книги из ГПНТБ / Нестеров Ю.Ф. Теория и расчет судовой тепловой изоляции

где отношение характеристик для изолированного и оголенного

Подставляя значение x = в любое из этих уравнений, находим температуру tR внутри стального пиллерса у конца рибанда gh (рис. 108), которую необходимо знать для определения высоты рибанда:

Для строгого определения коэффициента теплоотдачи а со сто­ роны неизолированного участка нужно знать среднюю температуру по высоте стального пиллерса tcp. Последнюю можно найти, пользу­ ясь теоремой о среднем значении, аналогично тому, как это было сделано для обшивки корпуса, освещаемой солнцем (см. § 53).

Вычислим количество тепла Q, получаемое или теряемое судо­ вым помещением через один конец пиллерса и половину высоты его.

Если разность 8К — 9 > 0 , то тепловой поток Q входит в судовое помещение. Если же 0К — 0 < 0, то поток Q выходит из него. В ре­ фрижераторный трюм тепло обычно попадает через оба конца пил­ лерса, причем через более нагретый конец проходит больше тепла.

Количество тепла Q, передаваемого через один конец пиллерса, удобно вычислять, пользуясь тепловым потоком q, отнесенным к пе­ репаду между температурами рассматриваемого конца пиллерса и воздуха в трюме 9К — 6. Тогда

Формулы (340) и (342) обязательно следует употреблять в случае свободного движения воздуха с небольшой скоростью, т. е. при рас­ сольной системе охлаждения трюмов, когда коэффициентом тепло­ отдачи а л 2 пренебрегать нельзя.

Из уравнения (342) видно, что тепловой поток q прежде всего зависит от knl и Fc. Для снижения количества тепла, проникающего в трюм через изолированный пиллерс, нужно уменьшать коэффи­ циент k„ (путем увеличения толщины изоляции).

Пиллерс, изолированный полностью по всей высоте. Расчетные формулы для рассматриваемого частного случая вытекут из общих зависимостей (332)—(335), (330) или (336), (331) или (337), (339) или (340) и (342), если в них последовательно подставить следующие

в них /ел = а л и Р = YТ^'

Пиллерс, изолированный рибандом, в случае пренебрежения терми­ ческим сопротивлением теплоотдаче со стороны оголенной поверх­ ности его (см. рис. 108). Сопротивление теплоотдаче всегда лучше учитывать. Этим сопротивлением иногда можно пренебрегать только в случае вынужденного движения воздуха при воздушной системе охлаждения трюмов, когда коэффициент а достаточно велик. Обычно же им пренебрегают просто для упрощения вида расчетных формул.

Если сопротивление теплоотдаче можно не учитывать, то в общее решение необходимо последовательно подставлять а л 2 = оо и Р 2 =

— оо.

Тогда в рассматриваемом частном случае

^i = e + ( 9 K - 9 ) s h ^ - x ) ; . 2 = Є;

пературные трубки, шпигаты, через подвески для крепления пере­ возимого груза, охлаждающих змеевиков, воздушных каналов, а также через другие металлические детали, полностью прорезающие изоляцию и примыкающие к стальным стенкам помещения.

В приблизительных расчетах можно просто принимать тепловой поток, проходящий через один конец пиллерса или мачты при раз­ ности температур в один градус, q = 0,5—1,0 ккал!ч-°С Тепловой поток q через одну температурную трубку, шпигат, подвеску для крепления перевозимого груза, охлаждающих батарей, воздушных труб, а также через один капилляр дистанционного термометра и другие мелкие неизолированные металлические детали можно при­ нимать приблизительно равным 0,1—0,5 ккал1ч-°С (в зависимости от сечения Fc).

Определение температур головок и ножек пиллерсов. Во всех слу­ чаях температуру головки или ножки пиллерса следует принимать равной температуре палубы или настила второго дна в месте уста­ новки пиллерса.

Если с внешней стороны концевой палубы нет изоляционного покрытия или деревянного настила, то температуру ее можно брать равной температуре наружного воздуха. Температуру палубы, освещаемой солнцем, необходимо определять по формулам, полу­ ченным выше при учете солнечного облучения (см. § 18 и 53).

Температуру концевой палубы в , с обеих сторон которой имеется изоляция или деревянный настил, надо вычислять по формуле (246)

или (247): 6 = k'°, + KJ °С (обозначения см. на рис. 107, а).

Температуру промежуточной палубы в месте примыкания к ней пиллерса можно находить по формулам, которые были получены при определении количества тепла, поступающего по периметрам промежуточных палуб и переборок (§ 54).

Пример 20. Определить количество тепла, которое проникает в трюм через пиллерс, изолированный полностью по всей высоте, при различных температурах на его концах (см. рис. 107, а).

Количество тепла Qr , которое проникает в трюм через головку пиллерса, при­ мыкающую к теплой палубе, рассчитываем по выражению (341):

Qr = Q (Q'K — 9) = 0,605 (25 — 0) = 15,2 ккал/ч.

По этому же выражению, но подставляя другой перепад температур, опреде­ ляем тепловой поток, который поступает в верхний трюм через ножку пиллерса, примыкающую к промежуточной палубе:

QH = q (9 К — Є ) = 0,605 (2 — 0) = 1,21 ккал/ч.

Общее количество тепла Q0 , проникающего в рефрижераторный трюм через два конца пиллерса, находим по формуле (328):

Qo = Qr + QH = 15,2 + 1,21 = 16,4 ккал/ч.

В дальнейшем количество тепла Q 0 нужно умножить на общее число пиллерсов, установленных в данном трюме и работающих при таких же перепадах температур.

Определение высоты рибанда на пиллерсе. Высоту рибанда на пиллерсе можно определять так же, как его ширину на промежуточ­

отношение характеристик для двух участков пиллерса (А = -1^-) .

Назначив температуру внутри стального пиллерса у конца ри­ банда tR, высоту его можно установить численным подбором такого значения R, которое удовлетворяет уравнению (346). Или же в коор­ динатах w — R можно построить график изменения левой части уравнения (346) w = С [A ch p\tf + sh p\tf th p s (Я — /?)], а за­ тем найти точку пересечения построенной кривой с прямой W = А , соответствующей правой части уравнения (346). Эта точка и опре­ делит нужную ширину рибанда R.

Если 6 2 (Я — R) 2,5, то th В2 (Н — Я) «* 1. При этом усло­ вии трансцендентное уравнение (346) можно свести к квадратному алгебраическому. Для этого гиперболические функции вначале сле­

лерса и его середины ( 0К — 9 ), т. е. в данном случае относительный перепад = 0,2. Отсюда tR =--= 6 + 0,2 ( Єи — Є).

При х — И температура t% достигает значения 8 лишь у пил­ лерсов достаточно большой высоты. Однако для упрощения расчета можно принимать, что температура посередине стального пиллерса практически не отличается от температуры помещения 0.

'горой эти металлические детали прикреплены, оценивать специаль­ ной надбавкой (§ 48).

Относительное увеличение коэффициента теплопередачи сталь­ ными крепежными планками, иногда прорезающими изоляцию лишь в отдельных местах, всегда следует рассчитывать, пользуясь при­ ближенным зональным методом (см. примеры 8—10), или учитывать

Таким образом, рассмотренные методы расчетов не учитывают непосредственное влияние лишь крепежных деталей, а также воз­ можных дефектов монтажа изоляции, способствующих ее увлажне­ нию и продуванию сухим воздухом.

Относительное увеличение коэффициента теплопередачи вслед­

циент теплопередачи всего на 0,3—0,8% . Крупные крепежные детали (приварные шпильки, болты, зажимы, скобы и т. д.) влияют больше, чем гвозди, но значительно меньше, чем стальные крепежные планки, имеющие большие размеры. Очевидно, что § г •< (5кр <^ 6П . Поэтому максимальное значение поправочного коэффициента, учитывающего совместное влияние крупных и мелких металлических крепежных деталей, можно назначать равным Р к р = 1,02 4-1,03.

Изоляция может иметь монтажные дефекты — неровности, щели, пустоты, в которых образуются конвективные токи воздуха, и др. Некоторые дефекты могут возникать и в процессе эксплуатации судна вследствие различных деформаций его корпуса. На основании имеющегося опыта коэффициент перехода от расчетного значения коэффициента теплопередачи к действительному, называемый коэф­ фициентом запаса на дефекты монтажа и продуваемость изоляции, достаточно принимать равным Р 3 = 1,084-1,12.

Коэффициент запаса (33 обычно назначают в результате сравнения расчетного коэффициента теплопередачи k с его опытным условным усредненным значением, которое вычисляют по выражению

^уср = ц—— ккал/м2 ч°С,

где QT p — среднее количество холода, поданного внутрь всего рефри­ жераторного трюма в час за время поддержания в нем постоянной температуры, ккал/ч; Fi — наружная поверхность отдельной изоли­ рованной стенки трюма, м2; Atcp[ — соответствующий отдельной поверхности средний измеренный перепад температур, °С.

Величину Qx p , равную количеству тепла, которое передано через изоляцию, определяют на основании результатов испытания судовой холодильной установки путем анализа ее тепловой нагрузки. Обычно QT p равно количеству холода, выработанного компрессорами, за вы­ четом потерь через изоляцию трубопроводов и аппаратов, а также

случаев, когда не хватает производительности холодильных машин. При определении этого опытного отношения (В3 = kycplk) не всегда тщательно учитывалось влияние рамного набора (карлингсов, стрин­ геров и т. п.), а также других элементов корпуса судна. Так как пред­ лагаемые методы расчета судовой изоляции, по сравнению со спо­ собом А. Е. Ниточкина, учитывают все факторы, отличающие рас­

для всех стенок, не может служить надежным критерием для исклю­

стенки. Поэтому в будущем необходимо провести натурные испыта­ ния самой изоляции непосредственно на борту судна с помощью специального измерителя тепловых потоков. Результаты таких изме­ рений коэффициента £ д позволят также выявить влияние эксплуата­ ционного увлажнения теплоизоляционного материала и уточнить поправку на влажность В в л .

Поправочные коэффициенты В к р и В3 можно вводить либо сразу после окончательного вычисления среднего значения kcp для всей отдельной изолированной поверхности, либо при определении теп­ ловой нагрузки на холодильную, кондиционирующую или отопи­ тельную установку.

Таким образом, действительный коэффициент теплопередачи можно назначить по соотношению

Общая погрешность расчета. Относительная погрешность 8kR определения действительного коэффициента kR складывается из погрешностей сомножителей:

циентов 6к р и 63; 8k — погрешность принятого метода расчета коэф­ фициента теплопередачи.

Наилучший из рассмотренных методов — расчет по диаграммам, полученным методом аналогии (гл. V), — дает погрешность вычисле­ ния среднего значения коэффициента теплопередачи 8k для всей от­ дельной стенки (с учетом влияния пересекающихся элементов рам­ ного и обычного набора) около 2—7% (§ 40). Методы расчета су­ довой изоляции (гл. IV, V, § 54) не всегда учитывают уменьшение тепловых потоков при их наложении. Поэтому погрешность расчета чаще всего оказывается положительной (а не отрицательной).

При вычислении коэффициента k значение коэффициента тепло­ проводности изоляционного материала %к считается постоянным.

Однако точность определения коэффициента теплопередачи k зависит прежде всего от гарантированной точности самого коэффициента Яи . Поскольку заводы-изготовители гарантируют значение Хи с точ­ ностью, не превышающей ± (5ч-10)% (см. § 8), то такой же оказы­ вается и наивысшая достижимая точность расчета коэффициента теп­ лопередачи k любым методом. Более низкая погрешность вычисления коэффициента теплопередачи вообще не может быть достигнута. Отсюда следует, что точность определения коэффициента теплопередачи k по диа граммам, полученным аналоговым методом (гл. V), является вполне достаточной для технических расчетов. Даже если вычислять коэф­

данное выше, является максимальным. Впредь до уточнения при рекомендованных значениях Р 3 можно считать, что погрешность брз =

точного определения коэффициента запаса Р 3 .

В случае применения приближенного зонального метода расчета

§ 58

Определение потерь холода или тепла через стенки судовых помещений

Приход или расход тепла через стенки, вызываемый разностью температур,

D QT = Е К?ft.— tB) ^ с Р ккаліч.

Знак суммы S в э т о и формуле показывает, что следует учитывать теплопередачу через все стенки помещения.

Положительные значения <2т при tH > ^„соответствуюттеплопритокам (охлаждаемым помещениям), а отрицательные — при tR<CtB — теплопотерям (отапливаемым помещениям). В холодильной технике теплопритоки принято называть потерями холода.

Методы определения коэффициента теплопередачи kcp были изло­ жены выше, в гл. IV — VI . Для расчета изоляции необходимо заранее разработать чертежи общего расположения судовых помещений, а также эскизы изоляционных конструкций с указанием их размеров.

Расчетные температуры наружного воздуха и забортной воды tH, а также температуры и относительные влажности воздуха в каждом отдельном помещении tB и ф в необходимо тщательно анализировать и брать по существующим нормам из справочных таблиц в зависи­ мости от времени года и района плавания судна, либо от рода пере­ возимого груза или же от назначения жилого помещения.

Максимальную расчетную температуру за концевой переборкой, граничащей с машинно-котельным отделением, можно принимать равной tH = 45° С, а среднюю температуру в этом отделении за время

При вычислении FB в случае экономического расчета (см. гл. IX) толщину изоляции на стенках, примыкающих к рассчитываемому ограждению, можно брать равной варьируемой общей толщине изо­ ляции т + б3 на этом ограждении.

Чтобы учесть тепловые потоки через периметры изоляционных конструкций, покрывающих стальные промежуточные стенки, эти участки следует включать в поверхность FB полностью (§ 54).

При определении количества тепла, поступающего или теряемого через стенки помещения, необходимо учитывать также влияние сол­ нечной радиации (§ 18 и 53), передачу тепла через периметры сталь­

поверхностей, освещаемых солнечными лучами. При расчете отопи­

где QJI — линейный продольный тепловой поток, входящий или выходящий через промежуточную стенку из рассматриваемого поме-