3 Обоснование принятых решений

Принятые решения по усовершенствованию системы обуславливаются применением электропневмоклапанов без запорного пиропатрона. Недостаткоми электропневмоклапана с запорным пиропатроном являются:

- разгерметизация;

- при ошибке оператора электропневмоклапан выходит из строя и требует замены.

Использование усовершенствованных электропневмоклапанов без запорного пиропатрона в системе 15Г193 повысило надежность системы. Электропневмоклапан без запорного пиропатрона не разгерметизируется, а ошибка оператора не приведет к его замене.

4 Расчет параметров системы автономного воздухоснабжения в основных режимах функционирования

4.1 Исходные данные и задача расчета

Система предназначена для выдачи сжатого воздуха на горение в дизели ДЭС, запуска дизелей сжатым воздухом, автоматической выдачи воздуха по команде системы управления на поддержание избыточного давления в обитаемых отсеках контейнера и сооружения №2 в различных режимах фунционирования.

В режиме ПА САВ должна обеспечивать :

- многоразовую выдачу воздуха на горение в дизелях ДЭС в режиме ПА в течение 1 ч с расходом 500 кг/час в первые 10 суток;

- выдачу воздуха на поддержание избыточного давления в обитаемых секциях контейнера и через них в законтейнерном пространстве сооружения №2 в течение 336 часов с расходом 4.27 кг/час, или, что эквивалентно, в течение 50 часов, с расходом 8,54 кг/час и 286 часов с расходом 4,27 кг/час.

Запасы сжатого воздуха на горение в дизелях ДЭС и подпор в режиме ПА должны храниться в 14 баллонах емкостью по 500 л с рабочим давлением 40 МПа (400 кгс/см²):

- выдачу сжатого воздуха для обеспечения запусков дизелей в режиме ПА.

При этом производится 50 парных запусков с расходом на запуск одного дизеля 750 л.

Запасы воздуха на запуск дизелей в режиме ПА должны храниться в баллоне 500л с рабочим давлением 400 кгс/см²:

- выдачу сжатого воздуха в период НА для обеспечения запусков дизелей при их периодических прокрутках и запуска дизелей при исчезновении сети (аварийный запуск).

При аварийном запуске (6 аварийных запусков за межрегламентный период (МРП)) двух дизелей объем расходуемого воздуха 1,5 м³.

При прокрутке двух дизелей (36 прокруток за МРП) объем расходуемого воздуха 1,4 м³:

автоматическую выдачу воздуха с расходом 8,54 кг/час в режиме НА на поддержание избыточного давления в обитаемых отсеках контейнера при работающем дизеле в случае аварийного запуска (при этом суммарно дизель работает 30 часов), и выдачу в дальнейшем воздуха с расходом 4,27 кг/час в течение 4 суток.

Запасы воздуха на запуски дизелей ДЭС и на поддержание избыточного давления в режиме НА хранятся в 6 баллонах емкостью 500 л с рабочим давлением 400 кгс/см².

Температура, при которой работает оборудование системы, расположенное в обитаемой части защищенного сооружения, изменяется от 18 до 25 ^оС.

Температура воздуха в незащищенном сооружении находится в пределах 15-35 ^оС.

Расчет включает в себя решение следующих задач:

- определение диаметров расходных шайб на горение и подпор;

- обоснование достаточности запасов воздуха в баллонах источников питания.

4.2 Выбор диаметров расходных шайб в линиях выдачи воздуха на горение и подпор

4.2.1 Линия выдачи воздуха на горение в период ПА

Расходная шайба Др1 должна обеспечивать минимальный расход на горение

G_{г min} = 500 (кг/час).

Расход будет минимальным при максимальной температуре перед шайбой

T_max=298 К.

Давление перед шайбой равно давлению настройки редуктора АР-081

Р_вых.р.=13 (ата)

Из формулы для расхода при критическом режиме течения [1]

G = 0,396·μ·f·P/T^1/2 ,

где f =¶·d²_y /4 ,

получаем выражение для диаметра расходной шайбы

d_уш1=1,793 , (4.1)

где , подставляя численные значения параметров, получим

d_уш1=1,793(500·17,26/0,94·13·3600)^1/2=0,68 (см).

4.2.2 Линия выдачи на подпор в режиме ПА

Расходная шайба Др2 должна обеспечивать минимальный расход воздуха на подпор

G_{г min} = 8,54 (кг/час).

Максимальная температура газа перед шайбой

T_max=298 К.

Минимальное давление на выходе редуктора АР-034М при настройке на 13 ата в соответствии с техническими условиями

Р_вых.р.=11 (ата)

Тогда для диаметра расходной шайбы получаем

D_уш2=1,793 (4.2)

Подставляя численные значения параметров, получим

d_уш2=1,793(8,54·17,26/0,94·11·3600)^1/2=0,11(см).

Расходная шайба Др3 должна обеспечивать минимальный расход воздуха на подпор

G_{г min} = 2 (кг/час).

Максимальная температура газа перед шайбой

T_max=298 К.

Минимальное давление на выходе редуктора АР-034М

Р_вых.р.=11 (ата).

Давление воздуха за шайбой Др3 равно давлению воздуха перед шайбой Др2. При расходе 2 кг/час давление перед шайбой Др2 составит

Р_вщ2= . (4.3)

Подставляя численные значения параметров, получим

Р_вщ2=2·17,26 /0,396·0,9·0,01·3600 =2,7 (ата).

Следовательно, режим расхода воздуха через шайбу Др3-критический.

Для критического режима расхода

D_уш3=1,793 . (4.4)

Подставляя численные значения параметров, получим

d_уш3=1,793(2·17,26/0,94·11·3600)^1/2=0,055 (см).

4.2.3 Линия выдачи на подпор в режиме НА

Расходная шайба Др42 должна обеспечивать минимальный расход на подпор

G_{г min} = 8,54 (кг/час).

Максимальная температура газа перед шайбой

T_max=298 К.

Максимальное давление на выходе редуктора АР-012 при настройке на 61 ата в соответствии с техническими условиями

Р_вых.р.=56 (ата)

Тогда для диаметра расходной шайбы получаем

d_уш42=1,793 . (4.5)

Подставляя численные значения параметров, получим

d_уш42=1,793(8,54·17,26/0,94·56·3600)^1/2=0,05 (см).

4.3 Расчет запасов воздуха

4.3.1 Расчет запасов воздуха в линии выдачи на горение и подпор в период ПА

Минимальное начальное количество воздуха в баллонах определяется минимальным давлением срабатывания сигнализаторов давления РД1, РД2 и максимальной температурой.

Р_сигн1=355(ата),

Т_max=298 К.

Из таблиц [2] получаем

γ=352,7 кг/м³.

Тогда начальный минимальный вес воздуха

I_o=γ·V , (4.6)

I_o=352,7·7=2468,9 (кг),

где V – суммарный объем 14 баллонов по 500 л.

За первые 10 суток работы необходимо выдать воздух на горение с расходом 500 кг/час в течение 1 часа, на подпор с расходом 8,54 кг/час в течение 50 часов и на подпор с расходом 4,27 кг/час в течение 176 часов.

Количество воздуха, расходуемого на горение

I_г=500 кг.

Количество воздуха, расходуемое на подпор в течение 176 часов с расходом 4,27 кг/час

I₂=4,27·176=751,5 (кг).

Тогда количество воздуха, оставшегося в баллонах после 10 суток работы, составит:

I₃= I_о- I_г- I₁- I₂, (4.7)

I₃=2468,9-500-427-751,5=790,4 (кг).

Этот вес соответствует

γ₃= 790,4/7=112,9 (кг/м³).

При температуре T_min = 291 К из уравнения состояния следует, что

Р = γ₃·R·T , (4.8)

Р = 112,9·10^-6·2923·291=96 (ата).

Это давление входит в рабочий диапазон входных давлений редуктора АР-081, следовательно, запасов воздуха хватит для выдачи на горение первых 10 суток

За оставшегося газа должен быть обеспечен подпор с расходом 4,27 кг/час еще в течение 4 суток. Давление настройки редуктора АР-034М составляет 13 ата. Количество воздуха необходимое на подпор

I₄=110·4,27=469,7 (кг).

К концу работы остается газа

I_к=790,4-469,7=320,7 (кг).

Это соответствует

γ_к=320,7/7=45,81 (кг/м³),

Р_к=13,8 ( ата).

Давление входит в рабочий диапазон исходных давлений редуктора АР-034М и превышает давление его настройки. Следовательно, работоспособность редуктора обеспечивается. Запасов воздуха хватит для выдачи его на подпор и горение в течение режима ПА.

4.3.2 Расчет запасов воздуха в линии выдачи на запуски дизелей в режиме ПА.

Минимальный начальный вес воздуха в баллоне будет при минимальном давлении срабатывания сигнализаторов давления и максимальной температуре.

P_minсигн=355(ата),

Т_max=298 К.

Из таблиц [2] получаем

γ=359,5 кг/м³.

Тогда начальный минимальный вес воздуха

I_o=γ·V ,

I_o=359,5·0,5=179,7 (кг),

Редуктор АР-012 настроен на давление 56 ата.

Расход воздуха на запуски составит

I_зап=Q· γ_o· n , (4.9)

где γ_o = 1,2 кг/м³ – удельный вес воздуха при минимальной температуре, характерной для условий эксплуатации системы, и давлении 1ата;

Q = 1,5 м³ – объем воздуха на парный запуск дизелей;

n = 50 – количество запусков.

Подставляя численные значения параметров, получим

I_зап=90 (кг).

Оценка утечек воздуха через стыки трубопроводов и аппаратуру за режим ПА и потерь давления на участке от баллона до редуктора показала их незначительность.

Тогда к концу периода остаток газа в баллонах будет

∆ I = I_о - I_зап=89,7 (кг),

γ=134,5кг/м³.

При температуре Т_min=291 К

это соответствует давлению 110 ата.

Это давление выше минимального входного давления редуктора.

Следовательно, работоспособность редуктора обеспечивается. Запаса воздуха хватит для выдачи его на запуски в течение режима ПА.