Первый путь — использование отбросного тепла для охлаждения трюмов и получения холода для систем кондиционирования воздуха с помощью так называемых теплоиспользующих холодильных машин, а также для получения дополнительной энергии в прямых циклах, где рабочим делом являются холодильные агенты.
Второй путь — охлаждение воздуха, подаваемого для сжигания топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) и газотурбинных установках (ГТУ). Так, испытания дизеля Д-50 показали, что при охлаждении наддувочного воздуха, имеющего давление 2 кГ/см2, до 5° С мощность повысилась с 1200 до 1800 э. л. с. Эффективность применения холодильных машин для этих целей значительно возрастает, если холодильные машины работают за счет тепла отработавших газов.
Приведенными примерами не исчерпываются все возможности использования холодильных машин на судах. Развивающаяся газовая промышленность требует перевозки сжиженных газов (пропана, бутана, метана и т. д.), что выгоднее осуществлять без избыточного давления в емкостях, а для этого необходимо охлаждение газа до весьма низких температур, примерно до —160° С. В этом случае используют каскадные холодильные машины, которые, несмотря на значительные габариты и вес, оправдывают себя, так как перевозка газа под высоким давлением требует стальных танков с большой толщиной стенок. Кроме того, благодаря искусственному охлаждению значительно сокращаются потери газа.
Судовые холодильные установки, как и энергетические, в отличие от стационарных имеют ряд особенностей в отношении общего расположения охлаждаемых помещений, размещения оборудования и выбора его типа.
При проектировании и постройке стационарных холодильников желательно придавать им форму куба, чтобы при наибольшей емкости получить минимальную величину внешних ограждающих поверхностей. На судах общее расположение охлаждаемых грузовых помещений, соотношение их размеров и форма зависят от соотношения размеров корпуса судна и его формы, которые определяются мореходными качествами судна, необходимой прочностью корпуса, его живучестью, районом плавания и многими другими факторами. И все же при проектировании грузовых рефрижераторных судов следует по возможности стремиться к наиболее выгодному соотношению между объемом грузовых помещений и размерами ограждающих поверхностей.
На судах, где производят термическую обработку груза, расход холода через внешние ограждения по сравнению с расходом холода на охлаждение и особенно замораживание сравнительно мал, поэтому высказанные выше соображения имеют меньшее значение. В этом случае при выборе общего расположения грузовых охлаждаемых помещений следует считаться с поточностью технологического процесса и грузовых операций, производимых на судне.
Холодопроизводительность установки должна обеспечивать все статьи расхода холода на судах, причем наличие отдельных статей и их удельный вес зависят от назначения и типа судна.
Расход холода через изоляцию слагается из расхода холода через отдельные изолированные ограждения и зависит от их размеров, коэффициентов теплопередачи и разности температур между окружающими данную конструкцию средами. Таким образом, эта статья расхода холода может быть найдена из выражения
Q1 = kFt + kлинPt + qп ккал/час,
гдеk — коэффициент теплопередачи отдельных изоляционных конструкций, ккал/м2 час град;
F — поверхность конструкций, м2;
kлин — линейный коэффициент теплопередачи на отдельных участках промежуточных палуб или переборок, ккал/м час град;
P — длина отдельных участков, м;
t — соответствующий этим участкам перепад температур,град.;
qп — теплоприток через один пиллерс, ккал/час.
Температура внутри охлаждаемых помещений tT выбирается в зависимости от рода перевозимого груза. Наружная температура ограждающих поверхностей tн выбирается в зависимости от средней температуры окружающей среды в наиболее теплое для данного района плавания время года. Температура настила второго дна и обшивки подводной части бортов принимается равной температуре забортной воды tw, а внешняя температура конструкций, граничащих с внутренними помещениями судна,— температуре этих помещений.
Несколько иначе обстоит дело с выбором температуры внешней поверхности открытой палубы и надводных бортов, подверженных солнечной радиации. Приближенный учет влияния солнечной радиации на температуру палубы и бортов применительно к рефрижераторным судам был произведен С. Д. Левен-соном и В. С. Мартыновским.
Если пренебречь отводом тепла по обшивке бортов в воду, то баланс тепла, отнесенный к 1м2 палубы,
qs = q1+ q2 ккал/м2 час,
где qs — количество излучаемого тепла на 1м2;
q1— тепло, отдаваемое палубой наружному воздуху;
q2— тепло, проходящее внутрь трюма. Величины q1 и q2 находят из выражений
q1 = (tп — th); q2 = k (tп — tт)
где — коэффициент теплоотдачи от поверхности палубы к наружному воздуху, ккал/м2 час град;
k — коэффициент теплопередачи изоляции палубы, ккал/м2час град;
tп , th и tт — соответственно наружная температура палубы, наружного воздуха и трюма, оC.
Опытные данные о влиянии солнечной радиации на тепло-притоки в трюмы рефрижераторных судов практически отсутствуют. Предварительные наблюдения, проведенные ЛКИ в августе на среднем рыбопромысловом траулере в южной части Каспийского моря, показали, что температура надводного борта при небольшой его высоте (около 1м) практически была равна температуре забортной воды; среднесуточная температура палубы при ширине ее 8 ж была на 50C выше среднесуточной температуры воздуха.
Расход холода на охлаждение и замораживание груза. При расчете судовых холодильных установок транспортных рефрижераторных судов эту статью расхода холода обычно не учитывают, так как такие суда, как правило, принимают груз, уже охлажденный или замороженный в береговых холодильниках или на специальных судах. Эту статью расхода холода обычно учитывают на судах, где наряду с промыслом производится также переработка продуктов промысла (рыбопромысловые траулеры, боты, китобойные базы и др.). При небольшой продолжительности рейса (5—10 суток) обычно ограничиваются охлаждением, а при более длительных рейсах — замораживанием.
Расход холода на охлаждение или замораживание может быть вычислен по формуле
Q2 = G(iнач – ik)/ ккал/час
где G — вес груза, подлежащего охлаждению или замораживанию, кг;
iнач — начальная энтальпия груза, ккал/кг;
ik— конечная энтальпия груза, ккал/кг;
— время охлаждения или замораживания, час.
При охлаждении и замораживании рыбы на судах tнач принимают равной температуре забортной воды, которой она обычно промывается перед термической обработкой.
При определении расхода холода на охлаждение или замораживание груза, поступающего в таре, следует учитывать также расход холода на ее охлаждение.
Наиболее сложно определить время охлаждения или замораживания т, так как эта величина зависит от многих факторов (формы и размеров груза, его физических констант, способа охлаждения или замораживания, температурного режима и т. д.). Пользуясь теорией теплопередачи, можно вычислить величину т, однако точность такого вычисления весьма невелика. В практике обычно приходится пользоваться опытными данными, а при применении теоретических формул вносить поправки, полученные также из опыта.
Охлаждение или замораживание груза обычно производится в специальных аппаратах, которыми снабжены рыбодобывающие суда и плавучие базы. Однако доохлаждение или домораживание груза может осуществляться и в трюмах транспортных судов. Сколько-нибудь точный учет расхода холода на такую доработку груза произвести затруднительно, так как степень доохлаждения или домораживания зависит от случайных факторов.
Расход холода на вентиляцию охлаждаемых помещений зависит от кратности вентиляции, выбираемой в соответствии с родом перевозимого груза, размерами охлаждаемых помещений, а также температурными и влажностными условиями внутри трюмов и снаружи.
Этот расход может быть определен из выражения
Qs = nV/24v (iн – іт) ккал/час,
где V — объем охлаждаемых помещений, м3;
п — кратность вентиляции в сутки;
iн — энтальпия наружного воздуха, ккал/кг;
іт — энтальпия воздуха в охлаждаемом помещении, ккал/кг;
v — удельный объем наружного воздуха при принятых условиях внутри помещения, м3/кг.
Расход холода на приготовление льда. На рыбопромысловых судах с собственными льдогенераторами эта статья расхода составляет значительную долю от общего расхода холода. Расход холода на приготовление льда
Q4 = Gq ккал/час,
где G — часовая производительность льдогенераторов, кг;
q — расход холода на приготовление 1 кг льда, ккал/кг;
в зависимости от температуры воды, подлежащей замораживанию, и типа льдогенератора величина q колеблется в пределах 120—160 ккал/кг.
Расход холода, компенсирующий тепловыделения людей и освещения. Обычно в грузовых помещениях транспортных рефрижераторных судов эта статья расхода холода отсутствует, так как во время рейса трюмы закрыты.
При проектировании малых рыбопромысловых судов, в охлаждаемых помещениях которых производится обработка рыбы, а также судов, где совершаются частые погрузки и выгрузки, эту статью расхода холода рекомендуется учитывать. То же самое можно сказать и о провизионных камерах, часто посещаемых людьми. Расход холода определяется из выражения
Q5 = qm + 0,86WCB ккал/час,
где q — тепловыделение одного человека, составляющее в среднем 200 ккал/час;
т — количество работающих людей;
WCB — мощность установленных светильников, вт.
Расход холода, эквивалентный работе механизмов. Эта статья расхода холода слагается из тепловыделений механизмов, установленных внутри охлаждаемых помещений и непосредственно входящих в состав установки. К последним можно отнести рассольные насосы и мешалки, а также вентиляторы, подающие в трюмы охлажденный воздух. В этом случае часовой расход холода
Q6 = 860 (1 — дв) Nдв ккал/час,
где дв — к. п. д. двигателя;
Nдв — мощность двигателя, кет;
— коэффициент одновременности работы оборудования.
При рассольном охлаждении суммарная мощность рассольных насосов невелика, и поэтому величина Q6 составляет 10— 15% от общего расхода холода. При воздушной системе охлаждения благодаря мощным вентиляторам она достигает 25%. Обычно при проектировании крупных рефрижераторных судов определение величины Q6 производится методом последовательных приближений. Приняв вначале величину Q6 приближенно, вычисляют холодопроизводительность установки как сумму всех статей расхода холода, а затем производят уточнение этой величины.
Прочие статьи расхода холода включают различные неучтенные выше потери, к которым в первую очередь следует отнести расход холода через изоляцию испарителей, воздухоохладителей, трубопроводов и воздухопроводов, расположенных вне охлаждаемых помещений. Утечка холода через всевозможные металлические подвески и кронштейны, а также через неплотности в грузовых люках и дверях учитывается при проектировании увеличением расчетной холодопроизводительности на 20—30%.
Расчетная холодопроизводительность. Все статьи расхода холода на охлаждаемые помещения учитывают по этим помещениям отдельно, и их сумма служит для установления теплопередающей поверхности охлаждающих приборов в каждом помещении.
Холодопроизводительность машины (компрессоров) складывается из суммы тепловых нагрузок по всем охлаждаемым помещениям, тепловых нагрузок, связанных с термообработкой груза, изготовлением льда, а также других нагрузок, вызываемых дополнительным расходом холода на потери через изоляцию испарителей, трубопроводов, воздухопроводов и другого оборудования, расположенного вне охлаждаемых помещений. Эти потери составляют 10—30% от суммарного расчетного расхода холода.
В случае, если объекты охлаждения требуют поддержания различных температур, отдельные статьи расхода холода суммируют по одинаковым или близким' температурам обычно в пределах ±2-:-±3 оС.
Литература
1. И.В.Вознизкий «Судовые двигатели внутреннего сгорания», М., Транспорт, 1979, 413 стр.
2. В.С.Онасенко «Автоматизация судовых энергетических установок», М., Транспорт, 1981,270 стр.
3. А.М.Манькова «Судовые паро-энергетические установки», М., Транспорт, 1989,237 стр.
4. А.П.Добровольский «Судовые холодильные машины и установки», Ленинград, Судостроение,1969,252 стр.
5. Н.Н. Соловьев «Судовые электро-энергетические системы», М., Транспорт, 1987
