КАФЕДРАПРОЕКТИРОВАНИЯ СУДОВРЕФЕРАТПО ПРЕДМЕТУ
«МОРСКАЯЭНЦИКЛОПЕДИЯ»
НА ТЕМУ
«СУДОВЫЕ ДЫМОВЫЕ ТРУБЫ»
ВЫПОЛНИЛ
студент ГМТУ группы 11КС2
Нечаев АлексейПРОВЕРИЛГайкович Александр Иосифович
Санкт-Петербург
2000
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………2
ДЫМОВАЯ ТРУБА ВО
ВНЕШНЕМ ОБЛИКЕСУДНА………………………………3
ПОПЫТКАВНЕДРЕНИЯ ТЯГО-ДУТЬЕВЫХ
МАШИНВ СИСТЕМУ ДЫМООТВОДА…………………...8
МНЕНИЕКАПИТАНА ГАЛАНИНА……………………….9
СВАРКАВ ИЗГОТОВЛЕНИИ ДЫМОВЫХ ТРУБ……….10
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………14
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ…………………………………...15
Введение.
Дымоваятруба любого судна, на первый взгляд обычного обывателя, покажется самымпростым устройством на судне. Как правило, это мнение глубоко заблуждающегосячеловека. На самом деле это одно из сложнейших арматурных устройствсовременного механического судна. Появление дымовой трубы совпало, конечно, споявлением первых судовых двигателей. Предложение некоторыми инженерами тоговремени вывода отработанных газов на корме из небольшой трубы, как у автомобиляоказалось несерьезным. А вот предложение вывода отработанных газов горениячерез стальную конструкцию в вертикальном положении была одобрена. Но такойспособ построения дымовыводной конструкции в настоящее время применяется восновном на гражданских судах, а на военных кораблях и на подводных лодкахиспользуется немного иная система отвода дыма. Но я в своем реферате не хотелбы затрагивать тему военных конструкторских разработок и ограничусьгражданскими пассажирскими и грузовыми судами.
Дымовая труба во внешнем облике судна.
Красота судна в значительной степени зависит от формы,цвета, местоположения дымовой трубы, от сочетания ее с надстройкой и формойоконечностей. Первоначально труба парохода представляла собой высокий и тонкийвертикальный цилиндр, раскрепленный растяжками. Высокая дымовая труба создавалахорошую естественную тягу, необходимую для работы паровых котлов. С ростоммощности главного двигателя увеличивалось количество труб и их размеры. Вначале нашего века крупнотоннажные пассажирские суда несли три-четыре дымовыетрубы, выражая тем самым мощь паровых машин. Например, на английском лайнере«Титаник», построенном в 1912 году, четыре высокие, слегка наклоненные к корметрубы как бы олицетворяли мощь и надежность энергетической установки (рис 1, а).
Введение искусственного дутья и усовершенствованиеэнергетических систем привело к постепенному уменьшению высоты дымовых труб исокращению их количества: построенный в 1935 году лайнер «Нормандия» (рис 1, б)нес три трубы, причем кормовая труба была чисто декоративной; позднее строилисьдвухтрубные пассажирские лайнеры, на которых использовалась по назначениютолько одна, носовая, труба; построенный в 1968 году пассажирский лайнер «Куин Элизабет»имеет уже только одну дымовую трубу (рис 1, в). Современные суда строят с однойдымовой трубой (рис 1, г).
Для работыдизельной энергетической установки не нужна сильная тяга, поэтому на первыхтеплоходах устанавливали невысокие широкие трубы. К середине нашего века и насудах с паровыми турбинами с введением принудительного дутья значительно уменьшилась высота труб. Невысокие трубы не обеспечивали надежного отводапродуктов сгорания топлива за пределы судна, выхлопные газы загрязняли главнуюпалубу и палубы надстройки, попадали во всасывающие патрубки системывентиляции, ухудшали обитаемость судна, это объясняется тем, что при движениисудна встречный воздушный поток, возмущаемый корпусом, надстройкой, кожухомдымовой трубы и другими значительно выступающими частями, образует вихревые,турбулентные зоны с пониженным давлением. В таких зонах возникают воздушныетечения, направленные к палубе и даже в сторону движения судна (рис 2).
Характер движения воздушного набегающего потока вдольсудна в значительной степени зависит от формы надстройки, особенно от формы еелобовой стенки. Современные рубленые формы надстроек резко прерывают воздушныйпоток. Чем шире надстройка и чем круче расположена ее лобовая стенка,обращенная к воздушному потоку, тем больше область турбулентного воздушногопотока.
На современных судах дымовые трубы достаточно высоки,чтобы отработанные газы выходили выше границы зоны турбулентности отнадстройки, и имеют достаточно обтекаемую форму, чтобы на вывод из трубыотработанного газа в меньшей степени влияла зона турбулентности от самойдымовой трубы. Улучшению отвода отработанных газов способствуют направляющиеустройства типа воздушных кольцевых сопел, создающих по периметру опорную струювоздуха. Естественно, что при увеличении скорости вывода отработанного газауменьшается вероятность захвата его турбулентным потоком. В кормовой частикожуха дымовой трубы современных судов нередко размещен горизонтальный козырек(рис 3, а), форма которого предварительно отработана на моделях, испытанных ваэродинамической трубе. Он отделяет поток дыма или выхлопных газов от областиразрежения за дымовой трубой. Над козырьком размещена проницаемая длявстречного потока воздуха часть кожуха, чтобы дым не распространялся вниз потрубе, в зону разряжения (рис 3, б, в).
Козырьки на кожухах дымовых труб устанавливают сучетом распространения воздушных потоков вдоль судна, с носа в корму.
В условиях эксплуатации суда нередко испытываютвоздействие бокового ветра. Чтобы избежать задымления палуб в этих условиях, налайнере «Франс» дымовые газы отводятся с подветренной стороны через широкиегоризонтальные крылья, сделанные, в верхней части трубы (рис 3, г). Такоеархитектурное решение позволило подчеркнуть горизонтальную динамику и придалосудну яркую индивидуальность. Необычная, решетчатая форма кожухов дымовых трубпринята на пассажирских лайнерах «Микельанджелло» и «Рафаэлло» (рис 3, д).Полная проницаемость кожуха позволила ликвидировать зону разряжения за трубой,а большая часть козырька обеспечила горизонтальное распространение дыма. Напассажирском судне «Айвазоский» решетчатой сделана только часть кожуха,допускающая проход встречной воздушной струи (рис 3, е).
Чтобы поток продуктов горения не попадал в зонуместных воздушных вихрей, образующихся у кромки кожуха дымовой трубы, выпускныеотверстия газовыхлопных трубопроводов дизелей и дымоходов паровых котловрасположены выше верхнего среза кожуха дымовой трубы (рис 6.20). Напассажирском лайнере «Максим Горький» вместо привычного козырька трубы сделанакруглая направляющая площадка диаметром 11.5 метров, возвышающаяся на 5.1 метравыше кожуха. Выходные отверстия дымовых газов размещены на 1 метр вышенаправляющей площадки (рис 3, ж). Такая конструкция украсила внешний вид судна иобеспечила отвод газов за его пределы.
Формы дымовых труб современных судов весьмаразнообразны. Горизонтальные сечения кожуха могут быть прямоугольными,круглыми, овальными и каплевидными. При прямоугольной системе построения формунадпалубной части силуэта обычно применяют трубы прямоугольного сечения. Прикриволинейной системе зачастую используют трубы каплевидного сечения сзакругленной или заостренной задней кромкой. Тубы делают коническими илигранеными с горизонтальной или скошенной в сторону кормы верхней кромкойкожуха.
На ряде судов трубу объединяют с мачтой, котораязавершает лобовую часть кожуха (рис 3, з). Для отвода выхлопных газов отдизельной установки используют высокие профилированные дымовые трубы,выполненные в виде спаренных полумачт (рис 3, и). На судах с горизонтальным способомпогрузки шахты машинного отделения делают у бортов, чтобы освободить среднюючасть главной палубы для прохода колесной техники. Соответственно на такихсудах дымовые трубы разносятся к бортам, симметрично диаметральной плоскостисудна (рис 3, к).
Рис 5 Высоту трубы выбирают с учетом требованияхорошего отвода выхлопных газов за пределы турбулентной зоны надстройки.Нередко труба производит впечатление чрезмерно высокого элемента, поэтому ееверхнюю часть окрашивают в черный цвет, а нижнюю – в белый, стремясь зрительноуменьшить размеры трубы, гармонично вписать ее в общий силуэт судна. Такоерешение, например, принято на английском пассажирском лайнере «Куин Элизабет-2»(рис 4, а) и на отечественном плавучем рыбозаводе «Пятидесятилетие СССР» (рис4, б). Иногда для придания силуэту трубы большей динамики часть ее окрашивают вчерный цвет, добиваясь ложного, но более выгодного в эстетическом отношениивпечатления значительного наклона трубы. Так сделано, например, на английскомсудне «Кунард Каунти» (рис 4, в).
При выборе формы дымовой трубы судовой архитектор,прежде всего, соблюдает стилевое единство формообразующих элементов, согласуетформу трубы с остальными элементами внешнего вида (надстройками, мачтами).Изменяя форму трубы, можно придавать различные смысловые оттенки всейкомпозиции.
Например, на рис 5, а, б показаны два однотипныхпассажирских судна – «Спирит оф Лондон» и «Саутворд». На первом из них высокаявертикальная труба, возвышаясь над надстройкой, совместно с мачтой создаетэффект устремленности вверх, компенсируя недостаток вертикальной динамики,из-за которого суда с механической установкой менее стройны и легки, чем суда сустремленными в небо парусами. Большие размеры трубы подчеркивают мощьэнергетической установки. Горизонтальная динамика силуэта первого суднавыражена в меньшей степени, что в общем соответствует его реальнымвозможностям. На втором судне две наклонные трубы напоминают хвостовую частьавиалайнера, придают композиции островыраженную горизонтальную динамику.
Среди различных композиционных решений сочетаниедымовой трубы с надстройкой как наиболее характерные выделяют следующие:
сравнительно невысокая дымовая труба грузовоготеплохода как бы вырастает из общей массы надстройки, врезаясь в кормовую частьее верхних ярусов (рис 5);
дымовая труба грузового теплохода отделена от ходовогомостика, сдвинута в корму (рис 7);
высокая дымовая труба (или две симметричноустановленные дымовые трубы) грузового паротурбохода смещены в корму от жилогоблока надстройки;
массивная дымовая труба возвышается над развитойнадстройкой, обычно эта труба смещена в корму от миделя;
две дымовые трубы, расположенные симметричноотносительно диаметральной плоскости судна, возвышается над протяженнойнадстройкой, кормовой ее части (рис 5, б).
Попытка внедрения тяго-дутьевых машин в системудымоотвода судна.
До недавнеговремени область применения дутьевых машин ограничивалась давлением 300-400кгс\м2 и производительностью 150-300 тыс. м3\ч. В последнее время появиласьпотребность в дутьевых машинах, обеспечивающих производительность до 1,8-2,0млн. м3\ч.
Внедрение в энергетику мощных блоков с котлами,работающими с наддувом, требует замены низконапорных вентиляторов и дымососоввысоконапорными вентиляторами, обеспечивающими повышение давления воздуха до1600-1800 кгс\м2 при весьма большой производительности. Появилась необходимостьв дутьевых машинах, отличающихся от ранее применявшихся вентиляторов идымососов значительно более высоким напором и весьма большойпроизводительностью, т.е. высоконапорных дутьевых машин большойпроизводительности. Эта группа машин представляет собой разновидностькомпрессорных машин, имеющих некоторые специфические особенности, несколькоотличающие ее как от применявшихся до последнего времени тяго-дутьевых машин,так и от собственно компрессоров и нагнетателей.
Значительно более высокие напоры по сравнению собычными вентиляторами и дымососами требуют принципиального изменения подхода квопросам расчета и проектирования. Упрощенные методы проектирования,базирующиеся на допущении о несжимаемости рабочей среды, которые применяются ввентиляторостроении, неприменимы к высоконапорным дутьевым машинам. Здесь также, как в компрессоростроении кроме аэродинамических явлений должны быть учтенытермодинамические процессы. Кроме того, к машинам рассматриваемой группыпредъявляется ряд дополнительных требований. Необходимость широкого диапазонаизменения нагрузок существенно усложняет условия регулирования. В связи снеобходимостью учета сжимаемости газа в машине несколько усложняются условия примененияметодов моделирования в процессе исследования и конструирования этих машин.
В отличие от собственно компрессоров и нагнетателей,основное назначение которых заключается в создании значительных давлений,машины рассматриваемой группы предназначаются для перемещения больших масс газапри напорах, в большинстве случаев достаточных лишь для преодолениясопротивления коммуникации. Термин «высоконапорные», присваиваемый машинам этойгруппы, имеет смысл в сравнении с обычными тяго-дутьевыми машинами (по сравнениюс компрессорами и нагнетателями эти машины являются низконапорными).
Вконструктивном и технологическом отношениях рассматриваемая группа машин весьмаблизка к вентиляторам. Работа над созданием высоконапорных дутьевых машин вРоссии сконцентрирована в основном в конструкторских коллективах, занимающихсяобщим вентиляторостроением. К сожалению, система дымоотсоса с помощьюиспользования дутьевых машин не получила одобрения иженеров-кораблестроителей иосталась всего лишь проектным предложением.
МНЕНИЕ. Капитан Арсений Галанин о дымовых трубах.
«Впрочем, сейчас трубы дымят редко даже на моторных судах. Пароходов наморях почти не осталось, а теплоходы, дизель-электроходы и прочиеосовремененные «ходы» сжигают в своих машинах нефть или газ. От такоготоплива дыма не много, громадные трубы там не нужны. Все чаще можно видетьлайнеры, сухогрузы и другие моторные суда без привычных для глаза труб. Это — самые современные.
Но многие корабельные архитекторы говорят, что морскому судну без трубыникак нельзя. Некрасиво. Нарушаются, мол, давние традиции. И устраивают ввеликанских трубах все, что может придти в голову: хозяйственные помещения,ангары для вертолетов и даже рестораны.
Дело еще и в том, что на корабельных трубах с давних пор принятоизображать эмблемы судовых компаний. А их в мире великое множество и каждаяхочет нести свой знак на видном месте. Лучше, чем на широкой и высокой трубе,такого места не сыскать.
И чего только на этих трубах не бывает! Громадные разноцветные буквы ицифры, всякие символические знаки, птицы, звери, рыцарские гербы, звезды,драконы…
Один мой знакомый капитан собирал коллекцию таких «трубных»эмблем. У него был толстый альбом с рисунками, фотографиями и вырезками изморских журналов. Начнешь разглядывать — не оторвешься...»
Сварка в изготовлении судовых дымовых труб.
При изготовлении дымовой трубы и ее установке никакнельзя обойтись без сварки. Стальная конструкция такого рода должна быть оченьпрочной, и, поэтому, в судостроении применяют несколько видов сварки:
Сварка –экономически выгодный, высокопроизводительный и в значительной степенимеханизированный технологический процесс, широко применяемый в судостроении, вчастности для изготовления дымовых труб.
Физическая сущность процесса сваркизаключается в образовании прочных связей между атомами и молекулами насоединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимовыполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей отзагрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов; энергетическаяактивация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом;сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомнымрасстоянием в свариваемых заготовках.
Взависимости от формы энергии, используемой для образованиясварного соединения, все виды сварки разделяют на три класса: термический,термомеханический и механический.
Ктермическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением сиспользованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая,электронно-лучевая, лазерная, газовая и др.).
К термомеханическому классу относятсявиды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления(контактная, диффузионная и др.).
К механическому классу относятся видысварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления(ультразвуковая, взрывом, трением, холодная и др.).
Свариваемость – свойство металла илисочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение,отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.
Контактная сварка относится к видамсварки с кратковременным нагревом места соединения без оплавления или соплавлением и осадкой разогретых заготовок. Характерная особенность этихпроцессов – пластическая деформация, в ходе которой формируется сварноесоединение.
Место соединения разогревается проходящимпо металлу электрическим током, причем максимальное количество теплотывыделяется в месте сварочного контакта.
На поверхности свариваемого металлаимеются пленки оксидов и загрязнения с малой электропроводимостью, которыетакже увеличивают электросопротивление контакта. В результате в точках контактаметалл нагревается до термопластического состояния или до оплавления. Принепрерывном сдавливании нагретых заготовок образуются новые точкисоприкосновения, пока не произойдет полное сближение до межатомных расстояний,т. е. сварка поверхностей.
Контактную сварку классифицируют по типусварного соединения, определяющего вид сварочной машины, и по роду тока,питающего сварочный трансформатор. По типу сварного соединения различают сваркустыковую, точечную, шовную.
Стыковая сварка – разновидностьконтактной сварки, при которой заготовки свариваются по всей поверхностисоприкосновения. Свариваемые заготовки закрепляют в зажимах стыковой машины.Зажим 1 установлен на подвижной плите, перемещающийся в направляющих, зажим 2 укреплен на неподвижной плите. Сварочный трансформатор соединен с плитамигибкими шинами и питается от сети через включающее устройство. Плитыперемещаются, и заготовки сжимаются под действием усилия, развиваемогомеханизмом осадки.
Стыковую сварку с разогревом стыка допластического состояния и последующей осадкой называют – сваркой оплавлением.
Сварка оплавлением имеет преимуществаперед сваркой сопротивлением. В процессе оплавления выравниваются всенеровности стыка, а оксиды и загрязнения удаляются, поэтому не требуются особойподготовки места соединения. Можно сваривать заготовки с сечением, разнородныеметаллы (быстрорежущую и углеродистую стали, медь и алюминий и т.д.).
Наиболее распространеннымиизделиями, изготовляемые стыковой сваркой, служат элементы трубчатыхконструкций, колеса и кольца, инструмент, рельсы, железобетонная арматура.
Точечная сварка – разновидность контактнойсварки, при которой заготовки соединяются в отдельных точках. При точечнойсварке заготовки собирают внахлестку и зажимают между электродами, подводящимиток к месту сварки.
Соприкасающиеся с медными электродамиповерхности свариваемых заготовок нагреваются медленнее их внутренних слоев.Нагрев продолжается до пластического состояния внешних слоев и до расплавлениявнутренних слоев. Затем выключают ток и снимают давление. В результатеобразуется литая сварная точка.
Точечная сварка в зависимости от расположенияэлектродов по отношению к свариваемым заготовкам может быть двусторонней иодносторонней.
Многоточечная контактная сварка –разновидность контактной сварки, когда за один цикл свариваются несколькоточек. Многоточечную сварку выполняют по принципу односторонней точечнойсварки. Многоточечные машины могут иметь от одной пары до 100 пар электродов,соответственно сваривать 2 –200 точек одновременно. Многоточечной сваркойсваривают одновременно и последовательно. В первом случае все электроды сразуприжимают к изделию, что обеспечивает меньшее коробление и большую точностьсборки. Ток распределяется между прижатыми электродами специальнымтокораспределителем, включающим электроды попарно. Во втором случае парыэлектродов опускают поочередно или одновременно, а ток подключают поочередно ккаждой паре электродов от сварочного трансформатора. Многоточечную сваркуприменяют в основном в массовом производстве, где требуется большое числосварных точек на заготовке.
Шовная сварка – разновидностьконтактной сварки, при которой между свариваемыми заготовками образуется прочное и плотное соединение. Электроды выполняют в виде плоскихроликов, между которыми пропускают свариваемые заготовки. В процессешовной сварки листовые заготовки соединяют внахлестку, зажимают междуэлектродами и пропускают ток. При движении роликов по заготовкам образуютсяперекрывающие друг друга сварные точки, в результате чего получается сплошнойгеометрически шов. Шовную точку, так же как и точечную, можно выполнить придвусторонней и одностороннем расположениях электродов.
Заключение.
В заключении своего реферата я хотел бы сказатьнесколько слов о возможном развитии дымовыводящей системы в будущем.
Как и с начала развития котельной котельной системыдвигателя судна, дымовая труба практически не изменила свой внешний вид. Яполагаю, что при возможности развития судостроения с использованием котлов,судовые дымовые трубы не изменятся в корне, а будут просто совершенствоваться.Но в действительности человечество стремится сейчас экономить исчерпаемыересурсы и слово за атомной энергетикой. Развитие практически безотходныхтехнологий делает использование дымовых труб бессмысленным. Из-за внедрения всудостроение атомной энергетики в корне изменяется и система вывода отходов.Логика проста и ясна даже ребенку: нет дыма, никаких дымовых отходов, аследовательно, нет и необходимости сооружать на судне систему дымоотвода. Этоэкономит и время постройки судна, и деньги, и полезное место на судне. Ксожалению, в нашей стране из-за финансовых трудностей не разрабатываться нетолько суда с атомными установками, а вообще практически никакие. Поэтомусейчас очень необходимо разрешить финансовый вопрос, а потом выбирать, какстроить судно: по-новому – атомная энергетическая установка, или «по старинке»– с использованием котлов и дымовых труб. Но решение этих двух вопросов, помоему мнению, в ближайшее время найти не удастся.
Список литературы:
1) Хрустецкий В.Р. «Судовые системы»
Мир+ 1990
2) Лившиц С.П. «Высоконапорные дутьевые машины» Машиностроение 1989
3) Залесский В.Н. «Художественные стандарты в судостроении» Алкор 1985
4) www.grinda.navy.ru
5) www.ships.ru
6) www.korabel.ua