浅谈23万吨超大型矿砂船设备选型设计

浅谈23万吨超大型矿砂船设备选型设计发表时间：2018-07-13T14:06:42.337Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第6期 作者： 刘宗平[导读] 本文主要对某23万吨级超大型矿砂船主推进船舶动力装置主要设备的选型设计作出了详细的分析和计算。

云南水运规划设计研究院摘要：本文主要对某23万吨级超大型矿砂船主推进船舶动力装置主要设备的选型设计作出了详细的分析和计算，为该型船舶动力装置选型的详细设计提供了有力依据和参考。关键词：矿砂船；主要动力设备；选型计算

第1章 设计已知条件 1.1 船型：

本船为超大型矿砂船，单机单桨尾机型、方尾、球鼻艏型船舶。 1.1船舶主要参数 1.1.1船舶主尺度

总长 324.99 m 两柱间长 314.60 m 船宽 52.50m

设计吃水 18.10m 型深 24.30 m 1.1.2 续航力和航速

在设计吃水18.10m时服务航速15.0节，本船续航力为25000海里，航行时间为1666.666667小时，69.44天。 1.1.3 主机 MAN B&W 6S80ME-C9.2Tire II 二冲程 单作用 可逆转 十字头 涡轮增压柴油机 一台。主机燃烧重油，粘度为380cSt/50?C 1.1.4主发电机组

发电机组功率约960kW（柴油机功率约1020 kW） 三台

航行时仅用一台

发电柴油机燃烧重油，粘度为380cSt/50℃。 1.1.5组合锅炉 一台

燃油侧：2500kg/h×0.7MPa 废气侧：1800kg/h×0.7MPa

锅炉燃烧重油，粘度为380cSt/50℃。

第2章 燃油消耗量计算

燃油消耗量是根据主机最大功率时的燃油消耗率、主机服务功率时的燃油消耗率、发电机组最大功率时的燃油消耗率以及燃油热值计算出的。 2.1燃油消耗量计算已知参数 2.1.1 主机最大功率SMCR： 20540 kW×69.4 r/min 2.1.2 燃油消耗率（SMCR）： 162.1 g/kW.h 2.1.3 主机服务功率CSR： 18486 kW×71.3 r/min 2.1.4 燃油消耗率（CSR）： 159.9 g/kW.h 2.1.5 正常航行时发电柴油机功率： 1020 kW（负荷系数90%） 2.1.6 发电机组功率： 960 kW 4.1.7 燃油消耗率： 192 g/kW.h 4.1.8 试验用燃油低热值： 42700 kJ/kg（10200 kcal/kg） 4.1.9 380 cSt / 50℃燃油低热值： 40612 kJ/kg（9700 kcal/kg） 4.1.10 燃料油的折算系数： 10200/9700=1.05 2.2每个航次耗油量为：

（18486kW×0.1599kg/kW.h + 1020 kW×0.192kg/kW.h×90%）×1666.666667h×1.05×10-3 =5739.9t

第3章 燃油舱舱容计算

根据船舶每航次的燃油消耗量、燃油的比重就可以算出燃油舱的舱容，但是由于存在容积系数、储备系数和风浪系数等。 3.1 计算已知条件 3.1.1 每航次燃油消耗量 5739.9 t 3.1.2 380 cSt / 50℃ 燃料油比重：0.98 t/m3 3.1.3柴油比重：0.9 t/m3 3.1.4 Cr = 1.1 容积系数；C0 = 1.1 储备系数；Cf = 1.2 风浪系数； 3.2 所需燃油舱舱容为： V = Cr * C0 * Cf * =1.1 *1.1 *1.2 * m3 =8504.4 m3（包括柴油舱）

第4章滑油存储舱的容积计算 4.1主机滑油存储舱的容积

主机服务功率C.S.R Nm=18486kw

主机在服务功率时的滑油消耗量（主机厂推荐） gle=44.8kg/day

航行时间 T1=1666.67h=69.44day

主机的滑油消耗量：Gl= gle×T1/1000=44.8×69.44/1000=3.1t

主机滑油循环舱舱容 V0=32.1m3

主机滑油密度 ρ3=0.9 t/ m3

主机滑油储存舱舱容（裕度1.15） V2'= V0+Gl×1.15/ρ3=43.5+3.1×1.15/0.9=36.08m3

主机在服务功率时汽缸油消耗量： gcyl=0.6g/kw.h

气缸油储存舱容积：Vc'=gcyl×Nm×T1×24×1.05×10-6/ρ3=21.6 m3 4.2发电机滑油存储柜容积

发电机柴油机功率 Ne=1020kw

发电机滑油消耗量（发电机厂推荐） gl2=1.21g/ kw.h

航行时间 Ts =1666.67h

发电机滑油循环舱容积： Ve=1.0 m3

发电机滑油储存柜容积：V3'= Ne×Ts×gl2×10-6/1.21+ Ve×3 =1020×1666.67×1.21×10-6/1+1.0×3 =5.29 m3

第5章燃油日用油柜容积计算

主机燃油消耗率（在SMCR时）：Gmh=20540 ×162.1×10-6×1.05=3.5t/h

持续补给时间（按规范）： Tp=8h

锅炉燃油侧燃油消耗率： Gbh=0.193t/h

发电机燃油消耗率：Geh=1020 ×192 ×10-6×1.05=0.206t/h

总燃油消耗率：Ge=（Gmh+ Gbh+ Geh）× Tp =31.16t

燃油日用柜容积：Ve'=33.38 m3

第6章 分油机容量计算 6.1 燃油分油机

按规格书及厂家推荐自动排渣燃油分油机（380 cSt / 50℃）有效容量：V1=（20540kW×0.1621kg/kW.h+1020kW×0.192 kg/kW?h×90%）×24×1.18/（0.98×24）

主机厂推荐燃油分油机容量：V1'=4724.2

选用实际有效排量不小于4725 l/h的燃油分油机2台。 6.2主机滑油分油机

按MAN B&W推荐主机滑油分油机的有效容量：3680 l/h

选用实际有效排量不小于3680l /h的主机滑油分油机2台。

第7章 机舱通风的计算

参照ISO8861-1998《造船—柴油机船的机舱通风—设计要求和计算依 据》）

按照海上航行时的最大工况（主机在SMCR20540kW，发电机组开1台同时工作）来计算。 7.1 设备燃烧所需要的空气量qc 7.1.1 主机燃烧的空气量qdp：

按照MAN B&W 6S80ME-C9.2主机，其燃烧空气耗量为： qdp =45.6kg/s×3600s÷1.13kg/ m3 =145274 m3/h 45.6kg/s —— 主机每秒耗气量，从主机手册中查出 1.13 kg/m3—— 干燥空气比重（在35℃，相对湿度70％和气 压101.3KPa时） 7.1.2 发电柴油机燃烧的空气量qdg qdg =6192 m3/h 6192 m3/h —— 发电机组每小时耗气量，从发电机组手册中查出 7.1.3 锅炉燃烧的空气量qb qb =2869 m3/h 2869 m3/h —— 锅炉每小时耗气量，从锅炉手册中查出 7.1.4 设备燃烧所需要的空气qc qc = qdp+qdg+qb =145274 m3/h +6192 m3/h +2869 m3/h =154336 m3/h 7.2 设备散热所需要的空气量qh 7.2.1 主机的散热量φdp

按照MAN B&W6G80ME-C9.2主机，散热量为： φdp= 0.141×Pdp0.76 =0.141×205400.76= 267.2 kW 7.2.2 主发电柴油机散热量φdg φdg= 0.396×Pdg0.70=0.396×10200.70= 50.5 kW 7.2.3 锅炉散热量φb φb=2500×0.048×40200×0.7×0.1×0.01/3600=0.94KW 7.2.4 蒸汽、凝水管的散热量φp

msc=2687.5KW msc —— 蒸汽总热耗量，每1kW相当于1.6kg/h Δhp―蒸汽管和凝水管每1kW蒸汽热耗量的散热量，取Δhp=0.2 7.2.5 发电机的散热量φg

因为是采用水冷却发电机，故发电机的散热量忽略不计。 φg= 0 7.2.6 电气设备散热量φel

Pg —— 柴油发电机组功率960 kW 7.2.7 排气管的散热量φep φep =30×0.51 + 12×1×0.27= 18.54 kW

主机排气管约30m，每台发电柴油机排气管约12m（设在机舱棚和烟道内的排气管长度不计）。 7.2.8 油舱柜的散热量φt φt = 160×0.06 =9.6 kW 加热油舱总面积约为 160 m2。 7.2.9 其它设备散热φo

工作空压机散热量：25 kW φo= 25 kW

设备散热所需要的空气量qh

φdp~φg~φo—— 各设备的散热量kW c —— 干燥空气的比热，取1.01kJ/kg?℃ T —— 机舱空气允许的温升，取△T =12.5℃ 7.3 机舱通风量Q

机舱总通风量Q取下列2种计算值的最大值。 7.3.1 按照ISO 8861-1998的要求计算： Q= qc+qh = 154336+77211= 231546 m3/h 7.3.2 按规格书及ISO 8861-1998要求计算：

机舱最小通风量Q为燃烧空气量（包括柴油机和燃油锅炉）的150%，故 Q = 150%×qc = 1.5×154336= 231503m3/h

由以上所计算的结果，选用4台容量不小于57876m3/h的轴流风机， 可满足要求。

第8章 舱底泵、消防总用泵及应急消防泵容量计算 8.1 舱底泵Qb

根据CCS规范，舱底水总管内径按下列公式计算值就近取整：

根据 CCS规范，机舱舱底水支管内径按下列公式计算值就近取整：

= 135.3mm

根据CCS规范，装货处所舱底水支管内径按下列公式计算值就近取整：

= 165.5mm

式中： L1---- 船长 314.6 m l2---- 机舱长 34.3 m l3---- 最长货舱长 55.6 m B---- 船宽 52.5 m D---- 型深 24.3 m

选取：舱底水总管直径：325 mm 机舱舱底水支管直径：168 mm

货舱舱底水支管直径： 219 mm

每台舱底泵容量： Qb =0.00566 = 0.00566×286.12 = 470.8 m3/h 8.2 消防总用泵Qf

消防泵总排量：

按照规范对于货船消防泵总排量不用大于180 m3/h，每台消防泵排量为90 m3/h。