3. Обоснование и выбор системы охлаждения.

Выбор системы охлаждения имеет большое значение. От неё зависит сохранность и усушка груза, расход энергии на еденицу перевозимой продукции, безопасность перевозки, эффективность использования грузового объема и т. д.

Рассмотрим основные требования, которым должна удовлетворять судовая система охлаждения трюмов:

— обеспечивать равномерное (однородное) температурное поле в любой точке трюма с минимальными отклонениями от оптимальных значений для дан­ного груза;

— обладать большой аккумулирующей способностью (инерционностью) с целью замедления повышения температуры в трюме при временной остановке холодильной машины;

— обеспечивать возможно меньший температурный перепад между темпе­ратурой груза и температурой кипения холодильного агента. Это позволит полу­чить при заданной температуре камеры максимальное значение холодильного ко­эффициента машины и наименьшие энергозатраты на перевозку грузов.

— охлаждающие приборы и системы канализации холодоносителя должны иметь малую массу и габариты. Необходимо знать, что малые габариты охлаж­дающих поверхностей могут быть достигнуты только за счет повышения значе­ний коэффициентов теплопередачи.

— обеспечивать надежность, простоту и удобство в эксплуатации, безопас­ность для людей и фузов, нормальное наблюдение за режимом охлаждения, лег­кость его регулирования, ревизии, ремонта и т.д.

Для провизионных камер сухогрузного судна экономически выгоднее использовать воздушную систему охлаждения с непосредственным испарениям хладагента в испарительных батареях. Так как системы с промежуточным хладоносителем имеют более низкую экономичность по сравнению с системой непосредственного охлаждения: теплопередача осуществляется дважды — от воздуха к рассолу и от рассола к хладагенту. Поэтому при прочих равных условиях общий перепад температуры между грузом и испаряющимся холодильным агентом возрастает и составляет 11 ...12°С, что ухудшает экономические показатели работы компрес­сора и повышает его размеры. Кроме того, возрастают расходы на привод рас­сольных насосов.

Системы с промежуточным хладоносителем также имеют низкую холодо-отдчу холодоносителя, что предопределяет большие массогабаритные показатели рассольных систем.

Воздушная система охлаждения получила широкое распространение на транспортных и производственных рефрижераторах, в особенности при использовании фреоновых холодильных машин. Особенно предпочтительна эта система для рефрижераторов, перевозящих дышащие грузы (фрукты, овощи).

Воздушная система охлаждения, обслуживаемая холодильными машинами на фреоне-R-22, наилучшим образом обеспечивает повышение технико-экономических показателей производст­венных и транспортных рефрижераторов.

Циркуляция охлажденного воздуха в камерах обеспечивается вентиляторами, прогоняющими воздух через воздухоохладители непосредственного охлаждения.

Значительно меньшие масса и габариты приборов охлаждения существенно увеличивают полезный объем камер.

Система воздушного охлаждения по сравнению с системой батарейного («тихого») охлаждения имеет ряд преимуществ и недостатков, взаимное влияние которых учитывается при технико-экономическом анализе сравниваемых систем. Преимушества воздушной системы: значительно меньшая металлоемкость, большая долговечность, более удобная эксплуатация, повышенная грузовмести-мость при прочих равных условиях. Все эти факторы уменьшают амортизацион-ные отчисления, эксплуатационные расходы и улучшают провозную способность судна. При наличии воздушной системы периодически проводящиеся оттайки воздухоохладителей позволяют более эффективно использовать производитель-ность холодильной машины в то время как при «тихом» охлаждении слой инея, нарастающий за весь период рейса, существенно ухудшает эффективность охлаждающих батарей и приводит к снижению холодильного коэффициента мапгины с соответствующим увеличением энергозатрат. К недостаткам воздушной системы относятся: повышенная холодопроизводительность установ-ки, связанная с необходимостью компенсации дополнительных теплопритоков эквивалентных мощности вентиляторов и несколько большая усушка продукта связанная с более интенсивным тепло- и массообменом.

Технико-экономические анализы воздушных систем охлаждения показывают преимущества этих систем перед система батарейного охлаждения, в связи с чем воздушная система охлаждения считается наиболее прогрессивной и перспективной.

Рис.2. Принципиальная схема воздушной системы охлаждения с непосредственным испарением судовых рефрижераторных помещений.

4. Выбор изоляционных материалов. Расчет изоляционной конструкции.

Основным потребителем холода в рефрижераторных перевозках является тепло, проникающее в охлаждаемые помещения извне через ограждающие их конструкции. Уменьшение внешних теплопритоков способствует уменьшению холодопотребности судна. Это возможно обеспечить путем осуществления теп­ловой изоляции ограждающих поверхностей. Чем ниже теплопроводность изо­ляционного материала и больше его толщина, тем меньше тепла проникает в помещение. Однако с увеличением толщины изоляции уменьшается полезный грузовой объем изолируемых помещений, возрастают стоимость изоляционно­го материала и его монтаж. На современных рефрижераторных судах изоляци­онные конструкции уменьшают объем трюма на 15...30%, что отрицательно вли-ивт на рентабельность перевозок. Поэтому для теплоизоляции применяют материалы, имеющие низкое значение коэффициента теплопроводности.

К изоляционным материалам, применяемым в судостроении, предъяв­ляется ряд других важных требований, обусловливающих их высокую эффективность:

- высокие теплозащитные свойства (низкий коэффициент теплопроводности λ [Вт/(м·К)];

-малая плотность ρ, кг/м³;

-высокая механическая прочность и эластичность, противостоящие вибрации и деформации корпуса судна;

- морозостойкость (способность противостоять разрушению изоляции при переменных температурных нагрузках);

- огнестойкость и негорючесть;

- отсутствие запахов и невосприимчивость к ним;

- малая влагоемкость и малая гигроскопичность;

- минимальная усадка насыпного изоляционного материала;

- не вызывать и не способствовать коррозии поверхностей;

- не влиять на здоровье людей;

- достаточная стойкость к гнилостным бактериям и грибкам;

- не способствовать размножению паразитов;

- дешевизна, доступность, удобство при транспортировке, монтаже и эксплу-атации, долговечность.

Существующие изоляционные материалы не могут в достаточной степени удовлетворять одновременно всем перечисленным выше требованиям. Поэтому при их выборе ориентируются на выполнение только основных требовании м зависимости от назначения судна, района плавания и др. Кроме того, влиянии ряда недостатков может быть устранено либо значительно снижено созданном рациональной изоляционной конструкции, которая обеспечивает:

- предохранение изоляционной конструкции от увлажнения путем установки паровлагозащитного покрытия и (или) устройства осушающих слоев дня осушения изоляции в период эксплуатации;

- защиту изоляции от проникновения грызунов путем установки специаш, ных металлических сеток;

- непрерывность изоляционного слоя и его толщины, способствующих эффективности теплозащитных свойств ограждений в длительный эксплуатацион-ный период.

Хорошими изоляционными свойствами обладают материалы, состоящие из мелких и закрытых пор. В современных изоляционных материалах число закрытых пор, содержащихся в 1 см³ материала, достигает нескольких тысяч. Такие материалы не требуют дополнительных мероприятий по пароизоляции и не нуждаются в осушении.

Наиболее современными представителями высокоэффективных теплоизо­ляционных материалов являются пенопласты. В последнее время получено много различных пенопластов, обладающих высокой стойкостью к увлажнению, высокой прочностью и низкими значениями плотности и коэффициента тепло­проводности.

Поэтому в качестве теплоизо­ляционого материала провизионных камер будем использовать плиты из полихлорвиниловой смолы с неорганическим газо-образователем ПХВ-1 представляют собой пористый материал, ячейки которого заполнены воздухом и изолированы друг от друга тонкими стенками. ПХВ-1 не загнивает, тлеет в пламени, не вызывает коррозии. Плиты при нагревании позволяют создавать фасонные дета­ли применительно к набору судна.

Теплофизические характеристики изоляционного материала:

Плотность – ρ = 90...130 кг/м³

Коэффициент теплопроводности – λ_из= 0,058 Вт/(м·К)

Изоляционные конструкции охлаждаемых помещений судов подразделяют на три основных типа: не прорезаемые стальным набором корпуса; перекрываю-щие набор, или нормальные и обходящие набор.

Холодильные камеры располагаются вблизи камбуза, следовательно применем изоляционную конструкцию первого типа для изолирования гладких металлических поверхностей. Такие конструкции не прорезают стальной набор корпуса судна, поэтому их выполняют из материалов с коэффициентами тепло-проводности, отличающимися не более чем в десять раз. Конструкции такого рода применяют для изолирования второго дна, палуб, переборок и гладких сторон охлаждаемых помещений (рис.3.)

Рис.3. Изоляционная конструкция переборок.

1 – металлическая обшивка; 2 – подкрепляющие деревянные бруски;

3 – изоляционный материал; 4 – деревянная зашивка изоляции.

Простые конструкции изоляции гладких переборок, палубы, выполненные из материалов с мало отличающимися коэффициентами теплопроводности, рассчи-таны по законам параллельным тепловому потоку.

Расчет изоляционной конструкции по методу параллельных тепловых потоков:

Основные размеры конструкции:

S= 800 мм

С= 60 мм

δ_д= 60 мм

δ_из=150 мм

Деревянная зашивка и бруски – сосна вдоль волокон:

Плотность – ρ= 500 кг/м³

Коэффициент теплопроводности – λ_д= 0,4 Вт/(м·К)

Теплоемкость – с= 2,3 кДж/(кг·К)

Расчет:

/(0,15+0,06)= 1,90Вт/(м·К)

1/((0,15/0,058)+(0,06/)=0,37 Вт/(м·К)

((1,90·0,06)+ 0,37(0,8-0,06))/0,8=0,48 Вт/(м·К)

Расчет изоляционной конструкции методом круговых потоков:

Размеры шпации:

S=800 мм

С=60 мм

H=300 мм

h=170 мм

d=10 мм

е=150 мм

а=60 мм

b=70 мм Рис.4. Нормальная изоляционная конструкция

с продольным расположением брусков

тепловой поток идет по линии наименьшего сопротивления т.е. наибольшая длинна дуги четверти круга равна высоте профиля набора:

(2·170)/π=0,108 м

Шпация разбивается на 6 зон, ширина которых равна:

I. b= 0,07 м

II. 2h/π= 0,108 м

III. S-b-4h/π=(800-70-4·170/π)/1000=0,514 м

IV. H-e-a-h(1-2/π)=( 300-150-60-170(1-2/π))/1000=0,028 м

V. h+e+a-H-c=(170+150+60-300-60)/1000=0,020 м

VI. c=0,06 м

Расчитываем тепловой поток каждой зоны:

m_э=λ_из/λ_д=0,058/0,4=0,145 - толщина эквивалентная слою дерева толщиной 1м;

I зона:

0,0516

II зона:

0,0425

III зона:

0,1198

IV зона:

0,0072

V зона:

0,690 рад

0,00914

VI зона:

0,1388

Коэффициент теплопроводности всей конструкции:

(0,0516+0,0425+0,1198+0,0072+0,00914+0,1311)/0,8=

=0,461 Вт/(м·К)