Основные недостатки центробежных и осевых компрессоров проявляются при небольших производительностях, поэтому КПД небольших компрессоров существенно ниже, чем поршневых или винтовых, что связано с малыми геометрическими размерами их проточной части.

5. Механизмы рулевых устройств

Рулевое устройство предназначено для обеспечения управляемости судна, т.е. ведения его по заданному курсу и поворота в нужном направлении. От его надёжной работы зависит безопасность плавания судна.

По требованиям Морского Регистра Украины главный рулевой привод и баллер должны обеспечивать перекладку руля с 35⁰ одного борта на 35⁰ другого борта при максимальных эксплуатационных осадке и скорости переднего хода судна и, при тех же самых условиях, с 35⁰ одного борта на 30⁰ другого борта не более чем за 28 секунд;

Вспомогательный рулевой привод должен:

1. иметь надлежащую прочность и быть в состоянии управлять судном при скорости, обеспечивающей его управляемость, и быстро приводиться в действие в экстренных случаях;

2. обеспечивать перекладку руля с 34 одного борта на 34 другого борта не более чем за 60 секунд при максимальной эксплуатационной осадке судна и скорости, равной половине максимальной эксплуатационной скорости переднего хода или 7 узлам, смотря по тому, что больше.

Силовые агрегаты главного и вспомогательного рулевых приводов должны:

запускаться автоматически при восстановлении питания энергией после его потери;

приводиться в действие с поста на ходовом мостике. В случае потери питания энергией любого из силовых агрегатов рулевого привода на ходовом мостике должны подаваться звуковой и световой сигналы.

Рулевое устройство состоит из следующих основных узлов:

пера руля с баллером - непосредственно обеспечивает управляемость судна;

рулевого привода - для передачи усилия от рулевой машины к баллеру руля и тем самым перекладки пера руля;

рулевой машины - является силовой частью рулевого устройства и предназначена для приведения в движение рулевого привода;

системы дистанционного управления (телемотора) - для управления рулевого устройства с мостика. Телемоторы бывают механические, электрические и гидравлические.

Рулевые приводы

Назначение рулевого привода - передать усилие от рулевой машины на баллер руля.

Рулевые приводы бывают механические и гидравлические.

Современные морские суда оборудованы гидравлическими рулевыми приводами. Преимущество гидравлических приводов - плавность и точность перекладки руля, возможность получения больших мощностей при относительно малых размерах, экономичность, а также возможность автоматизации всего рулевого комплекса.

По конструкции гидравлические рулевые приводы бывают плунжерные (Рис. 25) и лопастные (Рис. 26).

Рис. 25 Схема плунжерного гидравлического привода: 1-баллер руля; 2-румпель; 3-муфта; 4-цапфы; 5-плунжер; 6-гидроцилиндры; 7 - трубопроводы; 8-рулевой насос; 9-электродвигатель; 10 - предохранительно-перепускной клапан

На баллер руля 1 жестко насажен румпель 2, который может двигаться в шарнирной муфте 3 с цапфами 4. С муфтой соединены два плунжера 5 гидравлических цилиндров 6. Если при помощи плунжеров передвигать шарнирную муфту с борта на борт, то румпель, скользя в муфте, также будет поворачиваться на соответствующий угол. Передвижение плунжеров осуществляется нагнетание гидравлической жидкости под большим давлением в один цилиндр и отсасыванием жидкости из другого цилиндра. Гидравлические цилиндры трубопроводом 7 соединены с насосом 8, имеющим привод от электродвигателя 9. Если насос отсасывает жидкость из правого цилиндра и нагнетает в левый, то румпель повернется на правый борт, а руль на левый борт, т.е. произойдет поворот судна влево. При нагнетании жидкости в правый цилиндр произойдет поворот руля и судна на правый борт. Предохранительно-перепускной клапан 10 служит для смягчения ударов волн, перепуская часть жидкости из одной полости в другую.

На Рис. 26 изображен более современный - лопастной рулевой привод.

Рис. 26 Схема гидравлического лопастного привода: 1-лопастной привод; 2-баллер; 3-гидроцилиндр; 4-радиальные перегородки; 5 - предохранительно-перепускной клапан; 6,9 - трубопроводы; 7 - масляный насос; 8 - электродвигатель.

На баллер руля 2 жёстко насажен лопастный привод, состоящий из двух лопастей 1 и цилиндра 3. С одной стороны лопасти приварены к цилиндрической втулке, которая жёстко насажена на вал привода, соединённый с баллером руля. С другой стороны, лопасти плотно прилегают к поверхности цилиндра 3. Цилиндр имеет две радиальные перегородки 4, прилегающие к цилиндрической втулке. Лопасти и радиальные перегородки разделяют цилиндр на четыре полости, объём которых изменяется в зависимости от положения лопастей. Чтобы жидкость не перетекала из одной полости в другую, торцы лопастей и радиальных перегородок имеют уплотнения из маслостойкой резины или нейлона. Полости рулевого привода сообщаются трубопроводами 6 и 9 с масляным насосом 7, приводимым электродвигателем 8. По команде из рулевой рубки, при помощи дистанционного привода управления, насос 7 отсасывает жидкость из одной пары полостей гидроцилиндра и нагнетает во вторую пару полостей. Лопасти под давлением жидкости будут поворачивать баллер с рулём.

Предохранительно-перепускной клапан 5 служит для смягчения ударов волн, предохраняет гидравлическую систему от чрезмерного повышения давления в ней, перепуская жидкость из одной полости в другую.

Рулевые машины.

К рулевым машинам предъявляют следующие требования:

безотказность в работе и пуск из любого положения с развитием полной мощности;

обеспечение перекладки руля с борта на борт на полном ходу не более чем за 30 секунд;

рулевая машина должна быть реверсивной, т.е. одна машина должна перекладывать руль на левый и правый борт;

при остановке штурвала рулевая машина должна остановиться, а руль при этом должен находиться на заданном углу перекладки;

руль должен перекладываться на тот борт, в какую сторону рулевой вращает штурвал;

рулевая машина должна автоматически останавливаться, когда руль достигнет своего крайнего левого или правого положения.

Для питания гидравлических цилиндров рулевого привода рабочей жидкостью устанавливается насос с приводом от электродвигателя. Гидравлические насосы по своей конструкции бывают переменной и постоянной производительности.

Насосы переменной производительности при вращении в одну сторону с постоянной скоростью могут изменять величину производительности и направление потока жидкости. Эти насосы выполняются поршневого типа, с радиальным и осевым расположением цилиндров.

Насосы постоянной производительности также широко применяются в гидравлических рулевых устройствах. Это насосы с постоянной скоростью вращения, производительностью и направлением потока гидравлической жидкости. Количество жидкости, поступающей в гидравлические цилиндры рулевого привода, направление всасывания и нагнетания регулирует электрогидравлический золотник, управляемый из ходовой рубки.

В качестве насосов постоянной производительности могут служить винтовые насосы. В качестве рабочей жидкости в системе гидравлической рулевой машины применяется гидравлические масла разных марок.

При подготовке рулевой машины к действию следует произвести внешний осмотр, проверить положение клапанов, пробок, золотников и установить их положение согласно требований инструкций. Следует проверить также фланцевые соединения трубопроводов и арматуры гидравлической системы. Проверить исправность предохранительных и перепускных клапанов, основных и резервных насосов, а также запасного рулевого привода, согласовать правильность перекладки руля с мостиком.

Во время работы рулевой машины необходимо периодически её осматривать, обращая внимание на давление рабочей жидкости в системе, уровень масла в расходной цистерне; следить за отсутствием пропусков масла в гидравлической системе и бесшумностью работы.

Для дистанционного управления рулевыми машинами из рулевой рубки служат приводы управления.

Приводы управления рулевой машиной (телемоторы)

Приводы управления (телемоторы) бывают электрическими, гидравлическими и механическими. Наибольшее распространение получил электрический привод управления.

При якорных операциях необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

Запрещается:

отдавать палубные стопоры якорной цепи и разобщать брашпиль, не убедившись в надежности крепления цепного барабана ленточным тормозом;

включать брашпиль на холостой ход, не удостоверившись в том, что цепные барабаны разобщены с валом;

сообщать цепные барабаны с валом без предварительного проворачивания брашпиля на холостом ходу;

отдавать якорь, не убедившись в отсутствии людей или посторонних предметов в цепном ящике и плавсредств под носовым подзором судна;

находиться на линии движения якорной цепи впереди или позади брашпиля и вблизи движущейся якорной цепи;

применять для остановки якорной цепи при ее вытравливании винтовые и другие палубные стопоры;

оставлять без надзора работающий брашпиль;

укладывать якорную цепь путем ее растаскивания в цепном ящике, находясь внутри ящика. Растаскивать якорную цепь можно только абгалдырями. Которые после окончания укладки цепи нельзя оставлять в цепном ящике;

отдавать якорь от грунта ходом судна и втягивать якорь в клюз в присутствии людей в цепном ящике;

посылать людей в цепной ящик для очистки якорной цепи, не включив брашпиль и не взяв якорную цепь на палубные стопоры;

работать брашпилем во время проведения забортных работ по очистке якоря;

оставлять в клюзах якоря закрепленными только на ленточных стопорах при стоянке судна у причала или на палубе производят какие-либо работы с якорной цепью. В этих случаях якорные цепи должны быть закреплены дополнительно палубными стопорами;

Все действия при отдаче и подъема якоря должны производиться только по команде руководителя работ - помощника капитана.

6. Механизмы якорных и швартовных устройств

Якорные устройства обеспечивают постановку судна на якорь, а швартовные - подтягивание и крепление судна к стационарным и подвижным объектам (причалам, другим судам и др.)

Якорное устройство состоит из якоря, который создаёт силу, удерживающую судно при стоянке на открытой воде; якорной цепи для связи судна с якорем (цепи создают также значительную дополнительную держащую силу; стопора - приспособления для закрепления якорного каната и удержания якоря в походном положении; якорных клюзов - наклонных стальных труб для прохода якорной цепи через корпус судна и втягивания в них якорей при закреплении последних по-походному; якорных механизмов для подъёма якорей; цепного ящика для хранения якорных цепей в походном положении.

Швартовное устройство включает в себя следующие элементы: швартовные канаты, вьюшки для наматывания и хранения канатов на судне; швартовные механизмы для создания необходимых усилий на швартовых канатах при подтягивании судна к причалу; кнехты и другие приспособления для закрепления на судне швартовных канатов, киповые планки и швартовные клюзы для изменения направления швартовных канатов, поданных с судна на причал; кранцев (мягких, жёстких или пружинных) для защиты корпуса и надстроек от повреждений при наваливании судна на причал во время швартовки.

Якорно-швартовная лебёдка, обычно, выполняется одним механизмом, который имеет звёздочку для обслуживания якорной цепи и швартовный барабан для швартовных канатов.

Механизмы разделяются на шпили и брашпили. Шпили имеют вертикальную ось вращения тяговых узлов, брашпили - горизонтальную. Шпиль - компактный и простой механизм. Он устанавливается как в носовой, так и в кормовой частях судна.

Суда, не имеющие кормовых якорей, оборудуются кормовыми шпилями без звёздочек, которые в этом случае называются швартовными.

На Рис. 27 Показаны конструктивные типы шпилей.

Рис. 27. Схемы расположения шпилей: а) двухпалубное; б) надпалубное; в) подпалубное; 1-турачка; 2-электродвигатель; 3-редуктор

Брашпили устанавливаются на баке (в носовой части судна), где, по условиям эксплуатации судна, необходимо одновременно обслуживать два носовых якоря. (Рис 28)

По роду используемой энергии якорно-швартовные механизмы подразделяются на паровые, электрические и электрогидравлические.

Широкое применение получили также якорно-швартовные и швартовные лебёдки. Эти устройства имеют специальный барабан для укладки швартовных концов, что исключает необходимость ручного труда при проведении швартовных операций и сокращает их продолжительность.

Швартовные лебёдки в зависимости от типа, назначения и размеров судна могут устанавливаться на баке, на грузовой и кормовой палубах. Швартовные лебёдки, предназначенные для выполнения только швартовных операций, бывают простые и автоматические.

Простые лебёдки подтягивают судно во время швартовки, а автоматические, кроме этого, поддерживают определенное, заранее заданное, тяговое усилие. Это освобождает обслуживающий персонал от необходимости наблюдения за натяжением или провисанием швартовных канатов.

Рис. 28. Устройство электрического брашпиля: 1,10 - швартовные турачки; 2 - грузовой вал; 3,9 - ленточные тормоза; 4,8 - цепные звездочки; 5,7 - кулачковые муфты; 6,13 - цилиндрические шестерни; 11,12 - червячная передача; 14 - брашпиль; 15 - цепной стопор; 16 - клюз; 17 - цепной ящик; 18 - жвакагалс.

При якорных операциях необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

Запрещается:

отдавать палубные стопоры якорной цепи и разобщать брашпиль, не убедившись в надежности крепления цепного барабана ленточным тормозом;

включать брашпиль на холостой ход, не удостоверившись в том, что цепные барабаны разобщены с валом;

сообщать цепные барабаны с валом без предварительного проворачивания брашпиля на холостом ходу;

отдавать якорь, не убедившись в отсутствии людей или посторонних предметов в цепном ящике и плавсредств под носовым подзором судна;

находиться на линии движения якорной цепи впереди или позади брашпиля и вблизи движущейся якорной цепи;

применять для остановки якорной цепи при ее вытравливании винтовые и другие палубные стопоры;

оставлять без надзора работающий брашпиль;

укладывать якорную цепь путем ее растаскивания в цепном ящике, находясь внутри ящика. Растаскивать якорную цепь можно только абгалдырями. Которые после окончания укладки цепи нельзя оставлять в цепном ящике;

отдавать якорь от грунта ходом судна и втягивать якорь в клюз в присутствии людей в цепном ящике;

посылать людей в цепной ящик для очистки якорной цепи, не включив брашпиль и не взяв якорную цепь на палубные стопоры;

работать брашпилем во время проведения забортных работ по очистке якоря;

оставлять в клюзах якоря закрепленными только на ленточных стопорах при стоянке судна у причала или на палубе производят какие-либо работы с якорной цепью. В этих случаях якорные цепи должны быть закреплены дополнительно палубными стопорами;

Все действия при отдаче и подъема якоря должны производиться только по команде руководителя работ - помощника капитана.

При швартовных работах необходимо соблюдать правила техники безопасности.

Запрещается:

присутствовать посторонним лицам в местах производства швартовных работ;

применять для швартовных работ жесткие стальные тросы;

подавать, выбирать, вытравливать, закреплять и отдавать швартовный трос, а также пускать в действие швартовный механизм без команды лица, руководящего швартовными операциями;

подавать бросательный конец без предварительного окрика: "Берегись!";

работать внутри шлагов троса, разнесенного по палубе;

подавать швартовные тросы, имеющие калышки и необрубленные концы оборванных проволок;

крепить тросы на швартовных барабанах даже на непродолжительное время;

накладывать, снимать или перетравливать шлаги троса на вращающихся швартовных барабанах;

выбирать или стравливать тросы во время работы с ними у кипов и роульсов;

подбирать швартовные тросы до получения подтверждения с берега, что трос закреплен и "чист" О начале работ необходимо предупреждать работающих на берегу;

применять цепные стопоры для стопорения растительных и синтетических тросов;

находиться на линии натяжения троса и стопора и ближе 2м. от места его наложения;

работать со стальными тросами без рукавиц;

находиться и держать руки ближе 1м. от барабанов, кнехтов, блоков и т.п., а при работе со швартовами из синтетических материалов - ближе 2м.

поправлять или удерживать шлаги на барабанах лебедок во время их работы.

7. Грузоподъемные механизмы

На судах применяют два основных типа грузовых устройств: со стрелами и с кранами, которые дают возможность перемещать груз в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Рис. 29. Вариант грузового устройства судна:

1 - перекидная тяжеловесная стрела; 2 - легкая стрела; 3 - грузовой кран.

Грузовое устройство со стрелами состоит из грузовых стрел, лебедок и соответствующего такелажа. Грузовые стрелы подразделяют на легкие грузоподъемностью до 10 т (Рис. 30) и тяжеловесные (Рис. 31) грузоподъемностью 10 т и более.

Рис. 30. Легкая грузовая стрела

Рис. 31. Стрела-тяжеловес

Рис. 32 Поворотные краны

Грузовое устройство с кранами состоит из палубных кранов, которые могут быть полноповоротными - кран поворачивается на 360° (Рис. 32), неподвижными и перемещающимися по подкрановым путям вдоль или поперек судна - козловые и мостовые краны (Рис. 33)

Рис. 33. Козловой кран контейнеровоза: 1-колона; 2-консоль; 3 - тележка с контейнером.

Появление транспортных судов с горизонтальной грузообработкой связано с различными видами колесной техники. Перемещение груза на таких судах в процессе грузовых работ осуществляется с помощью аппарелей. На паромных судах носовая и кормовая аппарели обеспечивают сквозной проезд автомобилей. Багаж и почта грузятся вилочными автопогрузчиками, которые въезжают внутрь судна по бортовым аппарелям.

На ролкерах используются более производительные аппарели, обычно - угловые. Передвижение колесной техники с палубы на палубу производится по внутренним подъемным аппарелям или постоянно закрепленным наклонным площадкам - пандусам. (Рис. 34)

Рис. 34. Возможные схемы устройств для горизонтальной обработки судов: а) - на паромах; б) - на ролкерах; 1-обтекатель; 2 - носовая аппарель; 3-подъемник: 4-бортовая аппарель; 5-бортовой лацпорт; 6-закрытие комового проема; 7-кормовая аппарель; 8-угловая аппарель; 9-закрытие кормового проема; 10-пандус; 11-закрытие проема; 12-герметизированные закрытия пандусов; 13-лацпорты; 14-люки; 15-закрытие носового проема.

При грузовых работах необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

Запрещается при работе лебедок и кранов:

поднимать грузы, масса которых больше грузоподъемности стрелы или крана;

поднимать груз с находящимися на нем людьми или незакрепленными предметами, а также груз, находящийся в неустойчивом положении или заложенный другими грузами;

оттягивать, разворачивать и останавливать раскачивающийся груз во время подъема, перемещения или опускания без применения специальных оттяжек;

подавать груз в трюм без предупредительного окрика или сигнала, если в нем находятся люди;

подавать груз в трюм до того, как с просвета люка будет убран ранее поданный груз и люди отойдут в безопасное место;

проносить груз на высоте менее 0,5м. от конструкций судна или предметов, находящихся на пути перемещения груза;

оставлять по окончании работ или во время перерыва груз на весу;

оставлять без присмотра механизмы, находящихся под напряжением;

поправлять шкентель рукой, сматывать или наматывать его на барабан лебедки одному во время ее работы;

находиться на линии перемещения груза, под грузом или стрелой, в просвете люка. А также спускаться в трюм или подниматься из него при подъеме или опускании груза.

8. Топливные и масляные сепараторы

Судовые сепараторы очищают топливо и масло от механических примесей и воды. Отделение механических примесей и воды, как более тяжёлых частиц, происходит в центробежных сепараторах под действием центробежных сил, возникающих при вращательном движении топлива или масла. На морских судах устанавливают центробежные сепараторы тарельчатого (дискового) типа самоочищающиеся или с ручной очисткой. Отделение грязи и механических примесей от топлива называется кларификацией (осветлением), отделение воды - пурификацией (очищением).

Обводнённое и загрязнённое топливо очищают, применяя комбинированную очистку. Для этой цели на судах устанавливают два сепаратора, один из которых работает в режиме кларификации, другой - в режиме пурификации. Сепарирование масла и сепараторы для него ничем не отличаются от топливных сепараторов и, при наличии соединительной системы, могут быть взаимозаменяемы. На морских судах устанавливают дисковые сепараторы типа СЦС, "Лаваль", "Титан", "Вестфалия" и других зарубежных фирм.

Сборка барабанов на кларификацию и сборка на пурификацию отличаются друг от друга.

Во вращающийся барабан сепаратора, собранный как кларификатор (Рис.35, а), топливо поступает по центральному каналу в нижнюю часть барабана, отбрасывается к стенкам, проходит по зазорам между тарелками и отводится через кларификационные отверстия (на рисунке показано стрелками). Механические примеси и грязь осаждаются на стенках барабана и на поверхностях тарелок под действием центробежных сил. Осадок со стенок барабана и с тарелок удаляют вручную при разборке сепаратора.

Рис. 35. Настройка барабана сепаратора: а - на кларификацию, б - на пурификацию; 1 - тарелка без отверстия, 2 - грязевое пространство; 3 - тарелка с отверстиями.

Методом кларификации пользуются при наличии в топливе значительного количества механических примесей и незначительного количества воды. Вода, отбрасываемая вместе с механическими примесями, заполняет всё грязевое пространство 2 и образует гидравлический затвор, который перекроет путь поступления топлива в межтарелочные зазоры. Топливо, поступающее в барабан непрерывным потоком, начнёт выливаться из патрубка переполнения. В этом случае сепаратор останавливают и очищают барабан. При кларификации, сепаратор запускают с сухим барабаном и, когда он разовьёт необходимые обороты (8-10 тыс. об/мин), постепенно наполняют топливом Для сепарирования обводнённого (до 3% и более воды) топлива, барабан сепаратора собирают, как пурификатор Для этого устанавливают нижнюю тарелку 3 с отверстиями. При работе сепаратора по методу пурификации барабан заполняют тёплой водой, температура которой должна быть одинакова с температурой сепарируемого топлива. Вода образует водяной затвор, а топливо проходит по отверстиям тарелках. Вода и механические примеси отделяются от топлива в межтарелочных зазорах и устремляются к стенкам барабана. Отделившаяся вода непрерывно отводится от барабана (на рисунке показано стрелками). Самоочищающиеся сепараторы отличаются от несамоотчищающихся конструкцией барабана, очистка которого происходит без остановки сепаратора.

В момент пуска сепаратора разгрузочные отверстия открыты и поршень находится в нижнем положении. Движением поршня управляет специальная гидравлическая система, рабочей жидкостью в которой является вода. Когда барабан наберёт необходимое число оборотов, воду подают в камеру 8, откуда она через отверстия 7 и 9 идёт, соответственно, в полости 6 и 3. Из полости 6 вода сливается наружу к отверстию 10, а из полости 3 - по отверстию 4, каналу 11 в теле поршня к кольцевому пазу 12 в стенке барабана и каналу 5. Подача воды прекращается после заполнения системы полостей и каналов. Из полости 6 вытекает часть воды, которая находится между отверстием 10 и стержнем барабана, в то время, как из полости 3 вода сливается полностью. В результате действия центробежных сил, оставшаяся в полости 6 вода создаёт давление на запирающий поршень, который поднимается и перекрывает разгрузочные отверстия. После этого, в сепаратор подают топливо и работа по очистке топлива происходит, как описано выше.

Рис. 36. Устройство барабана самоочищающегося сепаратора СЦС-3: 1 - разгрузочное отверстие; 2 - запирающий поршень; 3,6 - водяные полости; 4,7,9,10 - отверстия, 5 - сливной канал, 8 - камера; 11 - канал; 12 - кольцевой паз.

Для очистки барабана вновь подают воду в камеру 8, из которой по отверстию 7 и восьми отверстиями 9 вода начинает поступать в полости 6 и 3. В полости 3 вода накапливается гораздо быстрее, т.к. подаётся через восемь отверстий. Накопившаяся вода в полости 3 опускает поршень. Для очистки сепаратора прекращают подачу топлива в барабан и подают в большом количестве подогретую воду. Скопившаяся грязь под действием центробежных сил выбрасывается из барабана через разгрузочные отверстия. После остановки сепаратора вода из полости 6 стекает и поршень под действием силы тяжести опускается в нижнее положение.

9. Судовые холодильные установки

9.1 Назначение и типы холодильных установок

На флоте впервые "машинное" охлаждение было применено на пароходе "Фригорифин" в 1876 г. для перевозки мяса из Аргентины (Буэнос-Айрес) во Францию (Руан). Эта дата считается общепризнанным началом применения холодильной техники на судах.

В настоящее время холодильные установки устанавливают практически на всех судах. На транспортных (сухогрузных и наливных) и пассажирских судах холодильные машины используют для охлаждения провизионных кладовых. На судах с горизонтальным способом грузообработки и других, имеющих большие трюмы, холодильные установки применяют также для охлаждения емкости с жидкой углекислотой, предназначенной для тушения пожара. На рефрижераторных судах и судах комбинированного типа холодильные машины используют для охлаждения рефрижераторных трюмов, на газовозах - для охлаждения танков со сжиженным газом, на судах рыбопромыслового флота - для охлаждения и замораживания добытой морепродукции и приготовления искусственного льда.

Кроме того, морские суда являются местом постоянной работы и жительства экипажей и продолжительного пребывания пассажиров. Поэтому в жилых, служебных, общественных и пассажирских помещениях в любых районах плавания, в любое время года и при любых метеорологических условиях должен поддерживаться благоприятный для людей микроклимат, т.е. совокупность состава и параметров состояния воздуха, а также тепловых излучений в ограниченных пространствах помещений.

Микроклимат в судовых помещениях обеспечивается с помощью систем искусственного микроклимата, которые служат для очистки и тепловлажностной обработки воздуха, подаваемого в помещения.

Стальное судно, разделенное на отсеки поперечными и продольными переборками и промежуточными палубами, представляет собой разветвленную теплопроводную систему, внутри которой находятся помещения с высокой температурой и источниками тепла (машинные и котельные отделения, электростанции, аккумуляторные и т.д.). Очевидно, что охлаждаемые помещения независимо от их назначения необходимо располагать дальше от этих источников тепла.

Другой особенностью судовой холодильной установки в отличие от береговой являются повышенные требования к надежности и безопасности ее работы, которые определяются международными конвенциями, а также Правилами Морского Регистра Украины, Правилами классификационных обществ других стран.

Конструкция отдельных механизмов, аппаратов и других элементов судовой холодильной установки, их размещение и крепление должны обеспечивать надежную и бесперебойную работу установки в условиях шторма, крена и дифферента. Это требование важно еще и потому, что к некоторым элементам установки нет доступа для осмотра и ремонта в случае их выхода из строя во время рейса (например, к охлаждающим батареям и воздухопроводам, расположенным в трюмах). В связи с этим Правила Регистра Украины предусматривают повышенные пробные давления при испытании отдельных элементов установки и трубопроводов на прочность и плотность.

Наиболее распространенным способом непрерывного получения холода в большом количестве является машинное охлаждение. Холодильные установки машинного типа подразделяются на:

1. Воздушные;

2. Абсорбционные;

3. Пароэжекторные.

4. Парокомпрессорные

Воздушные холодильные установки (ВХУ)

На Рис. 37 показана простейшая ВХУ.

Рис. 37 Схема простейшей ВХУ.

Воздух из помещения П, где поддерживается температура Т1, засасывается компрессором К и сжимается от давления Р0 до Р. При этом его температура возрастает до Т2. Горячий воздух охлаждается забортной водой в холодильнике ПО и выходит в помещение. Расширяясь воздух охлаждается и сТ1 снова засасывается компрессором. Цикл повторяется.

Достоинством ВХМ является то, что роль хладагента выполняет бесплатный безвредный воздух.

Однако, большого практического применения ВХМ не нашли. Их используют в системах кондиционирования воздуха в самолетах, автомобилях, термобарокамерах.

Термоэлектрические холодильные установки.

Термоэлектрическое охлаждение основано на эффекте Пельте, заключающемся в том, что в процессе прохождения постоянного тока определенного направления по цепи, составленной из разнородных проводников или полупроводников, в местах контактов (спаях) появляются разные температуры. Если температура холодного спая окажется ниже температуры окружающей среды, то он может быть использован как охладитель. Термоэлектрические охлаждающие устройства (ТОУ) сейчас применяют в медицине, радиотехнике и др. областях.

В технике широко известен эффект возникновения термо ЭДС в спаянных проводниках, контакты (места спаев) между которыми поддерживаются при различных температурах (эффект Зеебека). В том случае, когда через цепь двух разнородных материалов пропускается постоянный ток, один из спаев начинает нагреваться, а другой - охлаждаться. Это явление носит название термоэлектрического эффекта или эффекта Пельтье.

Рис.38 Схема термоэлемента

На рис. 33 показана схема термоэлемента. Два полупроводника n и m составляют контур, по которому проходит постоянный ток от источника питания С, при этом температура холодных спаев X становится ниже, а температура горячих спаев Г становится выше температуры окружающей среды, т.е. термоэлемент начинает выполнять функции холодильной машины. Температура спая снижается вследствие того, что под воздействием электрического поля электроны, двигаясь из одной ветви термоэлемента (m) в другую (n), переходят в новое состояние с более высокой энергией. Энергия электронов повышается за счет кинетической энергии, отбираемой от атомов ветвей термоэлемента в местах их сопряжений, в результате чего этот спай (X) охлаждается. При переходе с более высокого энергетического уровня (ветвь п) на низкий энергетический уровень (ветвь т) электроны отдают часть своей энергии атомам спая Г термоэлемента, который начинает нагреваться.

Энергетическая эффективность термоэлектрических холодильных машин значительно ниже эффективности других типов холодильных машин, однако простота, надежность и отсутствие шума делают использование термоэлектрического охлаждения весьма перспективным.

К недостаткам термоохлаждающих устройств следует отнести их низкую экономичность и повышенную стоимость. Примерами устройств этого класса могут служить охладители питьевой воды, воздушные кондиционеры, охладители реактивов в химическом производстве и др. Для таких холодильных машин образцовым циклом будет треугольный цикл Лоренца. Приближение к образцовому циклу достигается простым путем, так как для этого требуется только видоизменить электрическую схему коммутации, что не вызывает конструктивных трудностей. Это позволяет существенно, в некоторых случаях более чем вдвое, повысить эффективность термоэлектрических холодильных машин. Для реализации этого принципа в паровой холодильной машине пришлось бы применять сложную схему многоступенчатого сжатия.

Широкое внедрение термоэлектрического охлаждения будет зависеть от прогресса в создании совершенных полупроводниковых материалов, а также от серийного производства эффективных в экономическом отношении термобатарей

Абсорбционные холодильные установки

Первая абсорбционная холодильная машина была создана во Франции в 1859 году и запатентована в 1860 Фердинандом Карре (Ferdinand Carre). В качестве рабочего тела использовалась смесь аммиака и воды. Из-за высокой токсичности аммиака такие холодильные машины в то время не получили широкого распространения для домашнего применения и использовались для промышленного производства льда.

В установках кондиционирования воздуха абсорбционный холодильный цикл начал использоваться более пятидесяти лет назад.

В производственных процессах, в которых требовалось поддержание низких температур, стали применяться аммиачно-водяные АБХМ.

В конце 1950-х годов была создана первая двухступенчатая бромистолитиевая абсорбционная холодильная машина. Позже бромистолитиевые АБХМ стали использоваться не только для охлаждения помещений, но и в качестве источника горячей воды.

Совершенствование компрессоров, повышение эффективности электродвигателей, устройств управления позволили повысить эффективность компрессорных холодильных машин и снизить стоимость их эксплуатации. Кроме того, свою роль в замедлении распространения АБХМ на природном газе сыграл энергетический кризис 1970-х годов.

Ограничение применения озоноразрушающих фреонов и непрерывное возрастание стоимости электрической энергии способствовали очередному повышению интереса потребителей к АБХМ. (Стоимость природного газа остается достаточно стабильной, а сама технология абсорбционного охлаждения совершенствуется).

АБХМ включает в себя генератор, конденсатор, испаритель и абсорбер с хладагентом и бромидом лития в качестве рабочих растворов.

В генераторе под действием источника тепла (горелка, дымовые газы, пар или горячая вода) из разбавленного раствора бромида лития выделяются пары хладагента (воды), которые затем переносятся в конденсатор. Здесь они конденсируются в жидкость, отдавая в процессе конденсации тепло охлаждающей воде. После этого жидкий хладагент попадает на трубки испарителя, унося тепло от охлаждаемой воды и испаряясь при этом. Концентрированный раствор бромида лития из генератора переходит в абсорбер, поглощая пары хладагента из испарителя и разбавляясь ими. Разбавленный раствор бромида лития перекачивается в генератор, где цикл начинается снова. Чиллеры с подобным циклом называются одноконтурными чиллерами (Single effect type).

Более высокой эффективностью по сравнению с одноступенчатыми отличаются двухступенчатые АБХМ (Рис.39)

Рис. 39. Схема двухступенчатой абсорбционной холодильной машины.

В двухступенчатых чиллерах (Double effect type) генераторная секция разделена на две части - высокотемпературный и низкотемпературный генераторы. Пары хладагента, образующиеся в высокотемпературном генераторе, используются для подогрева раствора бромида лития в низкотемпературном генераторе, в котором давление, а, следовательно, и точка кипения, ниже. Как и в одноконтурных чиллерах, пары хладагента, создаваемые в низкотемпературном генераторе, поступают в конденсатор, чтобы там превратиться в жидкость. С другой стороны, пары хладагента, создаваемые в высокотемпературном генераторе, превращаются в жидкость по мере того, как высвобождается тепло из раствора бромида лития. Это происходит в трубках теплообменника в низкотемпературном генераторе. Пары хладагента из высоко - и из низкотемпературного генератора превращаются в жидкость и смешиваются в конденсаторе перед тем, как вернуться в испаритель. Таким образом, на этом этапе разбавленный раствор нагревается тепловым источником в высокотемпературном генераторе, а в теплообменнике низкотемпературного генератора - скрытым теплом паров хладагента, которое в другом случае должно было бы высвободиться в охлаждающую жидкость. Это означает, что затраты энергии источника тепла меньше. Более того, чем меньше количество тепла, сбрасываемое в охлаждающую жидкость, тем меньше может быть градирня. Например, в то время как существующий тип одноконтурного чиллера требует градирню с номинальной емкостью 200 USRT при 100 USRT нагрузки, для двухконтурного чиллера достаточно всего 34 USRT при той же нагрузке. Благодаря исследованиям и инновациям производители АБХМ достигли значительных успехов в технологии абсорбционного охлаждения и КПД абсорбционных холодильных машин в настоящее время составляет 0,64-0,66.

Пароэжекторные холодильные установки

Принцип работы установки сводиться к созданию сильного разрежения в испарителе с помощью эжектора. В состав такой установки, помимо указанных аппаратов, входят сжимающее устройство, обеспечивающее повышение давления паров, отсасываемых из испарителя, до давления конденсации, конденсатор и регулирующее устройство, в котором жидкость дросселируется (давление понижается до давления в испарителе).

В пароэжекторных ХУ в качестве агента используют воду, которая охлаждается за счет частичного перехода ее в парообразное состояние при вакууме 3-8 мм. рт. ст., что соответствует температуре испарения - 5--+8°С. Вода безвредна и, кроме того, обладает большой теплотой парообразования.

Высокие удельные объемы водяных паров при низких температурах кипения (например - 5°С удельный объем водяных паров равен 307 м3/кг) требуют применения эжектора - пароструйного компрессора, который сжимает холодные пары, поступающие из испарителя, до давления в конденсаторе и преобразует тепловую. Энергию рабочего пара в кинетическую энергию движения струи. Эжектор состоит из сопла, камеры смещения и диффузора. Принципиальная схема пароэжекторной ХУ представлена на Рис 40.

Рис. 40 Принципиальная схема пароэжекторной пароводяной ХУ: 1-сопло; 2-камера смешения; 3-испаритель; 4-диффузор; 5-конденсатор; 6-воздушный эжектор; 7,8 - насосы; 9-охлаждающая батарея;

РВ - регулирующий вентиль.

Рабочий пар при давлении 1-7кг/см² из котла поступает в эжектор. Здесь пар расширяется в сопле соответствующего профиля, приобретая сверхзвуковую скорость. В камере смешения 2 этот поток пара подхватывает холодные пары, поступающие из испарителя 3, затрачивая при этом часть кинетической энергии. Далее смесь паров с давлением кипения (р) поступает в диффузор 4, где в расширяющейся его части происходит увеличение ее давления (сжатие) до давления конденсации (р)

Тепло конденсации паров отводиться из конденсатора 5 охлаждающей водой. По выходе из аппарата конденсат разделяется на два потока: один поступает через регулирующее устройство в испаритель, другой насосом 7 перекачивается в паровой котел. Пар из испарителя постоянно отсасывается эжектором. Конденсатор должен быть оборудован воздушным эжектором 6 для откачки воздуха, который может попасть в систему (например, через неплотности). Холодная вода из испарителя насосом 8 перекачивается в охлаждающую батарею 9.

При охлаждении воды до +5°С вследствие несложной конструкции аппаратов и отсутствия движущихся частей эжекторные ХУ экономичны, поэтому их широко применяют в установках кондиционирования воздуха.

Недостатком этих установок является то, что они пригодны для работы при температуре кипения от 10 до 0°С.

Рабочим телом в пароэжекторных холодильных установках могут быть и другие вещества.

Эффективность пароэжекторной холодильной машины так же, как и абсорбционной, повышается, если для приготовления пара используются источники бросовой теплоты (выпускные газы двигателей и т.п.).

Парокомпрессорные холодильные установки.

Из машинных способов охлаждения наибольшее применение получили парокомпрессорные холодильные установки, в которых применяют следующие системы охлаждения: непосредственная; рассольная; воздушная.

При непосредственном охлаждении испаритель установлен непосредственно в охлаждаемом помещении и хладагент, испаряясь в нём, отбирает тепло сам. Непосредственное охлаждение применяется для охлаждения небольших провизионных камер.

На Рис. 41 изображена схема парокомпрессорной холодильной установки с непосредственным охлаждением.

Рис. 41 Парокомпрессорная холодильная установка с непосредственной системой охлаждения: 1 - всасывающий клапан; 2 - нагнетательный клапан; 3 - маслоотделитель; 4 - конденсатор; 5 - ресивер; 6 - осушитель; 7 - фильтр; 8 - терморегулирующий вентиль; 9 - холодильная камера; 10 - испаритель; 11 - компрессор.

Компрессор 11 отсасывает из испарителя 10 пар холодильного агента, имеющий низкое давление и соответственно низкую температуру, и сжимает его до давления конденсации. Далее горячий пар агента направляется в конденсатор 4, где пар полностью конденсируется, отдавая тепло забортной воде, прокачиваемой через конденсатор. Из конденсатора жидкость поступает к терморегулирующему вентилю. В терморегулирующем вентиле происходит дросселирование жидкого холодильного агента, т.е. снижения его давления до давления кипения, которое сопровождается частичным вскипанием агента (примерно15%) и понижением его температуры. Процесс происходит мгновенно, без поглощения тепла из окружающей среды - только за счет тепла жидкого хладагента. Поэтому за терморегулирующем вентилем холодильного эффекта не происходит. Двигаясь дальше по испарителю, жидкий хладагент продолжает кипеть, отбирая тепло, необходимое для парообразования, от охлаждаемой среды. В той точке испарителя, где выкипает последняя капля хладагента холодильный эффект практически прекращается. Дальнейшее незначительное поглощение тепла происходит в испарителе за счет осушения (перегрева) влажного пара хладагента. Перегретый но еще влажный пар поступает в теплообменник, где он встречается с теплым жидким хладагентом, отчего его перегрев увеличивается. Сухие пары хладагента отсасываются компрессором из испарителя и под давлением конденсации снова подаются через маслоотделитель 3 в конденсатор. Цикл повторяется.

Рассольное и воздушное охлаждение часто называют "охлаждением с помощью хладоносителей". Рассол или воздух непосредственно охлаждают помещение, а затем в свою очередь охлаждаются хладагентом в испарителе.

Хладоносители должны иметь следующие свойства:

низкую температуру замерзания;

высокие теплоемкость и теплопроводность;

небольшие вязкость и плотность;

быть безопасными и химически нейтральными по отношению к металлам и прокладочным материалам;

быть безвредными для человека;

иметь невысокую стоимость.

Самый дешевый, доступный и безвредный хладоноситель - вода, но из-за высокой температуры замерзания ее применение ограничено. Вода как хладоноситель используется в основном в установках кондиционирования воздуха.

Для получения более низких температур в судовых холодильных установках в качестве хладоносителей применяют водные растворы солей СаС2₂ и NаС1, называемые рассолами: водный раствор NaCl применяется в установках с температурой не ниже - 10 ^оС. Используется также раствор Рейнхартин - смесь хлористого магния и хлористого кальция с присадками, который позволяет получить до-18 ^оС.

На рис. 42 изображена принципиальная схема рассольной системы охлаждения.

Рис. 42. Схема парокомпрессорной установки с рассольной системой охлаждения: 1 - компрессор; 2 - конденсатор; 3 - терморегулирующий вентиль; 4 - испаритель; 5 - рассольный насос; 6 - рассольные батареи; 7 - рефрижераторный трюм.

Система работает следующим образом: рассольный насос 5 забирает рассол из испарителя 4, расположенного за пределами охлаждаемого трюма, и подает его в рассольные батареи 6, находящиеся в рефрижераторном трюме 7. Рассол, проходя внутри змеевиковых рассольных батарей, отбирает тепло от охлаждаемого трюма. Нагретый рассол возвращается в испаритель холодильной установки, где отдает тепло кипящему холодильному агенту. Охлажденный в испарителе рассол снова подается насосом в трюм. Таким образом, рассол выполняет роль переносчика тепла от охлаждаемого трюма к холодильному агенту, кипящему в испарителе. Для уменьшения теплообмена с окружающей средой наружную поверхность испарителя изолируют

При воздушном охлаждении происходит одновременно охлаждение помещения и его вентиляция - вентилятор прогоняет воздух через испаритель, где воздух охлаждается и подаётся в помещения. На Рис. 43 показаны две принципиальные схемы воздушного охлаждения рефрижераторных трюмов: вертикальная с палубным распределительным каналом и типа "Робсон".

Вертикальная схема с палубным воздухораспределителем (рис. 43, а) предусматривает возможность последовательного вентилирования одного или двух расположенных друг под другом помещений.

В системе типа "Робсон" воздух вентиляторами В (Рис 43, б) нагнетается через воздухоохладители ВО левого и правого борта в два бортовых нагнетательных канала 1, расположенных по всей площади бортов и твиндека. Отсюда воздух поступает в воздухораспределительный канал 2, расположенный между палубой и грузовыми решетками. Бортовые воздуховоды снабжены перегородками, обеспечивающими равномерную подачу воздуха ко всем участкам палубного воздухораспределительного канала. В распределительном канале 2 воздух двигается от обоих бортов к центру трюма, причем по всему пути происходит непрерывное поступление воздуха в трюм через отверстия или специальные щели в палубе. Из трюма нагретый воздух всасывается вентиляторами.

Рис. 43 Воздушные системы охлаждения: а) вертикальная с палубным распределительным каналом; б) типа "Робсон".

9.2 Режимы холодильной обработки и хранения продуктов

Правильный выбор режима холодильной обработки и хранения продуктов имеет важное значение для сохранения продуктов и уменьшения их потерь. Это прежде всего:

вид продукта и его упаковки,

температура воздуха;

относительная влажность;

скорость движения воздуха;

начальная и конечная температура продукта;

продолжительность холодильной обработки;

время хранения продукта.

Кроме этого, в ряде случаев приходится очищать воздух помещения от механических и бактериальных загрязнений, запаха, а также поддерживать определенный состав газовой среды. Например, снижение температур и увеличение скорости движения воздуха в холодильных камерах позволяют в 2-3 раза ускорить процесс охлаждения и замораживания, а также снизить усушку продуктов на 25 - 35%.

Например, мясо, субпродукты и охлажденная птица хранятся при t = - 2°С и относительной влажности воздуха 90%, колбасные изделия, копчености при t =0°С и относительной влажности 75-78%.

Рыба пряного посола и холодного копчения храниться при t =-2 ч - 6°С

Для хранения фруктов и овощей приняты следующие температуры (°С):

Цитрусовые 2-6

Картофель 2-4

Лук, чеснок - 1ч-3

Яблоки, груши, виноград 0ч-1

Относительная влажность воздуха а помещениях хранения фруктов и овощей поддерживается в пределах 85-95%, кроме лука и чеснока, где она должна быть 70-80%.

При перевозке и хранении охлажденной и мороженой рыбопродукции необходимо соблюдать общие основные требования.

Во-первых, мороженая рыба не терпит перепада температур, поэтому нужно поддерживать устойчивую, равномерную температуру и влажность по всей холодильной цепи перевозки и хранения продукции. Если изменяются какие-либо условия, влияющие на температуру и влажность воздуха, то необходимо срочно провести работы, с тем чтобы восстановить необходимый режим. Это наиболее полно достигается в современных транспортных средствах и в холодильниках с совершенной теплоизоляцией при правильном выборе и установке охлаждающих устройств с автоматическим регулированием их работы. Необходимо также прилагать все усилия для сокращения как внешних так и внутренних теплопритоков, которые нарушают температуру и влажность воздуха, вызывают нерегулируемость его конвективного свободного движения, создавая неравномерность поля режимных параметров в камере хранения.

На рефрижераторных судах температура воздуха в трюмах при перевозке и хранении рыбы, охлажденной льдом, поддерживается в пределах 0…2°С. Чаще всего, охлажденная рыба перевозится на рефрижераторных судах и температура тела рыбы не должна превышать 5 С. При превышении температуры или обильного таяния льда, рыбу необходимо засыпать дополнительным количеством льда.