Создание микроклимата

Самочувствие и здоровье человека во многом определяется условиями теплообмена между организмом и внешней средой. В связи с этим все атомные 'подводные лодки оборудованы системами кондиционирования, обеспечивающими поддержание заданной температуры и влажности внутриотсечного воздуха.

Американскими и английскими нормами установлены следующие микроклиматические условия в отсеках подводной лодки;'

— для жилых помещений и постов температура воздуха (без ограничения влажности) не должна превышать 25° С, а при 50-процентной относительной влажности 30° С; ,

— для отсеков энергетической установки максимальная температура равна 38° С без ограничения влажности;

— для необитаемой части реакторного отсека допустимо увеличение температуры до 57° С.

Нормальные микроклиматические условия на атомных лодках трудно обеспечить потому, что механизмы энергетической установки, электрооборудование, электронная аппаратура и т.п. выделяют большое количество тепла.

Основные источники тепловыделений на современных подводных кораблях: тепловыделения от захвата нейтронного и гамма-излучений в конструкциях и материалах биологической защиты; утечки пара и питательной воды из трубопроводов и механизмов корабля (при проектировании современных атомных лодок эти утечки принимают равными 0,25% от расхода свежего пара в главном паропроводе); горячие иоверхности механизмов, аппаратов, трубопроводов; электрические потери в электрооборудовании и электронной аппаратуре; химические процессы в установках регенерации воздуха; процессы жизнедеятельности организма человека; забортная вода (при плавании в тропиках).

Наибольшая часть тепловыделений приходится на долю электрооборудования и электронной аппаратуры (40% и более). Для уменьшения выделений тепла этими приборами на лодках устанавливают индивидуальные системы охлаждения наиболее мощных электрических агрегатов. В последнее время индивидуальное водяное охлаждение стали применять также для электронной аппаратуры, гидроакустических, радио- и радиолокационных станций.

При плавании в Арктике температура внутренней поверхности корпуса становится приблизительно равной температуре забортной воды. Водяные пары, находящиеся в атмосфере корабля, конденсируются на поверхности корпуса. Это ухудшает условия обитаемости, вызывает коррозию и порчу механизмов.

изоляции, увеличивает опасность выхода из строя электрооборудования и коротких замыканий.

Плавание американских атомных подводных лодок в тропических водах показало, что при нормальной работе системы кондиционирования в постах управления теміпература воздуха поддерживается в пределах 20—29° С, а относительная влажность—около 60%. При выключенной системе кондиционирования в период ремонтных работ или отработки бесшумного хода температура воздуха в отсеках быстро поднимается до 40—45° С, а относительная влажность — до 90%

При расчетах тепловой нагрузки на воздухоохладители систем кондиционирования подводной лодки 2 температуру забортной воды принимают равной 30° С. Коэффициент теплопередачи через корпус выбирают в зависимости от типа и толщины изоляции, а также с учетом конструкции набора прочного корпуса. Тепло, передаваемое за борт через трубопроводы и теплообменные аппараты, незначительно и не поддается точному учету. В расчете его принимают в виде небольшой надбавки к теплу, переданному забортной воде через обшивку прочного корпуса. . Тепловую нагрузку на воздухоохладители системы кондиционирования рекомендуется определять для режима работы энергетической установки на максимальной мощности (с учетом размещения экипажа по боевому расписанию).-Величина суммарной тепловой нагрузки современных подводных лодок может превышать 6-105 ккал/час^.

Распределение тепловой нагрузки на воздухоохладители системы кондиционирования по отсекам атомного подводного ракетоносца ВМС США, ккал/час:

I отсек — торпедный................. 9-10»

II отсек:

жилые помещения................ 30-103

центральный пост................ 91-10^

III отсек:

помещение ракетных шахт............ 24-їдавнутреннее кондиционирование шахт....... 24-їдапомещение вспомогательных механизмов 30-їда

IV отсек:

проход...................... з-ідапомещение оборудования реакторной установки . . 91-їда

V отсек — вспомогательных механизмов....... 91-їда

VI отсек — турбинный-......,........ 212-їда

Суммарная тепловая нагрузка........ 605-їда

Суммарная тепловая нагрузка........ 605-їда

Источниками холода для воздухоохладителей системы кондиционирования на лодках служат холодильные машины. Пер-

' Arch: Environment, Health, 1964, III.

2 Порядок расчета приведен в Transactions SNAME, 1959, т. 67. ^ Journal of the American Society of Nav^l Engineers, 1962, т. 74.

Воначально на йтомных подводных лодках устанавливали поршневые компрессорные холодильные машины (рис. 93;а), где в качестве хл'адагента использован фреон-12. Хладоносителем в системеї кондиционирования этих кораблей служила пресная вода, расчетная температура которой равнялась 7° С.

Из-за высокой шумности фреоновых компрессоров пришлось создать новую абсорбционную бромисто-литиевую холодильную машину, которую впервые установили и испытали на подводной лодке «Трешер» в 1961 г. (рис. 93,6). Холодопроизводительность бромисто-литиевой машины «Трешера» равна 420-103 ккал/час. Для атом-ных подводных ракетоносцев типа «Итэн Аллен» американские конструкторы создали еще более мощную абсорбционную машину производительностью 513-10^ ккал/час.

На английской подводной лодке «Вэлиэнт» установлено две пдроэжекторные холодильные машины и два фреоновых компрессора. Последние используют в качестве хладагента арк-тон-6 — фирменную разновидность (фирма Империал. Кемикалз оф Ингланд) фреона-12.

Различные типы холодильных машин разрабатывались в США для атомной подводной лодки «Таллиби». Эти машины, производительностью 182-103 ккал/час, имеют следующие характеристики:

Компрессорная Абсорбционная Пароэженторная

Вес машины, кг....... 4540 5000 4540

Габариты, м:

длина.......... 2,74 3,62 4,05

ширина......... 1,82 1,40 2,31

высота......... 1,97 2,41 1,80

Занимаемый объем, . . . . 10,0 12,2 16,8

Потребляемая мощность, кет 62,5 7,5 22,0

Расход пара, кг/час . . , . . — 545 726

Хладагент.......... Фреон-12 Бромисто-лити- Водаевая смесь

Температура хладоносителя,, °С ..... ...... 7,3 7,3 . 7,3

Расход хладоносйтеля, ж'/ж«м 1,13 1,13 2,95

Регулирование производительности ........... В широком диапазоне Ограничено

Шумность.......... Высокая Незначитель- —

пая

Допускаемые углы кренаи дифферента.......Не ограничены Крен—15°, Не ограниченыдифферент 10°

Суммарная производительность холодильных машин подводной лодки превышает потребную тепловую нагрузку на воздухоохладители системы кондиционирования (табл. 39). Практически на лодках устанавливают три-четыре машины, одна из которых является резервной. На атомных подводных лодках типа «Трешер», например, установлено два центробежных - фреоновых комідрессора производительностью по 242-10^ ккал/часи бромисто-литиевая абсорбционная машина производительностью 424-103 ккал/час, обеспечивающая работу системы кондиционирования при движении лодки в режиме минимального шу-моизлучения.

В 1960 г. в США были проведены исследования по выбору оптимального типа холодильной машины для атомной подводной лодки Критериями при сравнении различных машин служили показатели шумности, надежности, потребляемая • мощность и объемы, необходимые для размещения холодильного оборудования. Как показали выполненные исследования, в системах кондиционирования подводных лодок можно применять следующие холодильные машины: абсорбционные машины, фреоновые компрессоры (центральные — на несколько отсеков или местные, расположенные в различных отсеках подводной лодки) ; воздушные турбоком-прессорные холодильные машины. Наилучшими тех-нико-эксплуатаци о и н ы м и характеристиками отличаются системы кондиционирования с абсорбционными машинами и с центральными фреоновыми компрессорами.

Вентиляционно-воздухоохладительные части систем кондиционирования первых атомных подводных лодок выполнены низконапорными. Все служебные и жилые помещения кораблей разделены на 8—10 групп по назначению (реакторный отсек, турбинный отсек, помещения центрального поста, офицерские каюты, носовые помещения команды, кормовые помещения команды и т. д.). Каждую группу помещений обслуживает независимая установка кондиционирования, состоящая из низконапорного вентилятора, воздухоохладителя, воздухонагревателя, фильтров, трубопроводов, а также из регулирующей и контрольно-измерительной аппаратуры. Для низконапорных систем при-

Создание микроклимата

Рис. 93. Принципиальные схемы' систем кондиционирования: а — с фреоновым компрессором; б — с бромисто-литиевой холодильной машиной.

/ — насос забортной воды; 2 — конденсатор; 3 — фреон; 4 — испаритель; 5 — яасос пресной воды; 6 — воздухоохладитель; 7 — влагоотде-литель; « — вентилятор; Р —пар; /О — генератор; // — теплообменник; 12 — дроссельный клапан; /3 — насос; /4 — абсорбер; /5 — бро-мнсто-ліітиевая смесь.

Таблица ^

Производительность Холодильных машии систем коидициоиирования подводных лодок ВМС США

1 Год

Тип подводных лодок

Количество машин

Суммарная холо-допроизводитель-ность, 1№ ккал/час

 

Дизель-электрические

 

1934

«Катлфиш»

1

7,6

1945

«Гэтоу»

1

36

1949

«Триггер»

2

100

1956

«Дартер»

2

152

 

Атомные

   

1954—1957

«Наутилус», «Сивулф»

4

726

1958

«Скейт»

3

484

1959

«Скипджек»

4

726

1959

«Тритон»

1510

1959

«Джордж Вашингтон»

3

910

1961

«Трешер»

3

910

1961

«Итэн Аллен»

Более 1000

меняют преимущественно осевые (пропеллерные) вентиляторы, компактные и малошумные, и лишь в исключительных случаях — вентиляторы центробежного типа. Применяемые в американском флоте воздухоохладители подразделяют на шесть типоразмеров, отличающихся площадью проходного сечения в пределах 0,053—0,465 мК

Нормы циркуляции воздуха для системы кондиционирования установлены Управлением кораблестроения ВМС США и составляют (м^/час на одного человека): в кают-компаниях, столовых и жилых помещениях —18, в душевых —36, в камбузе — 88.

Основной недостаток низконапорной системы кондиционирования (рис. 94)—большой вес и габариты вентиляционно-воз-духоохладительного оборудования. Поэтому, начиная с лодки «Скипджек», на всех атомных лодках стали применять высоконапорные системы кондиционирования воздуха. Основной частью такой системы является центральный кондиционер, состоящий из двух последовательно включенных вентиляторов (общий напор 250—380 мм вод. ст.) производительностью 17-103 м^/час, фильтра и воздухоохладителя со встроенным осушительным аппаратом отражающего типа (коэффициент выпадения влаги достигает 98% прр скорости движения воздуха 7,6 м/сек; напор в осушителе 25,4 мм вод. ст.).

^Кондиционер размещен в специальной выгородке в кормовой части отсека центрального поста. От центрального кондиционера по высоконапорным воздухопроводам малого диаметра охлажденный воздух подается в помещения лодки, разделенные на^зоны в зависимости от требуемых микроклиматических условий." Установленные в помещениях электрические воздухоподогреватели (шкафчики) производят в случае необходимости дополнительную тепловую обработку воздуха (центральный кондиционер охлаждает воздух до 13—15° С).

Создание микроклимата

Рис. 94. Воздушно-вентиляционная часть системы і кондиционирования подводной лодки типа «Скейт».

/ — выгородка аккумуляторной батареи; 2 — помещение воздуходувки системы продувания ЦГБ; 3 — приемная шахта вентиляции; 4 — угольный фильтр; 5 — вентиляторная; 6 —вдувной вентилятор; 7 — воздухоохладители; « — вентиляторы; 9 —воздухонагреватели; /О — электростатический фильтр; // — камбуз; 12 — электролитический генератор кислорода; 13 — скруббер; /4 — дожигатель окиси углерода и водорода; /5, 16, /7 —реакторный, турбинный и кормовой отсеки соответственно.

Регулирование температуры и влажности в жилых помещениях И постах осуществляется с помощью регулирующей аппаратуры, воздействующей на воздушную схему системы. Регулирующая аппаратура работает от датчиков температуры (термостатов) и влажности (гумидостатов), размещенных в отсеках подводной лодки.

Для снижения шума воздухопроводы системы кондиционирования покрывают теплоакустической изоляцией из стекловолокна толщиной 13—38 жж. При входе в каждую зону помещений воздухопроводы снабжены глушителями шума, представляющими патрубки из двух труб, пространство между которыми заполнено прессованной стекловатой. Внутренняя труба глушителя выполнена перфорированной.

Для уменьшения шума высоконапорые вентиляторы закрывают звукопоглощающими кожухами, а между вентиляторами и присоединяемой арматурой устанавливают гибкие патрубки. .

Системы кондиционирования атомных подводных лодок пО' зволяют производить вентиляцию отсеков наружным воздухом в надводном или перископном положениях (с помощью шноркеля). Шахты вдувной и вытяжной магистралей расположены в ограждении выдвижных устройств. Реакторный отсек имеет самостоятельную систему вентиляции. Подачу свежего воздуха в отсеки рассчитывают исходя из принятой для подводных лодок ВМС США минимальной нормы —18—19 м?1час на одного человека. В соответствии с этой нормой для подводных ракетоносцев с экипажем 140 .чел. приток наружного воздуха принят равным 2650 л^часі Высокая влажность морского воздуха создает дополнительную нагрузку на возду-Хоохлат,ители системы кондиционирования подводной лодки.

Дальнейшее совершенствование систем кондиционирован 1Я воздуха ведется в основном по пути улучшения хо-лодильшьрефрижераторного оборудования. Наряду с развитием существующих типов холодильных машин в капиталистических странах работают над новыми способами получения холода. Особое внимание уделяют созданию термоэлектрических холодильных установок (ТЭХУ) для систем кондиционирот вания. Принцип работы ТЭХУ основан на обратимости хорошо известного эффекта получения электрической энергии, с помощью термоэлемента: при прохождении постоянного тока через термоэлемент один спай нагревается, другой охлаждается (рис. 95). Непрерывно отводя тепло от горячего спая, можно значительно охладить холодный спай, а через него и окружающую среду. По мнению иностранных специалистов ^ ТЭХУ обладает следующими преимуществами: практически полная бесшумность в работе (шум излучает только вентилятор); высокая надежность благодаря отсутствию движущихся частей; незагрязнение а-мосферы; компактность и удобство размещения

' Transactio is SNAME, 1959, т. 67. На рисунке, приведенном в этом же источнике, виднс, что приток наружного воздуха в отсеки подводного ракетоносца равен ЬШ м^Ічас; это соответствует 36 м^Ічаг, на одного человека.

2 Bureau of .Ships Journal, 1963; Ns 1; ASHRAE Journal, 1965, Ns 2.

Создание микроклимата

Рис. 95. Принципиальная схема термоэлектрического кондиционера воздуха.

/ — горячая сторона; 2 — холодная сторона; 3 — теплообменники; 4 — термоэлементы; 5 — теплоизоляция; 6 — электрическая изоляция; 7 — поверхность теплового раздела; в — охлаждающая вода; 9 — воздух.

(место определяется лишь удобством подвода охлаждающей воды); удобство управления; простота обслуживания и ремонта.

Ожидают, что стоимость серийных ТЭХУ будет втрое меньше стоимости фреоновых холодильных машин. К числу недостатков термоэлектрических установок относят значительную потребляемую мощность и сравнительно низкий к. п. д.

Выполненные расчеты термоэлектрической системы кондиционирования холодопршзводительностью 500 тыс. ккал/час показали, что объем этой системы будет в три раза меньше по сравнению с объемом лучших типов существующих систем с фреоновыми холодильными машинами (4,25 против 13 м^). Несмотря на большую потребляемую мощность (250 квт против 160 квт) термоэлектрический кондиционер весьма перспективен, так как при уменьшенных по сравнению с расчетной тепловых нагрузках его эффективность значительно возрастает.

Предыдущая глава Оглавление Следующая глава