Основы выбора и проектирование расположения оборудования и механизмов судовых энергетических установок

 
 
 
 
 
С. Н. ЗЕЛЕНОВ, П. В. СЕМАШКО 
 
 
 
 
ОСНОВЫ ВЫБОРА И ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
РАСПОЛОЖЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ И МЕХАНИЗМОВ 
СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рекомендовано ученым советом Нижегородского государственного технического 
университета им. Р. Е. Алексеева в качестве учебного пособия для студентов, 
обучающихся по направлению подготовки бакалавров 26.03.02 «Кораблестроение, 
океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры» 
и магистерским программам 26.04.02 «Судовые энергетические установки» 
и «Кораблестроение и океанотехника» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 

УДК 621.12 
ББК 39.455.1 
З-48 
 
 
 
Рецензент: 
заместитель генерального директора АО «ЦКБ ‘‘Лазурит‘‘» 
В. Н. Волков 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Зеленов, С. Н. 
З-48  
Основы выбора и проектирование расположения оборудования и 
механизмов судовых энергетических установок : учебное пособие / 
С. Н. Зеленов, П. В. Семашко. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 
2024. – 116 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1891-1 
 
Рассматриваются основные требования к выбору и расположению оборудования и 
механизмов судовых энергетических установок, последовательность и современные 
методы проектирования расположений, которые в недостаточной мере освещены в 
учебной и специальной технической литературе. Приводятся отдельные практические 
сведения, которые могут быть полезны при выполнении курсовых и выпускных 
квалификационных работ. 
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров 26.03.02 
«Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры» и магистерским программам 26.04.02 «Судовые энергетические установки» и 
«Кораблестроение и океанотехника». 
 
УДК 621.12 
ББК 39.455.1 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1891-1 
© Зеленов С. Н., Семашко П. В., 2024 
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Основные понятия и сокращения, используемые в пособии.................................. 4 
Введение ....................................................................................................................... 6 
1. Краткий обзор основных требований к расположению СЭУ 
............................. 6 
2. Расположение СЭУ на судне 
.................................................................................. 9 
3. Помещения СЭУ (машинные помещения) ......................................................... 13 
4. Блочно-модульный принцип компоновки расположения СЭУ ....................... 15 
5. Методы проектирования расположения СЭУ .................................................... 23 
5.1. Традиционное неавтоматизированное проектирование ...................... 23 
5.2. Методология автоматизированного проектирования 
расположения СЭУ ......................................................................................... 33 
6. Расположение основных элементов пропульсивного комплекса .................... 45 
6.1. Расположение ГД и валопровода в МКО .............................................. 45 
6.2. Разработка конструктивной схемы валопровода 
.................................. 51 
6.3. Проверочные прочностные расчеты валопровода 
................................ 53 
6.4. Расчет колебаний валопровода ............................................................... 55 
7. Комплектование пропульсивной установки стандартными элементами 
.......... 56 
7.1. Выбор эластичных муфт ......................................................................... 56 
7.2. Подшипники валопровода 
....................................................................... 59 
7.3. Дейдвудное устройство: подшипники, трубы, сальник 
....................... 65 
7.4. Сальники переборочные 
.......................................................................... 90 
7.5. Тормозное устройство валопровода 
....................................................... 90 
7.6. Валоповоротное устройство ................................................................... 92 
8. Расположение оборудования в помещениях СЭУ 
............................................. 93 
8.1. Общие требования 
.................................................................................... 93 
8.2. Оборудование систем СЭУ ................................................................... 102 
8.3. Туннели, помещения и приводы грузовых насосов ........................... 108 
8.4. Фундаменты, крепления, стыки блоков и условия обеспечения  
монтажа и ремонта ........................................................................................ 109 
9. Оценка качества расположений СЭУ 
................................................................ 110 
Библиографический список 
.................................................................................... 112 
 
3 
 

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СОКРАЩЕНИЯ, 
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПОСОБИИ 
 
Вкладные цистерны – цистерны, изготовляемые вне корпуса судна и 
устанавливаемые в судовых помещениях. 
Выходной путь – путь, ведущий от самого нижнего уровня настила в помещении до выхода из этого помещения. 
Главные механизмы – механизмы, предназначенные для приведения в 
действие движителей. 
Кингстон – клапан для приема забортной воды, устанавливаемый обычно 
на кингстонном ящике. 
Кингстонный ящик – водонепроницаемая выгородка в корпусе, сообщающаяся с забортным пространством и служащая для приема забортной воды. 
Кингстонная решетка – съемная решетка, устанавливаемая на забортном 
вырезе кингстонного ящика и препятствующая попаданию крупных включений 
(битого льда, крупных водорослей и т. п.) в принимаемую забортную воду. 
Машинные помещения категории А – все помещения, в которых расположены двигатели и котлы, работающие на жидком топливе, установки топливоподготовки, а также шахты этих помещений. 
Машинные отделения (МО) – помещения, в которых находятся главные 
механизмы. 
Мостовой кран – подъемное устройство, позволяющее перемещать поднимаемый груз как в поперечном направлении перпендикулярно к подкрановым путям, так и в продольном направлении вдоль этих путей. 
Помещения СЭУ – все помещения, в которых располагается оборудование СЭУ. 
Площадка – решетчатый съемный настил, крепящийся на металлическом 
обрешетнике и служащий для доступа к отдельным высокорасположенным частям СЭУ. 
Пол – сплошной съемный металлический настил из гофрированных листов, крепящийся на металлическом обрешетнике и обеспечивающий доступ ко 
всем основным частям СЭУ. 
Поперечная цистерна (диптанк) – цистерна, выгороженная в корпусе судна двумя поперечными непроницаемыми переборками. 
Тельфер – подъемное устройство, позволяющее перемещать поднимаемый груз вдоль рельсового пути. 
Туннель – водонепроницаемая выгородка для размещения валопроводов 
или трубопроводов вне помещений СЭУ. 
 
4 
 

ВГ – валогенератор. 
ВД – вспомогательный двигатель. 
ВРШ – винт регулируемого шага. 
ВФШ – винт фиксированного шага. 
ГД – главный двигатель. 
ГРЩ – главный электрический распределительный щит. 
ГТГ – газотурбогенератор. 
ГТД – газотурбинный двигатель (компрессор, камера сгорания и газовая 
турбина). 
ГТЗА – главный турбозубчатый агрегат. 
ГТУ – газотурбинная установка. 
ГЭД – гребной электродвигатель. 
ДВС – двигатель внутреннего сгорания. 
ДГ – дизель-генератор (электрогенератор с приводом от ДВС). 
КВ – компрессор воздуха. 
МИШ ВРШ – механизм изменения шага ВРШ. 
МОД – малооборотный ДВС. 
МПУ – местный пост управления. 
ПТУ – паротурбинная установка. 
ПТГ – паротурбогенератор. 
СОД – среднеоборотный ДВС. 
СТЭУ – судовая теплоэнергетическая (вспомогательная котельная) установка. 
СЭУ – судовая энергетическая установка. 
СЭЭУ – судовая электроэнергетическая установка (судовая электростанция). 
ТГ – турбогенератор (электрогенератор с турбинным приводом). 
ЦПУ – центральный пост управления. 
5 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Вопросы разработки расположения СЭУ должны быть предметом тщательного анализа на всех этапах проектирования судна, так как оптимальное 
решение этих вопросов при многообразии комплектующих элементов СЭУ и 
при наличии жестких требований и ограничительных условий является достаточно сложной инженерной задачей. 
Проектирование расположения СЭУ требует от проектантов не только 
хорошего знания особенностей и устройства судна, знания работы и устройства 
размещаемого оборудования СЭУ, особенностей его монтажа, условий эксплуатационного использования, технического обслуживания и ремонта, но также 
развитого пространственного воображения и навыков использования эвристических приемов (последнее связано с тем, что задача оптимального расположения энергетического оборудования на проектируемом судне трудно поддается 
алгоритмизации). 
Указанные особенности задачи проектирования расположения СЭУ на 
практике заставляет ее решать методом последовательных приближений с привлечением данных о расположении близких прототипов СЭУ и с использованием приемов масштабного макетирования. 
В технической и учебной литературе вопросы, связанные с задачей проектирования расположения СЭУ, как правило, отражены в недостаточной степени, что можно считать результатом недооценки важности и сложности этой 
задачи. Нередко следствием подобного положения является неумение специалистов по судовой энергетике практически правильно подойти к решению вопросов расположения СЭУ. 
Цель настоящего пособия – привлечь внимание будущих проектантов к 
задаче разработки расположения СЭУ, а также привести основные требования к 
расположению оборудования СЭУ и отдельные практические подходы, относящиеся к компоновке и проектированию расположения СЭУ. 
 
1. КРАТКИЙ ОБЗОР ОСНОВНЫХ ТРЕБОВАНИЙ 
К РАСПОЛОЖЕНИЮ СЭУ 
 
Накопленный опыт проектирования расположения судовых энергетических комплексов позволяет сформулировать основные требования, которые в 
зависимости от их характера можно разделить на несколько групп: 
– требования, обусловленные назначением СЭУ; 
– требования обеспечения надежности и живучести СЭУ; 
 
6 
 

– технологические требования; 
– эргономические требования и требования охраны труда; 
– эстетические требования. 
Требования, относящиеся к первой группе, связаны с расположением 
СЭУ на судне и особенностями его эксплуатации. 
Прежде всего, очевидно, что место, занимаемое СЭУ на судне, должно 
быть ограниченным, чтобы основная часть объемов корпуса судна использовалась для размещения грузов, соответствующих его назначению. Помещения 
СЭУ (МО) должны соответствовать условиям их размещения в корпусе судна с 
учетом обводов. 
Размещение ГД в МО принимается с соблюдением требований оптимального расположения движителей относительно корпуса судна. Расположение 
других механизмов и оборудования СЭУ в машинных помещениях должно 
обеспечить отсутствие конструктивного крена судна. Поэтому центр масс (ЦМ) 
СЭУ должен находиться в диаметральной плоскости (ДП) судна. Положение 
ЦМ по высоте должно обеспечивать ему необходимую остойчивость. Расположение других механизмов и оборудования СЭУ должно обеспечить их безотказное функционирование в условиях качки, крена и дифферента судна (последнее требование может быть отнесено и ко второй группе). 
Установленные Правилами Регистра предельные значения крена, качки и 
дифферента, при которых обеспечивается надежность функционирования механизмов и оборудования СЭУ, приведены в табл. 1.1. 
Таблица 1.1 
Предельные значения крена, качки и дифферента, град 
 
Состояние судна 
Главные и  
вспомогательные  
двигатели 
Механизмы и  
оборудование аварийного 
назначения 
15 
33,5 
5 
7,5 
22,5 
22,5 
19 
10 
Длительный крен 
Бортовая качка 
Длительный дифферент 
Килевая качка 
 
Относящиеся ко второй группе требования в основном предусматривают 
такое расположение механизмов и другого оборудования СЭУ, которое должно 
обеспечивать оптимальные условия для их безотказной работы, технического 
обслуживания и ремонта. Особое внимание здесь должно быть обращено на 
обеспечение безотказной работы установки и ее составляющих элементов  
7 
 

в сложных динамических условиях эксплуатации судна, а также в условиях изменяющейся осадки судна с учетом его загрузки. 
Требования в отношении живучести СЭУ должны конкретизироваться в 
зависимости от назначения судна. Например, повышенная живучесть СЭУ 
предусматривается для пассажирских судов или арктических ледоколов. 
Технологические требования направлены на уменьшение трудоемкости 
монтажа СЭУ и материалоемкости трубопроводов, фундаментов и креплений 
СЭУ. 
Сборка и монтаж механизмов и оборудования СЭУ на основе использования принципа блочной компоновки позволяет значительно расширить фронт 
монтажных работ, сократить трудоемкость и ускорить их проведение при одновременном повышении качества. 
Уменьшение материалоемкости и массы СЭУ достигается путем сокращения протяженности трубопроводов в результате рационального расположения механизмов и оборудования, а также путем максимально возможного 
упрощения конструкций фундаментов и креплений оборудования. 
Четвертая группа требований предусматривает: 
– рациональное расположение постов управления и контроля; 
– применение специальных мер защиты от вибрации и шума; 
– обеспечение нормальных условий технического обслуживания и ремонта механизмов и другого оборудования СЭУ (устройство проходов, площадок и 
трапов для обслуживания, возможность использования подъемно-транспортных 
средств); 
– рациональное расположение выходных путей из помещений СЭУ, обеспечивающих эвакуацию обслуживающего СЭУ личного состава в аварийных 
случаях, дополнительное устройство грузопассажирских лифтов в МО на крупных судах; 
– обеспечение безопасности труда обслуживающего персонала (устройство ограждений, защитных кожухов, аварийных выходов и т. п.); 
– типизация расположений, предусматривающая обеспечение легкой адаптации обслуживающего персонала. 
К этой группе можно отнести также требования пожаро- и электробезопасности, которые сводятся к обеспечению конструктивных мер по расположению оборудования, топливных систем и электрооборудования. 
Эстетические требования к расположению СЭУ получили развитие лишь 
в последнее время. Они предусматривают необходимость обеспечения целостности и функциональной целесообразности компоновки, подчиненности от8 
 

дельных частей комплексу в целом, а также рационального расположения элементов в СЭУ, постов управления, выходов, трубопроводов и кабельных трасс. 
Все перечисленные требования более подробно отражены Правилах Российского Морского Регистра Судоходства для морских судов и Российского 
Речного Регистра для речных судов и судов смешанного плавания, в Правилах 
техники безопасности на судах морского и речного флота, в Санитарных нормах и правилах и других нормативных документах. 
 
2. РАСПОЛОЖЕНИЕ СЭУ НА СУДНЕ 
 
Положение энергетической установки относительно корпуса судна определяется рядом факторов, к которым можно отнести: 
– назначение судна, его главные размерения, архитектура и общая компоновка; 
– условия обеспечения необходимых мореходных качеств, аварийной 
непотопляемости и живучести; 
– тип энергетической установки, ее габариты и масса; 
– тип движителей и их количество, способ передачи к ним мощности; 
– условия обеспечения обитаемости для экипажа и пассажиров судна. 
Процесс проектирования расположения СЭУ включает в себя определение необходимых для ее размещения объемов и рациональную компоновку 
оборудования в пределах этих объемов. Поэтому уже при первых проработках 
нужно иметь данные о составе и технических характеристиках основных агрегатов СЭУ, количестве энергетических запасов, об организации оперативного и 
технического обслуживания установки. На ранних стадиях процессы проектирования СЭУ и ее расположение взаимосвязаны, и выбор типа установки во 
многих случаях определяется возможностью ее размещения в корпусе судна. 
Габариты и показатели массы пропульсивной установки и вспомогательного 
оборудования, в свою очередь, могут также оказать решающее влияние на местоположение СЭУ. 
СЭУ располагается в одном или нескольких водонепроницаемых отсеках 
судна, что определяется в значительной мере общей компоновкой судна, его 
назначением и возможностью обеспечить требования живучести и удифферентовки. Число отсеков для размещения СЭУ по возможности должно выбираться 
минимальным при наименьшей общей протяженности их по длине. Этим обеспечивается минимальный объем занимаемых СЭУ помещений, сокращение 
массы установок (в основном за счет сокращения и упрощения коммуникаций), 
повышение ее надежности и существенное упрощение обслуживания. 
9 
 

Минимально необходимые размеры отсеков СЭУ по длине в основном 
определяются необходимостью размещения главных агрегатов пропульсивной 
установки и оборудования судовой электростанции. Наибольшая длина каждого отсека на морских судах обычно ограничена условием обеспечения аварийной непотопляемости. Ориентировочная длина помещений СЭУ, отнесенная к 
длине судна между перпендикулярами, составляет для транспортных судов  
от 12 до 18 %, а для ледоколов и буксиров от 50 до 65 %. Относительный объем 
отсеков СЭУ может быть равным 200...400 м3 на каждые 1000 кВт мощности 
главных двигателей. 
На транспортных судах СЭУ занимает относительно небольшую часть 
объема корпуса, и ее обычно располагают в одном отсеке. Размещение в нескольких отсеках применяют, если невозможно обеспечить требуемую аварийную непотопляемость судна при размещении СЭУ в одном отсеке, а также при 
повышенных требованиях к живучести установки, вызывающих необходимость 
ее разделения на автономные группы. 
Наибольшее распространение на морских судах получила одновальная 
СЭУ, размещаемая в одном отсеке, выше которого располагают надстройку с 
ЦПУ судном (ходовой рубкой), жилыми каютами экипажа, общественнобытовыми и служебными помещениями. Такое расположение СЭУ обеспечивает возможность ее удобной компоновки в сравнительно ограниченном объеме. 
Применение двух- или многовальной (3...5 валов) СЭУ может быть обусловлено различными причинами, а именно: 
– невозможностью обеспечить при одновальной установке достаточно 
высокий пропульсивный коэффициент из-за ограничений по диаметру гребного 
винта; 
– необходимостью обеспечить повышенную маневренность судна; 
– необходимостью обеспечить повышенную живучесть пропульсивной установки судна. 
На транспортных судах встречаются три типа расположения СЭУ: в корме, средней части судна и промежуточное, со сдвигом в корму от миделя  
(рис. 2.1). 
По условиям удифферентовки при различных случаях загрузки судна может оказаться целесообразным среднее расположение отсеков СЭУ в районе 
миделя (рис. 2.1, а). Среднее расположение СЭУ создает более благоприятные 
условия эксплуатации судна: хороший обзор из ходовой рубки, умеренные 
ускорения при килевой качке; удаленность от кормы, подверженной вибрации 
при работе гребного винта, минимальная длина машинного помещения. Вместе 
с тем, при таком расположении увеличивается протяженность валопроводов, 
10