Судовые холодильные установки

                             Судовые холодильные установки 

Судовые холодильные установки подразделяют: на производственные, обеспечивающие проведение производственных (технологических) процессов — охлаждение и хранение свежевыловленной рыбы, получение льда для охлаждения рыбы, замораживание и хранение мороженой рыбы, охлаждение и хранение соленой рыбы и консервов; провизионные, предназначенные для хранения запасов продовольствия для экипажа и пассажиров. А на судах с неограниченным районом плавания обязательно предусматривают холодильную установку для кондиционирования воздуха.

Судовые холодильные установки эксплуатируются  в более сложных условиях, чем  стационарные, к которым можно  отнести, например, изменение в широком  диапазоне температуры и влажности  воздуха, температуры забортной воды, интенсивности солнечной радиации; высокую коррозионную активность воздуха и морской воды; наличие вибрации и качки; ограниченность численности персонала и возможности проведения ремонтных работ. Поэтому к производственным холодильным установкам (в отличие от установок провизионных камер) предъявляют особые требования, изложенные в нормативных документах — морском регистре РФ, речном регистре РФ, регистре Ллойда и др. Эти технические требования направлены на обеспечение условий безопасного плавания, сохранности перевозимых грузов, охраны окружающей среды.

Судовые холодильные установки работают в основном на хладагентах R12 и R22. Доля аммиачных холодильных установок  начинает увеличиваться из-за прекращения  выпуска R12, но она не превышает 20%. Хладагент R407 рассматривается как альтернатива R22. Производственная холодильная установка обычно выполняется централизованной. Структура ее такова, что каждый охлаждаемый объект (или объекты с одинаковой температурой кипения) имеет индивидуальную холодильную машину, которая подключается к другой только для замены в случае отказа. Например, на судне имеются четыре трюма, скороморозильный аппарат и система кондиционирования воздуха, тогда холодильная установка включает шесть холодильных машин, каждая из которых обслуживает свой объект. Современная судовая холодильная установка комплектуется блочными холодильными машинами с винтовыми компрессорами, имеющими промежуточный подвод пара (по экономайзерной схеме), водяными конденсаторами и другими элементами. Она имеет малую вместимость по хладагенту — в три-пять раз меньше, чем традиционная (большее сокращение относится к аммиачной установке). Так, транспортное судно вместимостью трюмов 14 000 м, имеющее четыре одинаковые блочные холодильные машины, содержит хладагент массой (кг): если R22, то 1250 при непосредственном охлаждении и 290 при рассольном; если R717, то 70 при рассольном охлаждении.

Судовое холодильное оборудование создается  на базе стационарного, но в так называемом морском исполнении, т. е. с некоторыми изменениями в конструкции и заменой некоторых материалов для уменьшения массы и размеров, повышения надежности в условиях качки и вибрации, охлаждения морской водой. Охлаждение скороморозильных аппаратов и льдогенераторов обычно непосредственное, а охлаждение трюмов (и твиндеков) — косвенное. Непосредственное охлаждение трюмов нежелательно из-за трудностей борьбы с утечками хладагента, связанными с постоянными и значительными вибрациями и деформациями корпуса судна, а также с тем, что во время рейса практически невозможно попасть в охлаждаемые помещения. Однако непосредственное охлаждение особенно для условий транспортных установок имеет много достоинств, так как считается, что судовые установки с рассольным охлаждением по сравнению с установками с непосредственным охлаждением имеют массу больше в 2,3 раза, площадь помещений больше в 1,5 раза, стоимость больше в 1,4 раза. Так как рассольное охлаждение требует повышенного на 20—25% расхода энергии, то это вызывает соответственное изменение показателей силовой установки (массы, возимого топлива).

В соответствии с правилами морского регистра РФ аммиачные холодильные установки  должны размещаться в отдельных  газонепроницаемых помещениях с  двумя выходами, один из которых  должен быть непосредственно на открытую палубу, В машинном отделении и помещениях, где расположено технологическое оборудование, в котором используется аммиак, на случай прорыва аммиака из системы или пожара предусматриваются устройства водяного орошения и водяные завесы у выходов. В то же время хладоновое холодильное оборудование может устанавливаться как в отдельных помещениях, так и в помещениях, общих с силовыми (энергетическими) установками и технологическим оборудованием. В правилах регистра Ллойда указывается следующее. Под каждой блочной холодильной машиной должен находиться поддон или приямок, способный вместить находящийся в ней объем жидкого хладагента, из которого жидкий хладагент отводится в бак с водой, расположенный ниже поддона.

Машинное  отделение должно иметь систему поглощения аммиака, включающую: вытяжные и аварийные вентиляторы, аммиакопоглощающее устройство и бак с водой. Вытяжные вентиляторы обособлены от других систем вентиляции и обеспечивают десятикратный обмен воздуха в машинном отделении в час. Аварийные вентиляторы включаются автоматически, если объемная доля аммиака в воздухе превысит 0,05%. Аммиакопоглощающее устройство, например камера, орошаемая морской водой, рассчитывается на быстрое поглощение массы аммиака, находящегося в блочной холодильной машине с наибольшим его содержанием. Воздух, выходящий из этого устройства, должен содержать объемную долю аммиака не более 0,002%. Содержание аммиака должно непрерывно контролироваться: в воздухе машинного отделения; в вытяжном воздуховоде аммиакопоглощающего устройства; в помещении, где хранится запас аммиака, и в аварийных трубопроводах, идущих от предохранительных клапанов.

Охлаждение  трюмов и твиндеков на судах, оборудованных  аммиачными холодильными установками, обычно рассольное, так как правилами морского регистра РФ применение аммиака для непосредственного охлаждения трюмов на судах запрещено. Для охлаждения помещений, предназначенных для хранения мороженых продуктов, применяют чаще всего батарейное охлаждение. Батареи чаще выполняют из гладких труб и реже из ребристых. На ряде судов использованы панельные батареи, занимающие меньший объем, чем рассольные двухрядные батареи. В помещениях, предназначенных для охлаждения продуктов, применяют главным образом воздушное охлаждение. Непосредственное охлаждение аммиаком встречается в аппаратах для замораживания рыбы и льдогенераторах.

При воздушном  охлаждении помещений применяют  различные системы воздухораспределения. Бесканальные встречаются редко, так  как трудно иметь в трюмах достаточный  объем для развития струй. Получили распространение системы с нижней сосредоточенной подачей воздуха (рис. 12.11, а). В этом случае воздух подается под решетки трюма, проходит снизу вверх и забирается на подволоке. Трюмы и твиндеки могут охлаждаться параллельно (отдельная подача воздуха в каждое помещение) или последовательно (рис. 12.11, б). Также воздух подается в трюм 2, а забирается из твиндека 3; палуба 2 между трюмом и твиндеком выполняется решетчатой. Имеются системы подачи воздуха из воздухоохладителя 5 сначала в продух 6, идущий по бортам, а из него — под решетки 7; тогда продухи по бортам образуют своеобразную теплозащитную рубашку, исключающую теплопритоки в охлаждаемый объем (рис. 12.11, а). Для равномерного распределения воздуха по полу в продухах выполнены направляющие 4.

Подобная  теплозащитная рубашка образуется и при горизонтальном движении воздуха  через груз (рис. 12.11, г). Особенностью схем трубопроводов на судовых установках является то, что все коллекторы, через которые хладагент и  хладоноситель подаются в охлаждающие приборы или в группу охлаждающих приборов (при наличии нескольких секций приборов в помещении), а также все обратные коллекторы устанавливаются в машинном отделении, а все трубопроводы проходят в общем туннеле или шахте. Такое размещение коллекторов позволяет включать и выключать охлаждающие приборы или их секции непосредственно из машинного отделения (при централизованном хладоснабжении), но существенно увеличивает длину трубопроводов.

Задание.

Рассчитать  по заданным данным судовую холодильную установку

Объем трюма – 15 тонн

Морозильный аппарат – плиточный скороморозильный

Судно - с неограниченным районом промысла

Компрессор - винтовой

Конденсатор – горизонтальный кожухотрубный

Хладагент холодильной установки - R134а

На хранение поступает рыба – морской окунь.

Винтовые  холодильные компрессоры 

Винтовые  холодильные компрессоры относятся  к объемным роторным компрессорам (сжатие газа производится в замкнутом объеме) с обкатываемыми профилями зубьев роторов. Основными рабочими органами винтового холодильного компрессора являются роторы, на которых нарезаны винтовые зубья. Роторы размещены в цилиндрических расточках корпуса компрессора и совершают вращательное движение.

Винтовые  компрессоры могут быть маслозаполненными (в парные полости которых на стороне сжатия подается значительное количество масла), сухого сжатия и с впрыском в парные полости жидкого холодильного агента. Винтовые холодильные компрессоры могут быть одно- и двухроторными; сальниковыми и бессальниковыми, вертикального и горизонтального исполнений.

В холодильной  технике применяют в основном винтовые маслозаполненные двухроторные компрессоры. Винтовой двухроторный компрессор состоит из следующих основных деталей: корпуса, двух роторов, опорных и  упорных подшипников, поршней для уравновешивания осевых сил и привода регулятора производительности. Роторы (винты) представляют собой цилиндрические косозубые крупномодульные шестерни с зубьями специального профиля. Профили зубьев парных винтов при взаимной обкатке сопрягаются теоретически без зазора. При вращении винтов вершины зубьев описывают цилиндрические поверхности и образуют с корпусом также теоретически беззазорное сопряжение.

Рабочий цикл винтового компрессора имеет  четыре фазы: всасывание, перенос, сжатие и нагнетание.

Всасывание. Газ через всасывающее окно заполняет впадины между зубьями роторов при их вращении и выходе зубьев из зацепления. Процесс всасывания продолжается до тех пор, пока кромки зубьев ведущего и ведомого роторов, ограничивающие объем впадины между зубьями, совместятся с кромками окна всасывания. Объем впадин между зубьями ведомого и ведущего роторов носит название парной полости.

Перенос. В процессе дальнейшего поворота роторов газ переносится без изменения замкнутого объема парной полости в направлении окна нагнетания.

Сжатие. Давление газа повышается за счет уменьшения замкнутого объема парной полости при вращении роторов. Процесс сжатия продолжается до момента совмещения кромок зубьев ведущего и ведомого роторов, ограничивающих парную полость, с кромками окна нагнетания.

Нагнетание. Газ (вместе с маслом) из уменьшающегося объема парной полости нагнетается через окно нагнетания в нагнетательный патрубок. Если давление в конце сжатия меньше давления в нагнетательном патрубке, то происходит внешнее дожатие газа до давления нагнетания.

В корпус компрессора впрыскивается охлажденное  масло, которое заполняет зазоры между роторами и корпусом, а также  обеспечивает уплотнение по линии контакта соприкасающихся поверхностей зуба и впадины. 

Горизонтальные  кожухотрубные конденсаторы 

Кожухотрубные конденсаторы могут иметь как  горизонтальное, так и вертикальное исполнение, однако наиболее часто  встречаются модели с горизонтальным исполнением. Горизонтальный кожухотрубный  конденсатор состоит из корпуса (или кожуха, или оболочки), выполняемого, как правило, из углеродистой стали и закрытого с обоих концов решетками, в которых сваркой или развальцовкой закреплены внутренние трубки. Охлаждающая вода циркулирует по трубкам, тогда как конденсация хладагента происходит в кожухе, т. е. между трубками и внешним корпусом.

На каждом конце кожуха находятся съемные  днища, обеспечивающие изменение направления  движения воды по трубкам. На одном  из днищ закреплены патрубки входа  и выхода воды. Такая конструкция  позволяет производить механическую чистку внутренних поверхностей трубок с водой, быстро загрязняются.

Днища с внутренней стороны имеют несколько  разделенных перегородками независимых  полостей, размещенных на поверхности  днищ таким образом, чтобы охлаждающая  вода проходила по трубкам несколько раз в двух направлениях (слева направо и справа налево). В судовых холодильных установках ввиду наличия забортной воды количество охлаждающей воды может быть очень большим. Для таких установок, так же как для установок, в которых конденсатор охлаждается водой, которая сама затем охлаждается в соответствующем контуре (градирне), наличие большого расхода воды часто позволяет запараллелить половину труб. Тогда вода полностью проходит конденсатор за один раз туда и обратно.