Поддержание нормального газового состава внутриотсечного воздуха

С помощью системы регенерации и очистки воздуха на атомных подводных лодках поддерживается необходимое для дыхания человека количество кислорода в воздухе и удаляется угле-

Поддержание нормального газового состава внутриотсечного воздуха

кислый газ, воздух очищается от токсических газов, паров Й аэрозолей, вредных для организма человека, а также поглощаются ненриятные запахи, отрицательно влияющие на самочувствие и работоспособность людей.

Нормальную концентрацию кислорода (20—21%) в воздухе отсеков подводных лодок поддерживают за счет газообразного кислорода, находящегося в запасе, или полученного непосредственно на борту корабля. Газообразный кислород хранят в баллонах под давлением 210 кг/см^, размещенных внутри прочного корпуса и в цистернах главного балласта. Необходимый запаскислорода зависит от численности личного состава, подводной автономности и расхода кислорода на одного члена экипажа в час. Запасы кислорода ли-мцтируются числом баллонов, которые можно принять на борт. Поэтому такие лодки нуждаются в базах снабжения, оборудованных кислорододобыва-ющими станциями.

Для ликвидации этого недостатка американская фирма Тридвелл сконструировала электролитический генератор кислорода, основанный на принципе электролиза дистиллированной воды в присутствии гидроокиси калия. Схема работы такого генератора показана на рис. 86. Под действием постоянного электрического тока вода разлагается на кислород и водород. Кислород нагнетают в баллоны, откуда его по мере необходимости подают в отсеки, а водород сжимают при помощи компрессора и стравливают за борт. В сутки такой генератор разлагает 113 л воды, что соответствует суточной производительности около 70 кислорода при атмосферном давлении. Такое количество кислорода может обеспечить все потребности личного состава современной подводной лодки (100 чел.) 1.

Электролитический генератор кислорода был впервые установлен и испытан «а борту подводной лодки «Джордж Вашингтон». Позднее подобными генераторами оборудовали все американские атомные подводные ракетоносцы, а также некоторые торпедные атомные подводные лодки; их предполагают установить и на подводных лодках Англии и Франции.^

На атомных торпедных подводных лодках в качестве дополнительного источника кислорода используют «хлоратные свечи»,

Рис. 86. Принципиальная схема электролитического генератора кислорода.

/ — выход Иг; 2 — забортная вода: 3 — катод; 4 — подвод электрического тока; 5—анод; 6 — выход Ог; 7 — баллоны с Ог; 8 — продувание за - борт; 9 — электроды; 10 — подпиточный насос; II — дистиллят.

Таблица 37*

Характеристики «хлоратных свечей»

Тип свечи

Габариты * (длинах диаметр), мм

Вес, кг

Производительность по кислороду,

Прессованная Литая

»

254X154 254X152 298X168

9,8 10,5 11,5

2.4 2,7 3,0

* Габариты горелки 610X178 мм.

изготовляемые фирмой Олдберри Кемикал (табл. 37). Свечи представляют собой цилиндрические шашки, спрессованные или отлитые из смеси хлората натрия (NaClOa), размельченного железного порошка и стеклянной., ваты. Принцип действия свечей основан на разложении хлората натрия при высокой температуре на хлористый натрий и кислород

ЫаСЮз -f Fe —Ог -f NaCl -f Fe^O^ -f тепло.

При окислении железного порошка выделяется тепло. Для снижения выделения свободного хлора в свечи добавляют перекись натрия. Свечи сжигают в специальных горелках из нержавеющей стали; время горения свечи 45 мин.

В связи с тем, что эффективность поглощения кислорода человеком в значительной степени зависит от парциального давления,а не от процентного содержания кислорода, на лодках ВМС США в аварийных случаях допускается снижение содержания кислорода до 15—17%, но при условии, что давление в отсеках будет повышено. Подобные испытания проводились на атомных подводных лодках «Сивулф» и «Скейт».

Количество углекислого газа в атмосфере подводной лодки в нормальных условиях не должно превышать 1,0—1,5 7о. что на порядок выше содержания его в земной атмосфере. В аварийных случаях допускается увеличение содержания углекислого

' SAE Preprints, s. а., № 352 D.

Поддержание нормального газового состава внутриотсечного воздуха

Рис. 87. Схема работы скруббера.

/ — вдувной вентилятор; 2 ~ адсорбер; 3 — входной патрубок поглотителя; 4 — контур рециркуляции поглотителя; 5 — теплообменник; 6 — забортная вода; 7 — углекислотный компрессор; 8 — забортная вода; Р —десорбер; 10 — напорный воздушный патрубок; // — циклонный генератор; 12 — отстойник; 13 — циркуляционные насосы поглотителя; 14 — теплообменник; /5 — подогреватель: —электрические грелки.

Газа до В%. Для удаления углекислого гаЗй йа аТомНыХ поДвбД-ных лодках применяют моноэтаноламиновые установки (скрубберы), где в качестве поглотителя использован водный раствор моноэтаноламина (МЭА) МЭА хороАо поглощает углекислый газ при комнатной температуре и выделяет его при нагревании. Схема работы скруббера показана на рис. 87. Внутриотсечный воздух поступает в адсорбер, где в результате соприкосновения с МЭА из него удаляется углекислый газ. Очищенный воздух возвращается в отсеки, а МЭА прокачивается через теплообменник. В результате нагревания происходит выделение углекислого газа, который стравливают за борт. МЭА после охлаждения вновь поступает в адсорбер скруббера.

Вследствие окисления и разложения в скруббере МЭА приходится заменять через каждые одну-три недели. Другой недостаток этого адсорбента — высокая токсичность. Допустимый предел содержания МЭА в атмосфере отсеков составляет 1 : 10"^.

Американские специалисты разработали новый адсорбент углекислого газа алказид-М (калиевая соль нитрометилаланина), с повышенной стойкостью и уменьшенной токсичностью по сравнению с МЭА.

-Первые лодочные скрубберы, изготовленные фирмой Гедер, отличались низкими весогабаритными характеристиками (объем установки 5,7 м^); потребляемая ими мощность превышала 20 кет. В дальнейшем на лодках стали устанавливать скрубберы типа Мк-1, спроектированные Управлением кораблестроения ВМС США. Их габариты 1090X 1220Х'1830 мм, вес 1800 кг, потребляемая мощность 16,5 кет. Производительность скрубберов 8,2 кг СОа в 1 час при концентрации газа 1,5%- В целях снижения шумности была разработана новая модель скруббера типа Мк-1'Іі шумоизлучение которого не превышает 20—25 дб, т. е. на 15 дб меньше, чем у скруббера типа Мк-1. Добиться снижения шумоизлучения удалось за счет улучшения балансировки вращающихся частей и установки скруббера на низкочастотных амортизаторах (с частотой собственных колебаний 6 гц). На каждой атомной подводной лодке устанавливают по два скруббера (один из них резервный).

В качестве аварийного средства удаления углекислого газа на атомных подводных лодках ВМС США предусмотрены контейнеры с гидроокисью лития,, через которые вентилятор прогоняет внутриотсечный воздух. Поглощение углекислоты при этом происходит в результате следующей химической реакции:

2иОН + СОг ЬігСОз -Ь НаО + тепло.

^ ' Моиоэтаноламин — амииоэтиловый спйрт (HOCH2CHaNH2), 308

На каждой подводной лодке размещается 15 контейнеров (диаметром 165. лглг и высотой 304 мм), объединенных в три независимые одна от другой установки (280X483X890 мм). Кроме контейнеров, в сост&в'' установок входят проти-вопыльные фильтры и небольшие центробежные вентиляторы. Основное преимущество подобных поглотителей углекислогб газа —малая потребляемая мощность (~1 кет), недостаток — значительное повышение веса и габаритов системы в случае увеличения времени непрерывного пребывания лодки под водой (рис. 88).

, К числу вредных примесей в атмосфере' подводных лодок относятся также' водород и окись углерода. При соединении с кислородом воздуха водород образует взрывоопасную смесь, поэтому его концентрация в отсет {іах не должна превышать 1—'2% (основные источники выделения водорода — аккумуляторная батарея и электролитический генератор кислорода). Допустимая концентрация окиси углерода 5-10-^ (или 0.05 мг/л).

Для удаления из воздуха водорода и окиси углерода на атомных подводных лодках применя- '""^ ют установки, в которых катализатором служит гопкалит. Пред-, варительно нагретый воздух пропускают через слой катализатора, при этом окись углерода окисляется и превращается в углекислый газ, а водород — в водяной пар (рис. 89). На подводных лодках ВМС США устанавливают по два подобных

Поддержание нормального газового состава внутриотсечного воздуха

Рис. 88. Вес и занимаемый объем моно-' этаноламиновой / и литиевой // установок для поглощения углекислого газа в зависимости от времени непрерывного пребывания под водой (экипаж 100 чел.).

Поддержание нормального газового состава внутриотсечного воздуха

Рис. 89. Принципиальная схема «дожигателя» водорода и окиси углерода.

/—фильтр; 2 — угольный фильтр; 3 =г-вентилятор; 4 — вращающийся теплообменник; 5 — подогреватель; 6 — катализатор; 7 — нагретый воздух; 8 — воздухоохладитель,

«дожигателя» (габариты и производительность каждого из них 610x762x1250 мм и 3,5 м^/мин соответственно). Следует отметить, что при работе дожигателей появляется опасность образования в атмосфере подводной лодки высокотоксичиых веществ (например, фтора, фтористого водорода, хлора), выделяющихся при каталитическом окислении некоторых углеводородов, фреона и т. п.

Газовый анализ внутриотсечного воздуха после длительного подводного плавания показал наличие большого количества (более 20) вредных примесей, загрязняющих атмосферу подводной лодки. Наиболее высокотоксичные примеси и их предельно допустимые «онцентрацни (при непрерывном пребывании личного состава в герметизированных отсеках в течение 90 суток) указаны в табл. 38Эти примеси эффективно удаляют из воздуха отсеков с помощью древесно-угольных фильтров.2 Фильтры устанавливают на вытяжных воздухопроводах, ведущих из помещений, где может происходить выделение вредных газов или запахов (кам|бузы, гальюны, сточные цистерны и т. п.). Для очистки воздуха служат также воздухоохладители системы кондиционирования, так Как в конденсируемой ими влаге растворяются аммиак и некоторые другие летучие вещества. Одно из средств борьбы с появлением токсичных газов на подводных лодках — удаление или полная герметизация их источников (герметизация аккумуляторной батареи, замена фреоновых холодильных машин бромисто-литиевыми, применение для внутренней окраски водорастворяющих красок и пр.).

Исследования показали, что содержание аэрозолей в атмосфере подводной лодки достигает устойчивого состояния через несколько дней после ее погружения. При этом средняя концентрация аэрозолей составляет 0,1—0,2 мкг/л. Размеры частиц ^ равны в среднем 0,45 мк, около 1% из них имеют диаметр более 1 мк. До 80% аэрозолей — органического происхождения, причем более 70% образуются в результате курения (на американских атомных лодках официально разрешено курение в подводном положении), а остальная часть —в результате испарения смазочных масел, жиров при приготовлении пищи и т. п.

Для поглощения аэрозолей на атомных лодках устанавливают электростатические фильтры, встроенные в вытяжные воздухопроводы системы вентиляции. Производительность главного электростатического фильтра — 340 м^/мин, а эффективность задержания аэрозолей — 99%. График эффективности работы электростатического фильтра приведен на рис. 90. Основной недостаток подобных фильтров — большая потребляемая мощность (24—34 квт) 3. На каждой подводной лодке типа «Трешер»

' SAE Preprints, s. а., № 352 D.

2 Heating, Piping and Air Conditioning, 1961, IX.

3 Chemical and Engineering News, 1961, т. 39, № 14.

Таблица 38 Содержание некоторых химических веществ в атмосфере атомных подводных лодок

Наименование

Предполагаемый источник

Максимальная концентрация, наблюдаемая в процессе эксплуатации, мкгіл

Предельно допустимая концент-рация'по нормам ВМС США, мкгІл

Аэрозоли

Табачный дым, пища, смазоч-

0,035*

ные масла

   

Аммиак

Скруббер

0,03

0,06

Ароматические

Растворители, линолеум, табач-

0,06

0,01

углеводороды

ный дым

   

Формальдегид

Окисление метилового спирта

 

5,0

Арсинбі

Аккумуляторная батарея

0,00096

0,00015

Хлорины

Окисление фреона

0,001

0,001

Фтор

» »

0,0015

0,00015

Фреон

Хладагент холодильных машин

0,3

4,9

Недифференциро-

Пища, смазочные масла, рас-

0,34**

ванные углеводо-

творители

   

роды

     

Хлористый водо-

Окисление фреона

Небольшое

0,005

род

 

количество

 

Фтористый водо-

» »

0,0005

0,0005

род

     

Сернистый водо-

Сливные санитарные баки

0,004

0,3

род

     

Пары ртути

Электрооборудование, термомет-

Q J ***

0 J ***

 

ры

   

Метан

Сливные санитарные баки

0,3*

Двуокись азота

Электрические машины

0,0001

0,009

Окись азота

» »

0,008*

Озон

» »

0,0002

0,0002

Радон

Светящиеся знаки

JQ_g ****

Стибин

Аккумуляторная батарея

0,005

0,0005

Сернистый газ

Сливные санитарные баки

0,008

0,013

Триарилфосфат

Гидравлические системы

1,0

* Предельно допустимая концентрация не определена. ** По метану. *** Выражено в мкг/м^. **** Выражено в микрокюри иа мл.

установлено пять электростатических фильтров: по одному в вентиляторной, камбузе, отсеке вспомогательных механизмов и два в турбинном отсеке.

В США разработан дисковый фильтр для очистки воздуха на атомных подводных лодках'; основная часть его — комплект вращающихся дисков, под действием которых частицы слипаются и оседают в фильтре. Размер задерживаемых частиц 0,5 мк. Эффективность очистки воздуха от масляного тумана, возникающего при работе редуктора главного турбозубчатогоагрегата,—99%. Вес фильтра 5,9 кг.

Для ряда постов с повышенными требованиями к чистоте воздуха (навигационных, управления ракетным оружием и т. д.) создаются автономные системы вентиляции.

Иностранные медицинские специалисты не пришли к единому мнению относительно воздействия ионов воздуха на физиологическое состояние человека. Тем не менее часть специалистов считает, что наличие в атмосфере отрицательных ионов оказывает благоприятное влияние на организм, способствует повышению работоспособности, снижает утомляемость человека. Кроме того, насыщение воздуха ионами обеспечивает^учшую очистку его от пыли и микроорганизмов. Число ионов в атмосфере подводных лодок обратно пропорционально количеству аэрозолей и в среднем равно 700 ионам (из которых 200 отрицательных) на 1 см^ воздуха. Разработку и производство лодочных иониза-I торов осуществляет ряд американских фирм.

Контроль за составом воздуха в отсеках подводных лодок производят при помощи стационарных и переносных газоанализаторов. Первым подобным прибором был газоанализатор Мк-1, установленный на атомной подводной лодке «Наутилус», в состав которого входят многоканальный инфракрасный анализатор для определения содержания углекислого газа, окиси углерода и различных углеводородов (содержание кислорода определяется методом магнитной восприимчивости, а водорода — методом тепловой электропроводности), а также необходимые источники питания,, насосы и'регистрирующая аппаратура.

Опыт эксплуатации газоанализатора Мк-1 показал, что необходимо усовершенствовать его конструкцию. В результате был создан аппарат Мк-П1, поступивший на вооружение всех атом-

Поддержание нормального газового состава внутриотсечного воздуха

Рис. 90. Эффективность работы электростатического фильтра атомной подводной лодки «Сивулф».

/ — содержание аэрозолей без фильтра; 2 — то же, о фильтром.

НЫХ ЛОДОК ВМС США. Газоанализатор этого типа оборудован пятью аналитическими каналами для замера содержания кислорода, углекислого газа, окиси углерода, водорода и фреона. Замер содержания кислорода осуществляется на основании использования его парамагнитных свойств; водородный канал работает на использовании свойств теплопроводности, а три других канала —на Принципе использования свойств поглощения инфракрасных лучей. Кроме того, были также внесены некоторые мелкие изменения, облегчающие обслуживание газоанализатора. Размеры аппарата Мк-Н1 — 460X510X760 мм.

В 1961 г. на вооружение американских подводных лодок стала поступать более совершенная модель газоанализатора Мк-1У с дополнительным ультрафиолетовым .каналом для замера концентраций примесей, поглощающих ультрафиолетовые лучи (бензин, ртуть, озон). Новый аппарат, работающий в комплек-. се с электронной вычислительной машиной, может определять присутствие газов, концентрация которых не достигает и I %.

Кроме стационарных газоанализатр-ров Мк-ІІІ или Мк-1У, на американских подводных лодках испрльзуют переносные анализаторы углекислого газа, окиси углерода и переносной набор приборов для замеров большинства других примесей в воздухе отсеков. Вся аппаратура воздухоанализа размещена на лодках в помещении радиохимической лаборатории. Принципиальная схема системы регенерации и очистки воз-дула атомной подводной лодки ВМС США показана на рис. 91.

Автономные походы атомных подводных ракетоносцев типа «Джордж Вашингтон» выявили неудовлетворительную работу системы регенерации и очистки воздуха. По мнению американских подводников', проблема борьбы с пылью и грязью иа лодках не решена. Причины этого — конструктивные недостатки системы вентиляции (расположение приемных патрубков над приборами и механизмами), ненадежность и малая эффективность газоанализаторов. Подводники предлагают,' в частности, размещать приемные патрубки вытяжной вентиляции на уровне палубы, создать самостоятельную систему вытяжной вентиляции жилых помещений, не связанную с обслуживанием электронной техники.

Поддержание нормального газового состава внутриотсечного воздуха

Научно-исследовательские организации США ведут большие работы по дальнейшему совершенствованию систем регенерации воздуха. Управление кораблестроения ВМС США совместно с фирмой Дженерал Дайнэмикс создало никель-кадмиевую батарею, вырабатывающую в процессе зарядки кислород.

Наиболее перспективные системы, по мнению американских специалистов,—комплексные установки, поглощающие углекислый газ и выделяющие кислород в течение одного цикла. К их числу относится, например, сульфатная установка, использующая раствор сульфата натрия Ма2804, который подвергается разложению в электролизной камере (рис. 92). При работе установки происходят следующие химические реакции: в адсорбционной камере

СО2 -f ;2ЫаОН -> ЫазСОз -f НзО;

в десорбере

Ыа^СОз + Н^ЗОі ^ СОз -f Н^О + Ыа^ЗО!;

в электролизной камере

Ыа^ЗО^ + ЗНзО -> Н^Оі + + Нг +

+ 2ЫаОН.

Получающийся в результате реакции кислород поступает в отсеки лодки, а углекислый газ стравливается за борт.

В 1960 г. ВМС США построили опытную 'сульфатную установку, производящую в час 0,2 кислорода и поглощающую эквивалентное количество углекислого газа. Проводятся работы по использованию процесса фотосинтеза для регенерации воздуха в отсеках лодки.

С этой целью предполагают использовать некоторые виды морских водорослей (например хлореллу). Многие из характеристик роста- водорослей хорошо известны, но в условиях подводного корабля водоросли должны обладать максимально интенсивным ростом и максимальной консистенцией в ограниченном объеме. В настоящее время получены системы производительностью 1 кг водорослей в сутки; этого достаточно, чтобы-поддержать жизнедеятельность 1—2 чел.'

Поддержание нормального газового состава внутриотсечного воздуха

Предыдущая глава Оглавление Следующая глава