摘 要

随着我国航运业的发展，港口航道工程、吹填造地、远海岛礁建设与海洋资源开发及海上国防建设不断开工建设，航道疏浚工作越来越急迫。挖泥船近年来已经逐渐成为航道疏浚的主力军，船舶的动力装置犹如人的心脏，为加速提升我国疏浚船舶产品的研发能力和市场竞争能力，因此对其开展相关研究。

本文主要介绍10000方耙吸挖泥船主机选型及动装设计流程，主要包括船舶阻力计算、根据经济性、可靠性进行主机选型论证，进行机桨匹配、按照公式进行船舶各主要设备选型、设备明细表、轮机说明书等。

关键词：船舶；耙吸式挖泥船；动力装置；

Abstract

With the development of China's shipping industry, port channel engineering, landfill construction,remote island reef construction and marine resource development,and maritime national defense construction are not broken, and the dredging of navigation channels is becoming more and more urgent.In recent years, dredgers have gradually become the main force of dredging of navigation channels. The power plant of ships is like the heart of human beings. In order to accelerate the research and development of China's dredged ship products and market competitiveness, relevant research is carried out.

This paper mainly introduces the diesel engine selection and the dynamic loading design process of 10000 square rake dredger, mainly including the calculation of ship resistance、the model selection and demonstration according to the economy and reliability、 the matching of the engine paddles，the selection of the main equipment of the ship according to the formula、 the equipment detail table、 the turbine specification and so on.

Key word：ship；dredger；power plant

目录

摘要 3

Abstract 3

1.1研究背景 7

1.2研究目的及意义 7

1.3国内外研究现状分析 8

1.4设计的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 9

1.4.1设计的基本内容 9

1.4.2设计目标 9

1.4.3拟采用的技术方案及措施 9

第二章 主推进装置分析与选型 11

2.1船舶相关参数 11

2.2船舶阻力计算 11

2.2.1摩擦阻力计算 11

2.2.2剩余阻力计算（兴波阻力和形状阻力） 12

2.2.3其他阻力计算（附加阻力、空气阻力和汹滔阻力） 13

2.2.4船舶总阻力 13

2.3初步匹配 13

2.3.1船舶有效功率 13

2.3.2初步匹配 14

2.4螺旋桨的终结匹配设计 17

2.4.1船体和螺旋桨相互作用系数 17

2.4.2机桨终结匹配设计计算 17

第三章 设备系统估算 19

3.1动力系统 19

3.1.1推进主机 19

3.1.2主发电机组 19

3.1.3应急发电机组 20

3.1.4锅炉 20

3.2燃油系统 21

3.2.1燃油系统参数 21

3.1.2燃油贮存量及舱容积计算 21

3.1.3主（辅）日用油柜容积计算 23

3.1.4燃油输送泵 24

3.1.5燃油分油单位 24

3.2滑油系统 25

3.2.1基本参数 25

3.2.2滑油贮油舱 26

3.2.3滑油分油单位 26

3.2.4主机滑油循环泵 27

3.2.5主机滑油循环油箱容积 27

3.2.6 滑油沉淀柜 27

3.2.7滑油污油箱 27

3.2.8油渣柜 28

3.2.9滑油输送泵 28

3.2.10主机滑油备用泵组 28

3.2.11滑油污油泵 28

3.2.12油渣泵 29

3.3 冷却系统 29

3.3.1膨胀水箱容积 29

3.3.2主机淡水泵组 29

3.3.3海水冷却泵 30

3.3.4主机淡水冷却器 30

3.3.5主机滑油冷却器 31

3.4压缩空气系统 31

3.4.1主机起动空气瓶 31

3.4.2控制空气瓶、汽笛空气瓶及辅设备舱杂用空气瓶 32

3.4.3空气压缩机排量 32

3.4.4空气压缩机选型 33

3.5舱底水系统 33

3.5.1舱底水管内径 33

3.5.2舱底水支管内径 34

3.5.3舱底水泵选型 34

3.6压载水系统 34

3.7机舱通风系统 35

3.8消防系统 36

3.9供水系统 37

3.9.1清水压力柜选型 38

3.9.2热水供应 39

第四章 设备清单 40

第五章 轮机说明书 47

5.1概述 47

5.2机舱布置 47

5.3动力装置 48

5.3.1主推进系统 48

5.3.2发电机组 48

5.4动力系统 49

5.4.1燃油系统 49

5.4.2滑油系统 50

5.4.3冷却系统 50

5.4.3.1淡水冷却系统 50

5.4.3.2海水冷却系统 51

5.4.4压缩空气系统 51

5.4.5舱底水系统 51

5.4.6热水锅炉系统 52

5.4.7排气系统 52

5.5生活系统 53

5.5.1通风系统 53

5.5.2生活供水系统 53

5.5.3生活污水处理系统 53

5.6消防系统 53

致 谢 55

参考文献 56

第一章 绪论

1.1研究背景

中国陆地疆域十分辽阔，同时拥有三百多万平方公里的海域，且拥有海岸线近一万八千公里，海岛近六千五百多个，海洋资源十分丰富。按照《联合国海洋公约》规定的海洋海域专属经济区和大陆架制度，我国是地球上拥有海域最多的国家之一，其中南海海域内的海岛达一千七百个。近年来，我国逐步重视南海，并且加快了对南海海洋资源的开发利用。

由于内河上游长期的水土流失，内河下游及入海口的流沙淤积问题严重，以及伴随着航运业的发展，沿江沿海的大型港口与深水航道的开工建设，航道疏浚工作显得十分急迫和关键。进入二十一世纪以来，我国越来越重视南海的开发利用和航道疏浚工作的发展，各式各样的疏浚船舶在兴建、扩建、维护港口和航道工程中已经显示出其重要性，是港口航道工程、海洋资源开发及海上国防建设等领域不可替代的工程机械。

疏浚船舶是疏浚行业发展的工程装备保障，其中挖泥船作为疏浚船舶中主要的船型之一，基本上可以代表疏浚船舶。在各式各样的挖泥船中，耙吸挖泥船在挖深和调遣方面优势明显，其各种施工功能也造成其多样的作业工况，不仅要求耙吸挖泥船的动力装置具有充足的动力保障，还要求其动力系统具有较高的可调节能力。耙吸挖泥船的主动力装置，除了包括主柴油机、推进装置、发电机组、应急发电机组、锅炉等常规的动力设备，还包括服务于疏浚作业的疏浚设备，如泥泵、侧推装置、高压冲水泵、吸扬装置、液压泵站及其他辅助设备等。多设备、多施工功能、多工况的结合，使得耙吸挖泥船的动力装置形成了多种驱动方式，对应形成了不同的动力配置方案，而船舶动力装置只有与其相匹辅助装置相匹配，才能使船舶发挥其最大的效用，从而达到提高效率、增加船舶寿命的目的。

1.2研究目的及意义

古代疏浚工程是靠人力使用简易的手工疏浚工具进行，后来逐步为机械所替代，近现代所使用的机械方式通常是使用挖泥船。挖泥船是用于疏浚工程的施工船舶，而耙吸式挖泥船是一种自航式的深海或内陆船，通常配有泥舱和挖泥设备，集挖、装、运、卸于一体的大型航道疏浚装备，实用性非常强。其在工作状态中，船体可以不在固定位置上工作，不需要专用的定位设施，挖泥作业时也不用锚缆及辅助机具；工作占用水域面积不大，从而对周围航行船只影响小；航行性能好，抗风浪能力强，能在恶劣的海洋工况下作业，而且非常适合远海的疏浚作业；调遣方便，能迅速转移工作地点等优点而在码头建设、航道的维护和疏浚工作中起到重要作用，近年来耙吸挖泥船已经逐渐成为航道疏浚的主力军。

目前在全球疏浚市场上，欧洲四大疏浚公司具有垄断地位，占有疏浚市场很大的份额，其制造设备精良、生产管理有方，并且均拥有巨型耙吸式挖泥船作为旗舰产品。我国想要在国际疏浚市场占有一席之地，想要从疏浚大国发展到疏浚强国，就必须打造出具有国际竞争力的疏浚产品，拥有自主设计建造巨型耙吸式挖泥船的能力则是必须跨出的一步。 

船舶的动力装置犹如人的心脏，在整艘船舶中占有极其重要的地位。通过学习吸收国外先进的技术与经验，对其开展针对性研究，可以提高船舶的整体效率，特别是推进动力方面的性能，从而达到节约能源，增加寿命的目的。因此，本文开展对一万方级耙吸挖泥船主机选型及动力装置的设计研究，探求大型耙吸式挖泥船的动力装置特点，对于提升我国在巨型耙吸挖泥船动力装置方面的设计能力，丰富相关的技术支持，为国内研制大型耙吸式挖泥船提供一定的技术储备，对于加速提升我国疏浚船舶产品的研发能力和市场竞争能力，振兴我国的疏浚行业具有重要意义。

1.3国内外研究现状分析

以前，我国的大型耙吸式挖泥船主要以进口为主，基本由日本、荷兰和比利时等疏浚强国垄断着疏浚产品建造市场，我国在疏浚产品的设计、建造和使用也处处受牵制于疏浚强国。国际上处于领先地位的疏浚强国，如韩国、日本、荷兰和比利时等，对于船舶的研究、设计和建造均有百十年以上的研究历史，长期引领疏浚工程技术的发展，并且对外实行技术封锁，垄断着全球疏浚市场。

在如此严峻的疏浚市场国际背景下，上海航道局与七O八研究所、广州文冲船厂以及其他相关船舶单位强强联合，通过国家、政府的引导支持，果断决定“国轮国造”，开创了新世纪国内大型耙吸式挖泥船的建造先河。在“十五”和“十一五”期间，我国在大中型耙吸式挖泥船关键技术研究和应用方面取得了突破性进步，并自主设计和建造了一大批万级立方的大中型耙吸式挖泥船，代表型船舶包括：上海航道局的“新海牛轮”、“新海马轮”、“新海凤轮”，以及天津航道局的“通旭轮”、“通程轮”。

总之，我国的大型耙吸式挖泥船研究、设计和制造技术工作已取得了阶段性进展，基本实现了大型耙吸式挖泥船的国产化、产业化，但是与国际上航运强国先进的技术水平相比仍然有较大的差距。

1.4设计的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

1.4.1设计的基本内容

研究（设计）的基本内容：

（1）主推进装置选型分析；

（2）动力装置设备计算；

（3）主要设备选型；

（4）绘制船舶机舱平面布置图、俯视图、剖视图及船舶管系原理图；

1.4.2设计目标

 本毕业设计以10000方耙吸式挖泥船船舶的动力装置为研究对象，在前人研究的基础上，建立其船舶机舱各设备的能效模型，并利用船舶各设备模型进行优化计算，以期实现对船舶运行进行优化，降低船舶运行成本，增加船舶寿命并达到减少排放的目的。

1.4.3拟采用的技术方案及措施

根据设计任务书的要求，设计拟采用的技术方案及措施如下所示：

（1）对主推进装置进行分析和选型，考虑耙吸式挖泥船在航道的航速、工况和天气等因素的影响，计算出船体总阻力；

（2）根据主机选型与论证的知识，在考虑经济性、可靠性、可维修性和使用寿命等等因素的情况下，通过机桨的初级匹配和终极匹配来选择合适的推进主机、螺旋桨及其他推进装置；

（3）根据船舶类型、推进装置型号和机舱的位置等因素来计算各个辅机参数，确定辅机设备，如发电机组、锅炉、空气压缩机、分油机和各种泵的型号；

（4）找出各个主机辅机的生产厂家和型号，列出机械设备相关参数并制作设备清单；

（5）使用 CAD 绘图工具绘制出船舶机舱平面布置图、俯视图、剖视图和船舶管系原理图；

（6）撰写轮机说明书，具体指出船舶各个设备是如何布置、如何使用及注意事项等；

图1.4.3 技术方案及措施流程图

第二章 主推进装置分析与选型

2.1船舶相关参数

船舶相关参数如下表1所示：

表2.1 船舶参数

2.2船舶阻力计算

以下公式无特殊标注,均来自朱树文编著《民用船舶动力装置》。

2.2.1摩擦阻力计算

摩擦阻力R_F:

式中：R_F—摩擦阻力，kg

—修正后的实船摩擦阻力系数

其中K_T为曲率修正值

—粗糙度附加系数，取0.4×10-3

—摩擦阻力系数

Re—雷诺数:

其中Loa为船舶总长，L=134.40m

v为动力粘性系数，取1.1883×10^-6 N·s/m²

ρ—水密度，kg/m³；

其数值随温度而变，在一般情况下，淡水ρ=102.591

V—船的速度，m/s

Ω—船体浸水面积，m²

其中Lpp为垂线间长，Lpp=125.60m；

B为型宽，B=25.30m；

T为设计吃水深度，T=7.40m，

δ为方形系数

则方形系数

▽为船舶最大排水体积，▽=22200t

2.2.2剩余阻力计算（兴波阻力和形状阻力）

剩余阻力计算R_R:

式中R_R—剩余阻力，

—剩余阻力系数

则

佛鲁特数

2.2.3其他阻力计算（附加阻力、空气阻力和汹滔阻力）

通常是将其他阻力作为一个马力的附加数，即用备用马力来考虑，根据设计经验取百分之二十九（29%）。

2.2.4船舶总阻力

船舶总阻力R: