柜容积的 1.2 倍。 V=1.2 VZ =1.2*2.16=2.592 （5）滑油油渣柜容积 设有分油机的船舶上，为了存放分油机所分离出来 的油渣和水分，配有专用的油渣柜。其容积约为分油机排量的 0.03-0.04， 小船上滑油油渣柜可与燃油油渣柜合并。 （6）滑油循环泵 ① 排量：
D 0 R
（2）b=0.4
=0.4*
135 * 3.6 =0.48 405
式中: R 平均弯曲半径，mm；通常R 应不小于3 D ； D 钢管外径，mm；
7
0Biblioteka Baidu
基本计算壁厚，mm，
（3）根据《钢质海洋渔船建造规范》查表得 c=0.3 所以壁厚 =3.6+0.48+0.3=4.38mm 三．管系附件 1.截止阀： 直通截止阀 截至止回阀 速度控制阀
其中 0 是基本计算壁厚 （1） 0 =
pD 2[ ]e p
b 是弯曲附加余量 c 是腐蚀附加余量
式中: p 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，对无缝钢管、电阻焊和高频焊钢管应取 1，其他方 法制造的管子， e 值 另行考虑 根据《钢质海洋渔船建造规范》查表得 0 取最小公称壁厚 3.6 钢管许用应力[σ ]，应取下列公式计算值中的最小值: [σ [σ ]= ]=
V ( M Z M f M Zh M fh M G M Gh ) CV 1 1 [m3] C
=（0.5292+0.3528）*1.15*
1 1 * 0.92 0.85
=1.297 式中， V 为滑油储存舱容积 [m3]； CV 为储备系数，取 1.1-1.2； 为滑油密 度 [t/m3]，一般取 0.92； C 为容积系数，取 0.8- 0.9。 （2） 主机滑油循环油柜容积：
已知参数： 滑油冷却器： 管内：水 管外：滑油 管内：进口
''
t
' 2
=30 出口
t
'' 2
=33
管外： 进口
t
' 1
=50 出口 t 1 =40
传热系数：523 主机柴油机型号；LB8250zlc 功率*转速 1030*700 持续功率：882 燃油消耗率 198 滑油消耗率[g/(kwh)]：1.0 冷却方式：闭式冷却 续航力：25 天 辅机柴油机型号：6300DZC 功率*转速 441*400 持续功率：294 滑油消耗率[g/(kwh)]：2.0 续航力：25 天 一：滑油管系主要设备的计算 （1）滑油储备量及舱容计算 ① 主机滑油消耗量：
值的大小与机型有关。对四冲程柴油机不用滑油冷却活塞，取 3.3-
4%；对二冲程柴油机水冷却活塞，取 2-3%；对二冲程柴油机用滑油冷却活 塞，取 8- 8.5%。 ② 压头： 压头取 0.49Mpa 滑油泵的压头必须保持进入最后一道轴承前保持 0.078- 0.094MPa 的 压力。一般而言，不包括活塞冷却，取 0.294- 0.392MPa；包括活塞冷却， 取 0.392- 0.49MPa。 （7） 滑油输油泵（驳运泵） 在大、中型船舶上，滑油在各种油柜之间的 输送转运及驳至舷外等工作，一般由独立驱动的滑油输送泵来完成。有时
b
2 .7
T D
N/mm2 =
320 = 2.7
=118.5
[σ
]=
T S
1.6
=
172 =107.5 1.6
1.6
b
171 =106.9 1 .6
式中:
材料在常温下的抗拉强度最低值，N/mm2；
T S
材料在设计温度下的最低屈服点或 0.2%的规定非比例伸长，N/mm2；
T D
材料在设计温度下 100000 小时内产生破断的平均应力，N/mm2；
t Lm 为 逆 流 热 交 换 器 的 平 均 温 压
t Lm
[ ℃ ]，
t2 ) (t1 t 2 ) (50 33) (40 30) (t1 = =13.2 度 t2 t1 50 33 ln( ) ln t 2 t1 40 30
Q K A tm [W]
或
Q 1 1 1 t2 ) t2 ) = M 1 C1 (t1 V1 1 C1 (t1 * 51.8 * 874 .5 *1966 * (50 40) 3.6 3.6 3.6
=2.47*10
5
式中，Q 为传热量 [W]；K 为传热系数 [W/m2℃]；A 为传热面积 [m2]；
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2 =36.3[m ] 523 *13
式中， K 为传热系数，可按表 2 估算。 二 管径、壁厚选择： 1. 管径计算 d=0.0188
51.8 v =0.0188 =0.124m 1 .2 c
其中 d 为管内径
v 为流体容积流量 c 为管内流体流速
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2. 壁厚计算
0 b c
QP 3.6 QK C (t1 t 2 )
3 Q 31 .6 g eZ N eZ QH 10
=
1 3 * 4% *198 * 882 * 42500 *10 3.6
=82467
3
QP =
3.6 * 82467 *1.5 1.966 * 5 * 874 .5
=51.8 式中，QP 为滑油泵排量[m3/h]；Q 为滑油从柴油机带走的热量 [W]； K 为裕 度，一般 1.1-1.5； C 为滑油比热 [kJ/kg℃]； t1 为滑油出主机温 [℃]； t 2 为 滑油进主机温度 [℃]； 为滑油密度 [kg/m3]； 为滑油从主机所带走的热 量 占 柴 油 机 燃 烧 所 发 出 的 总 热 量 的 百 分 比 ； g eZ 为 主 机 平 均 耗 油 率 [g/(kwh)]； N eZ 为主机的持续功率 [kW]； QH 为燃油低发热值 [kJ/kg]。
M Z g gZ N Z TZ 106 [t]
=1.0*882*25*24* 106 =0.5292
式中， M Z 为主机滑油消耗量 [t]； g gZ 为主机滑油消耗率 [g/(kwh)]； N Z 为 主机长期使用功率 [kW]； TZ 为续航力 [h]。 ② 辅机滑油消耗量：
M f g hf N f T f 106 [t]
(t1 t2 ) 值应该根据柴油机结构的特点和设计要求来决定。一般来说，
滑油温度稍高，润滑效果较好。但是过高则易使缸壁滑油膜蒸发和结胶， 导致摩擦副磨损加剧。在实际应用中常将主机进、出滑油温度控制在 45-75℃左右。若柴油机活塞用水冷，则温度差 (t1 t2 ) 取 3- 5℃；活塞油冷， 则取 10℃左右。
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兼作主、辅机的备用滑油循环泵，此时其排油量与压头要与循环泵相同。 对滑油循环泵的排量与压头无明确要求，一般来说，如电力负荷允许，排 量大些可缩短驳运时间。 (8) 滑油分油机 滑油分油机与燃油分油机的结构相同，但在分油工作上有 区别：燃油分油机不是连续的，而且通常采用二级串联使用；而滑油分油 机则与此相反，是连续工作的，它只要一级使用即可，边清理边使用，不 需要二级处理。 小型船舶或近岸航行的船舶，滑油可以泵至岸上进行清理。远航程船舶 主机功率 1470kW 以下选用滑油分油机排量 500L/h ； 主机功率 1470kW 以 上选用排量 1200 L/h；更大功率的可采用排量 3000-5000 L/h。 (9) 滑油冷却器 目前在船上应用的主要是管壳式，也有些船上装有板式热 交换器。热交换器的计算包括传热计算和流阻计算两部分。传热计算的目 的是为了估算需要的传热面积，以便从系列产品中选用一台合适的产品； 流阻计算的目的是为了确定泵送流体流过热交换器所需要的压头和消耗的 功率，以便选定配套泵。 传热计算的公式法，相关公式如下： ① 传热量：
5
（或容积流量） [kg/h M 1 (V1 ) 为被冷却液体的质流量 t m 为平均温压 [℃]； (m3/h)]； 为被冷却液体的密度 [kg/m3]。 ② 平均温压：
t m Ft t Lm
[℃]
R2 1 1 E ln( ) R 1 1 ER 式中， Ft 为温压修正系数， Ft =0.99 2 E ( R 1 R 2 1) ln( ) 2 E ( R 1 R 2 1)
2.自动阀件类：安全阀 压力控制阀 3.阀箱类：驳运阀箱 4.液位指示附件类 5.连接附件类：法兰 螺纹管接头
6.其他附件类：滤器
8
=2.0*294*25*24* 106 =0.3528 式中， M f 为辅机滑油消耗量 [t]； g hf 为辅机滑油消耗率 [g/(kwh)]； N f 为 辅机长期使用功率 [kW]； T f 为辅机使用时间 [h]。 ③ 主机换油量 M hZ ：根据主 机说明书中的规定而确定。一般船舶每一 航次调换一次，一些小型船舶则可以不 V 考虑调换滑油，而远洋船舶调换 次数视续航力而定。 ④ 辅机换油量 M hf ：根据辅机说明书中的规定而确定。调换次数的确定 方法与主机相同。 ⑤ 滑油储备量及所需舱容：
t m Ft t Lm
[℃]=0.99*13.2=13 度
。其中，温度效率为： E
t1 ) (t1 ，下标 1、2 分别表示流体 1 及流体 2； t2 ) (t1
上标’、”分别表示流体进口及出口。 ③ 估算换热面积：
A Q /( K t m ) =
2
VZ
Q0 3 V [m ] Z 51 .8 *1.25 = 30
=2.16 式中，VZ 为滑油循环柜容积 [m3]；Q0 为滑油泵排量 [m3/h]； V 为容积系数， 取 1.1-1.25；Z 为滑油循环次数， 大型低速柴油机取 6-12； 中型柴油机取 3040；高速柴油机取 50- 60，有时高达 90-100。 （3）滑油沉淀柜容积 滑油沉淀柜用于储存清理的滑油，其容积应能保证 主、辅机一次换油量，一般采用主机滑油循环柜容积的 1.5 倍。在中小型渔 船上为了简化设备，可以不设沉淀柜，而以储存柜代替。 （4）滑油污油柜容积 滑油使用一段时间后会变质，需要将变质的污油放 至污油柜中，以便更换新油。污油柜的容积必须满足主、辅机一次换油的 需要，其容积一般取为主机滑油循环柜容积的 1.2 倍。 V=1.2 VZ =1.2*2.16=2.592 （5）滑油油渣柜容积 设有分油机的船舶上，为了存放分油机所分离出来 的油渣和水分，配有专用的油渣柜。其容积约为分油机排量的 0.03-0.04， 小船上滑油油渣柜可与燃油油渣柜合并。 （6）滑油循环泵 ① 排量：
D 0 R
（2）b=0.4
=0.4*
135 * 3.6 =0.48 405
式中: R 平均弯曲半径，mm；通常R 应不小于3 D ； D 钢管外径，mm；
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基本计算壁厚，mm，
（3）根据《钢质海洋渔船建造规范》查表得 c=0.3 所以壁厚 =3.6+0.48+0.3=4.38mm 三．管系附件 1.截止阀： 直通截止阀 截至止回阀 速度控制阀
其中 0 是基本计算壁厚 （1） 0 =
pD 2[ ]e p
b 是弯曲附加余量 c 是腐蚀附加余量
式中: p 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，对无缝钢管、电阻焊和高频焊钢管应取 1，其他方 法制造的管子， e 值 另行考虑 根据《钢质海洋渔船建造规范》查表得 0 取最小公称壁厚 3.6 钢管许用应力[σ ]，应取下列公式计算值中的最小值: [σ [σ ]= ]=
V ( M Z M f M Zh M fh M G M Gh ) CV 1 1 [m3] C
=（0.5292+0.3528）*1.15*
1 1 * 0.92 0.85
=1.297 式中， V 为滑油储存舱容积 [m3]； CV 为储备系数，取 1.1-1.2； 为滑油密 度 [t/m3]，一般取 0.92； C 为容积系数，取 0.8- 0.9。 （2） 主机滑油循环油柜容积：
已知参数： 滑油冷却器： 管内：水 管外：滑油 管内：进口
''
t
' 2
=30 出口
t
'' 2
=33
管外： 进口
t
' 1
=50 出口 t 1 =40
传热系数：523 主机柴油机型号；LB8250zlc 功率*转速 1030*700 持续功率：882 燃油消耗率 198 滑油消耗率[g/(kwh)]：1.0 冷却方式：闭式冷却 续航力：25 天 辅机柴油机型号：6300DZC 功率*转速 441*400 持续功率：294 滑油消耗率[g/(kwh)]：2.0 续航力：25 天 一：滑油管系主要设备的计算 （1）滑油储备量及舱容计算 ① 主机滑油消耗量：
值的大小与机型有关。对四冲程柴油机不用滑油冷却活塞，取 3.3-
4%；对二冲程柴油机水冷却活塞，取 2-3%；对二冲程柴油机用滑油冷却活 塞，取 8- 8.5%。 ② 压头： 压头取 0.49Mpa 滑油泵的压头必须保持进入最后一道轴承前保持 0.078- 0.094MPa 的 压力。一般而言，不包括活塞冷却，取 0.294- 0.392MPa；包括活塞冷却， 取 0.392- 0.49MPa。 （7） 滑油输油泵（驳运泵） 在大、中型船舶上，滑油在各种油柜之间的 输送转运及驳至舷外等工作，一般由独立驱动的滑油输送泵来完成。有时
b
2 .7
T D
N/mm2 =
320 = 2.7
=118.5
[σ
]=
T S
1.6
=
172 =107.5 1.6
1.6
b
171 =106.9 1 .6
式中:
材料在常温下的抗拉强度最低值，N/mm2；
T S
材料在设计温度下的最低屈服点或 0.2%的规定非比例伸长，N/mm2；
T D
材料在设计温度下 100000 小时内产生破断的平均应力，N/mm2；
t Lm 为 逆 流 热 交 换 器 的 平 均 温 压
t Lm
[ ℃ ]，
t2 ) (t1 t 2 ) (50 33) (40 30) (t1 = =13.2 度 t2 t1 50 33 ln( ) ln t 2 t1 40 30
Q K A tm [W]
或
Q 1 1 1 t2 ) t2 ) = M 1 C1 (t1 V1 1 C1 (t1 * 51.8 * 874 .5 *1966 * (50 40) 3.6 3.6 3.6
=2.47*10
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式中，Q 为传热量 [W]；K 为传热系数 [W/m2℃]；A 为传热面积 [m2]；