Морской вестник №1(65) 2018
Автор: Копров П.А.,вед.инженер-конструктор АО «51 ЦКТИС»
В рамках государственной программы вооружений до 2025 г. в интересах ВМФ планируется выполнение ремонта и модернизации ряда кораблей и судов.
Одним из важных элементов системы обеспечения автономности кораблей и судов являются холодильные системы провизионных камер, предназначенных для хранения запаса пищевых продуктов на весь срок автономности.
Моторесурс холодильной установки до среднего ремонта составляет в среднем 40-50 тыс. ч, до капитального ремонта - 120-150 тыс. ч. Даже при наличии резервирования технических средств оборудование вырабатывает ресурс, т. е. требуется полная агрегатная замена. Отсутствие комплектующих изделий, снятие с производства агрегатов, нарушение технических регламентов обслуживания технических средств - все эти факторы приводят к их выходу из строя и длительному ремонту. Требуется замена агрегатов на аналоги российского производства.
В РФ отсутствуют аналоги холодильного оборудования, полностью удовлетворяющие требованиям ВМФ, что вынуждает использовать комплектующие иностранного производства. В таких условиях основной задачей специалистов соответствующего подразделения АО «51 ЦКТИС» в процессе ремонта и модернизации одного из надводных кораблей польской постройки стала раз-работка документации для замены холодильной системы провизионных камер и проекта унифицированной холодильной установки, пригодной для большинства надводных кораблей и вспомогательных судов ВМФ.
Основным рабочим телом холодильных систем является хладон. С начала его использования прошло более 60 лет, и многие регламентирующие документы ужесточили требования. В соответствии с Монреальским протоколом, подписанным СССР в 1987 г., строящиеся корабли и суда ВМФ с 1989 г. должны были перейти с хладона-12 на хладон-22, а по Киотскому протоколу - с хладона-22 на хладон-134а или другие неразрушающие хладоны. С 2013 г. запрещен ввоз хладона-22 и работающего на нем оборудования в Россию и на территорию Таможенного союза. В связи с действием на территории РФ указанных протоколов восстановить систему холодильных машин на хладоне-12 невозможно. Поэтому в качестве рабочего тела выбран разрешенный к применению озонобезопасный хладон-134а, имеющий температуру кипения -26,3 °С (у хладона-12 -29,8 °С).
Особенностью судовых холодильных систем является их компактность, ремонтопригодность и использование для охлаждения забортной воды. Компрессорно-конденсаторные агрегаты располагают на нижних палубах, чаще всего на настиле второго дна. Во избежание выполнения технологических вырезов холодильная установка должна проходить в дверные проемы или иметь разборную конструкцию.
В соответствии с ОСТ В5.5565-86 проведен расчет теплопритоков на режиме хранения и термообработки. В табл. 1 приведены характеристики провизионных камер. Для корабля неограниченного района плавания принимались максимально допустимые входные данные: температура окружающего воздуха +50 °С, температура воды +35 °С
Характеристики провизионных камер корабля
Исходя из расчета, что две камеры работают на температуру ниже нуля, а две камеры - на температуру выше нуля, решено использовать два компрессора Bitzer различной производительности: 7,22 кВт (при Т = -10 °С, Т = 40 °С) и 7,58 кВт (при Т = -25 °С, Т = 40 °С).
С целью возможности регулирования производительности с помощью частотных преобразователей выбраны компрессоры серии VARISPEED. Для боевого корабля необходимо резервирование оборудования, поэтому компрессорно-конденсаторный агрегат должен содержать два компрессора производительностью 7,58 кВт и один 7,22 кВт. Для защиты компрессоров от загрязнений предназначены газовые фильтры, которые крепятся на трубопроводах всасывающей линии компрессоров. Компрессоры нагнетают газообразный хладон через сепараторы масла в конденсаторы. Сепараторы масла жестко крепятся к раме и соединены с линией нагнетания компрессоров. Масло после сепарирования под действием разности давлений возвращается в картер компрессора. Ручная система компенсации уровня масла обеспечивает возможность возврата масла в каждый компрессор. Общий вид компрессорно-конденсаторного агрегата холодильной установки приведен на рис. 1.
Рис.1. Общий вид компрессорно-конденсаторного агрегата холодильной установки
Для обеспечения работы компрессоров выбраны конденсаторы водо-водяного типа Bitzer (3 шт.), охлаждаемые морской водой. Они жестко крепятся к раме и укомплектованы предохранительными клапанами и смотровыми стеклами для контроля уровня хладона. Поскольку машинное отделение холодильной установки находится на уровне ватерлинии, для обеспечения конденсаторов забортной водой необходимо установить два самовсасывающих насоса, один резервный. В случае выхода из строя обоих насосов охлаждения предусмотрено использование забортной воды из системы гидрофоров забортной воды. Для корректной работы системы на трубопроводах забортной воды установлены датчики давления, срабатывающие при отклонении давления в трубопроводе забортной воды от установленного значения. Для поддержания постоянного давления конденсации хладагента посредством управления расходом охлаждающей забортной воды в системе установлены регуляторы расхода охлаждающей воды. После охлаждения газа до точки росы жидкий хладон из конденсатора поступает в ресиверы. Ресиверы для накопления жидкого хладона укомплектованы запорными и предохранительными клапанами, а также сигнализатором минимального уровня жидкости. Из ресиверов жидкий хладон поступает в арматурные панели через фильтры- осушители, которые крепятся на трубопроводах после ресивера. Фильтры имеют сменные картриджи и обводные трубопроводы для обслуживания, оснащены сервисным клапаном для заправки хладагента, а также смотровым стеклом - индикатором влажности и двумя запорными клапанами. Для отображения работы компрессорно-конденсаторного агрегата и управления его работой на лицевой части рамы на специальном стенде на высоте, удобной для наблюдения, закреплена панель измерительных приборов. Для управления доступом хладона в каждую камеру перед входом в них смонтированы арматурные панели. Для удобства обслуживания каждая панель установлена в тамбурах непосредственно пред входом в камеры. Общий вид арматурной панели представлен на рис. 2.
Рис. 2. Общий вид арматурной панели
Из арматурной панели жидкий фреон поступает в камеры в соответствующий воздухоохладитель (ВО). Для обеспечения охлаждения поставленной провизии необходимы ВО производительностью минимум на 10% больше, чем теплопритоки на режиме термообработки. Выбраны ВО Garcia Camara (3 шт.) и ECO (3 шт.). ВО потолочного типа состоят из теплообменника и одного осевого вентилятора, смонтированных в корпусе из листового металла. Выполнены с горизонтальным потоком воздуха, имеют поддоны для сбора конденсата и патрубки для подсоединения дренажных трубопроводов. В теплообменниках всех камер, кроме камеры сухой провизии, предусмотрена установка гладкотрубных ТЭНов для оттайки. Также в камерах с отрицательными температурами предусмотрена установка греющего кабеля в дренажном трубопроводе. В составе каждого ВО установлен терморегулирующий вентиль с клапанным узлом. Из ВО газообразный хладон поступает в компрессорно-конденсаторный агрегат через арматурную панель и газовые фильтры. Для каждой камеры предусмотрены датчик температуры для дистанционной индикации температуры в камере и термореле поддержания температуры в камере и управления режимом оттайки. Для управления работой холодильной установки в машинном отделении имеется щит управления, который крепится к переборке на четырех амортизаторах.
Щит управления обеспечивает:
- включение/отключение электропитания;
- переключение компрессора (основной/резервный);
- автоматический стояночный подогрев масла в компрессоре;
- индикацию текущих параметров работы агрегата и охладителей;
- индикацию температуры в камерах;
- блокировку по расходу охлаждающей воды;
- защиту электродвигателей от перегрузки;
- защиту компрессора по давлению масла;
- тепловую и токовую защиту двигателя компрессора;
- задержку повторного включения компрессора в течение 5 мин.;
- блокировку включения агрегата после срабатывания
- регулирование производительности холодильной установки при помощи преобразователя частоты.
В результате разработана холодильная установка и системы для обеспечения ее функционирования. Установка предназначена для обеспечения и поддержания в провизионных камер температурных режимов для хранения продуктов независимо от районов плавания. Работоспособность установки обеспечивается в условиях качки корабля с амплитудой ± 45° и периодом 7-9 с; при длительном крене ±15° и дифференте до ±10°; при кратковременном крене ±30° продолжительностью 3 мин.; при длительном пребывании в нерабочем состоянии при температуре окружающего воздуха от 5 до 60 °С и относительной влажности 98% при температуре воздуха 35 °C. Унифицированная конструкция установки позволяет модернизировать холодильные системы провизионных камер надводных кораблей и судов ВМФ вне зависимости от проекта.
Модульная система проектирования позволяет без больших трудозатрат производить сервис, ремонт и модернизацию холодильной системы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Санитарные правила для морских судов СССР. - М.: В/О МОРТЕХИНФОРМ- РЕКЛАМА, 1984. 188 с.
2. ОСТ В5.5565-86. Установки холодильные продовольственных кладовых надводных кораблей. Правила и нормы. - М.: 1987, 120 с.
3. Копров П. А. Импортозамещение для кораблей ВМФ РФ иностранной постройки. - Тр. Международ. конфер. по судостроению и океанотехнике, СПб., 2016, с. 344-346