Вентиляция и отопление на судах морского флота

Судовые системы вентиляции и отопления играют критически важную роль в обеспечении безопасности, комфорта и работоспособности экипажа на борту судов. Поддержание оптимальных параметров микроклимата в служебных и жилых помещениях, а также эффективное удаление вредных газов и паров из грузовых танков являются неотъемлемыми условиями эксплуатации этих сложных судов.

Данный материал посвящен рассмотрению физико-биологических основ, конструктивных особенностей, применяемого оборудования и правил эксплуатации систем вентиляции и отопления на судах, что позволит глубже понять принципы их функционирования и требования к их обслуживанию.

Физико-биологические основы вентиляции и отопления

Вентиляция судов предназначена для поддержания в помещениях необходимого химического состава и влажности воздуха.

Чистый атмосферный воздух является механической смесью следующего состава (по объему):

• азот – 78,13 %;
• кислород – 20,9 %;
• аргон – 0,94 %;
• углекислый газ – 0,03 %.

В ничтожных количествах в нем также содержатся:

• неон,
• крептон,
• гелий,
• ксенон,
• водород,
• и озон (в сумме примерно 0,002 %).

Атмосферный воздух всегда имеет пары воды. Состав воздуха несколько изменяется в зависимости от местонахождения:

• в открытом море и океане;
• порту;
• густонаселенном городе и т. д.

Воздух грузовых помещений, в зависимости от их назначения, содержит примеси:

• различных газов;
• паров масел;
• топлив и других жидкостей;
• аэрозоли и микроорганизмы,

а в обитаемых помещениях – продукты жизнедеятельности людей.

Ниже рассмотрим биологические аспекты обеспечения качества воздуха в помещениях морских судов. Жизнедеятельность человека зависит, прежде всего, от того, достаточно ли он вдыхает кислорода. При содержании кислорода в воздухе менее 17,5 % жизнь человека продолжается не более нескольких минут.

На организм человека вредно действует излишняя углекислота, особенно при содержании в воздухе продуктов распада белковых веществ. В этом случае количество CO₂, более 0,15 % (по объему) уже оказывает вредное влияние на организм человека.

Количество тепла, выделяемого человеком, зависит от рода занятости, т. е. степени физического напряжения при выполняемой работе, и составляет 80-250 ккал/ч. Большее выделение тепла имеет место при более тяжелой работе. Способы отвода этого тепла изменяются в зависимости от окружающих условий. Если температура окружающего воздуха менее 30 °С, то тепло от организма отводится в основном за счет лучеиспускания кожи и соприкосновения ее с более холодным воздухом. При температуре окружающего воздуха 27 °С отвод тепла составляет 70 %; 30 % тепла отводится при потовыделении. Если же температура окружающей среды более 37 °С, то тепло в основном отводится при потовыделении. Из общего количества влаги, выделяемой человеком (75-415 г/ч при физическом труде), около 1/3 испаряется через легкие, остальная – через кожу. Человеческий организм требует, чтобы возмещение выделяемой им влаги происходило не только за счет пищи и жидкости, но и через легкие при дыхании. Поэтому для нормальной жизнедеятельности человека существенное значение имеет влажность воздуха.

Состояние воздуха в жилых помещениях должно допускать дальнейшее насыщение его водяными парами, выделяемыми людьми, находящимися в помещении, так как только в этом случае они будут чувствовать себя хорошо. Если же окружающий воздух предельно насыщен влагой, это затрудняет дальнейшее поглощение водяных паров, выделяемых находящимися в этом помещении людьми, и излишнее количество влаги будет конденсироваться. Такое явление наблюдается в тропиках и приморских зонах, на юге – в летние месяцы. В таком воздухе дышать человеку трудно, он обильно потеет и быстро утомляется. Обильное выделение влаги при этом организм пытается компенсировать все большим и большим поглощением жидкости, что в итоге снижает трудоспособность человека. Воздух с низким содержанием Водяной пар и циклы паросиловых установокводяного пара способствует более лучшему отводу тепла, выделяемого человеком при потении, которое в этом случае происходит, не вызывая утомления и жажды.

В расчетах влажный воздух рассматривается как смесь только двух составляющих:

• сухого воздуха;
• и водяных паров.

Сухой воздух включает все примеси, за исключением водяных паров. Неводяных паров в обычном воздухе немного, все они сильно перегреты и по своим свойствам приближаются к газам.

Физические свойства влажного воздуха характеризуются параметрами его состояния:

• температурой,
• влагосодержанием,
• относительной влажностью,
• энтальпией.

Кроме того, состояние паровоздушной смеси характеризуется:

• температурой точки росы;
• удельным весом;
• парциальным давлением водяного пара и др.

Влагосодержанием влажного воздуха называется весовое количество водяных паров, содержащихся в воздухе, сухая часть которого весит 1 кг. При кондиционировании влагосодержание воздуха изменяется, количество же сухого воздуха остается постоянным. Поэтому в расчетах для удобства за единицу измерения веса влажного воздуха принимают вес такого его количества, в котором сухого воздуха содержится неизменно 1 кг.

1 кг воздуха может при определенных температурах содержать следующее наибольшее количество водяных паров (в г):

• при -10° – 1,60;
• 0° – 3,78;
• +10° – 7,63;
• +20° – 14,7;
• +30° – 27,20;
• +40° – 48 и т. д.

Во всех указанных случаях воздух является насыщенным. Степень насыщения влажного воздуха зависит от состояния водяных паров в нем.

Точка росы соответствует температуре, при которой начинается выпадение влаги, т. е. является точкой наибольшего насыщения воздуха влагой при данной температуре.

Конструктивное выполнение вентиляции

В данном пункте рассмотрим особенности конструктивного выполнения систем вентиляции на различных типах морских судов. Рефрижерация, кондиционирование воздуха и вентиляцияСудовая вентиляция делится на:

Различают также естественную и искусственную вентиляцию. Естественной называется такая вентиляция, при которой происходит обмен воздуха под действием его токов, образующихся при разности давлений или температур, а также в результате ветра. Искусственная вентиляция обеспечивается вентиляторами. Естественная вентиляция может быть усилена за счет расстановки на судне раструбов и грибовидных головок различной конструкции, насаживаемых на вентиляционные трубы.

Количество воздуха, необходимое для вентиляции, определяют в зависимости от температуры, которая должна поддерживаться в помещении, от допускаемой в предельной влажности и допускаемого количества углекислоты в воздухе (не больше 0,1-0,15 %). Число обменов воздуха в час при вентиляции составляет от 5 до 45 (большие значения относятся к насосным отделениям танкеров, помещениям аммиачных холодильных машин и др.).

Естественная вентиляция постепенно вытесняется искусственной. Магистральные вентиляционные трубопроводы прокладываются по коридорам жилых и служебных помещений. Для приема воздуха используется специальная арматура – грибовидные головки (рис. 1), размещаемые на открытых участках палуб, крышах или стенках надстроек и рубок, а для выпуска – воздухораспределители (рис. 2), устанавливаемые на подволоках обслуживаемых помещений.

Для рассеивания воздуха используются перфорированные потолочные зашивки, а также жалюзевые затворы, а для его удаления из помещений – решетки в дверях или стенках.

Для очистки наружного воздуха от пыли и вредных газов в трубопроводах устанавливают гигиенические (противопылевые) фильтры и фильтры-поглотители, которые в зависимости от их конструкции и скорости воздуха вызывают потерю напора 20-25 м вод. ст. и более. Если для работы обычных систем вентиляции жилых и служебных помещений при малых скоростях воздуха (v = 10-15 м/с) напор вентилятора не превосходит обычно 50-60 м вод. ст., то при наличии фильтров он должен быть соответственно увеличен.

Действие вытяжного дефлектора видно из рис. 3.

Если широкое отверстие конуса 1 дефлектора направлено в сторону Уравнения движения суднадвижения судна (или навстречу ветру), то вдуваемый ветром воздух, выходя из меньшего отверстия 2 этого конуса с большой скоростью, создает над трубой 4 разрежение. В результате воздух, выводимый из помещения этой трубой, вытягивается и выходит через патрубок 3. Средняя скорость протекания воздуха в дефлекторах и вентиляционных головках обычно находится в пределах 2-4 м/с.

Помимо искусственной вентиляции, выполненной по централизованному принципу, встречается искусственная вентиляция, выполненная по автономному принципу. В последнем случае каждый дефлектор имеет свой вентилятор (рис. 4).

Разность температур подаваемого воздуха и воздуха в помещении не должна быть больше 8°, а для помещений без значительных тепловыделений – не больше 5°. В местах нахождения людей скорость воздуха не должна быть более 0,5 м/с.

Искусственная вентиляция может быть:

• вдувной,
• вытяжной,
• и комбинированной.

В первом случае свежий воздух нагнетается вентилятором, а испорченный удаляется через неплотности помещения за счет некоторого подпора, создаваемого вдувным вентилятором. При вытяжной вентиляции испорченный воздух удаляется вентилятором, а свежий проникает через различные неплотности помещения за счет некоторого разрежения в помещении, создаваемого вытяжным вентилятором. Системы вентиляции судов с комбинированным принципом действия (вдувная и вытяжная) обеспечивают нагнетание и удаление воздуха из помещения посредством вентиляторов.

Рекомендуется к прочтению: Противопожарные системы и их эксплуатация на танкерах

При выборе искусственной вентиляции для определенного помещения обычно руководствуются следующим. Если в вентилируемом помещении имеется источник порчи воздуха, а в соседних воздух чист, применяется вытяжная вентиляция. В помещениях же, где источников порчи воздуха нет, но они граничат с помещениями, где таковые имеются, применяется вдувная вентиляция. Комбинированная вентиляция обеспечивает наиболее интенсивную смену воздуха в обслуживаемом помещении, поэтому она применяется для машинно-котельных отделений. На рис. 5 представлена схема системы вентиляции машинных отделений ледокола, которая является смешанной системой вентиляции.

Из верхней части отделений дизель-генераторов воздух через приемные раструбы 14, 21 удаляется естественным путем по воздухопроводам 5 и 11, а из нижней части отсасывается центробежными электровентиляторами 19 и 17 и выводится по воздухопроводам 6 и 10 через вытяжные шахты 7 в атмосферу. Свежий воздух через вдувные шахты 8 забирается центробежными вентиляторами 1, 13 и 16. В воздуховодах 4 и 9 он может смешиваться с воздухом, засасываемым из надстройки через водогазонепроницаемые крышки 2 и 12. Количество наружного воздуха, подаваемого в отделения, регулируется дроссельными заслонками 3. Эта система позволяет в зависимости от условий эксплуатации обеспечивать поступление в машинное отделение только свежего или рециркуляционного воздуха, а также и их смеси. Воздух в отделения поступает через воздухораспределители 18 и 15.

На рис. 6 показана схема естественной вдувной и искусственной вытяжной вентиляции насосного отделения на танкере.

Прием и удаление воздуха осуществляются через грибовидные головки, устанавливаемые на концах вентиляционных каналов на открытых местах палуб. Наружные концы вытяжных воздуховодов, выходящих из пожароопасных помещений, оборудуют двойными пламепрерывающими сетками; концы должны отстоять от любого отверстия, идущего внутрь судна, не менее чем на 2 м.

В вентилируемых помещениях, обычно на подволоке, размещают воздухораспределители, которые регулируют количество поступающего в помещение воздуха и направление (или рассеивание) его струи. Для охлаждения воздуха, подаваемого в помещения с повышенной температурой, например в машинно-котельное отделение, используют воздухоохладители – змеевики, в трубах которых циркулирует забортная вода.

Вентиляционные каналы (воздуховоды), расположенные внутри Отделка и оборудование судовых помещенийсудовых помещений, изготовляются из тонколистовой оцинкованной стали, легких сплавов (алюминиево-магниевые) или пластмасс, наружные каналы – из стали. Форма поперечного сечения воздуховодов круглая или прямоугольная. Последние удобнее при прокладке их под подволоком коридоров или других помещений. Отдельные элементы воздуховодов соединены на фланцах с прокладками, однако применяются и бесфланцевые соединения. В целях уменьшения вибрации и шума в системах после вентилятора часто устанавливают гофрированные резиновые патрубки.

Правила Регистра РФ устанавливают требования к системе вентиляции помещений. Независимую вытяжную вентиляцию должны иметь помещения, предназначенные для перевозки и хранения материалов, выделяющих воспламеняющиеся, взрывоопасные или ядовитые пары.

Система вентиляции помещений пассажирских судов, перевозящих более 36 пассажиров, и судов, приравниваемых к ним, должна, кроме того, быть автономной. Вентиляторы и вентиляционные каналы этой системы, как правило, должны располагаться в пределах только той главной вертикальной противопожарной зоны, для обслуживания помещений которой они предназначены.

Прокладка вентиляционных каналов через водонепроницаемые переборки ниже палубы переборок не допускается. Вентиляционные каналы, проходящие через главные огнестойкие переборки, должны иметь заслонки, установленные непосредственно на переборках, снабженные местными приводами, действующими с обеих сторон переборок. Места установки и приводы должны быть легко доступны и окрашены в красный цвет. Вентиляционные каналы, предназначенные для удаления взрыво- и пожароопасных паров и газов, должны быть газонепроницаемыми.

Вентиляционные каналы, в которых могут появиться пожароопасные газы или взрывоопасные смеси, также выполняют газонепроницаемыми.

Вентиляция машинных и котельных отделений должна удовлетворять требованиям РС-525 – 61. Приемные отверстия системы вентиляции помещений на нефтеналивных судах располагаются в такой части судна, где попадание в них паров нефтепродуктов наименее вероятно. Вентиляционные головки приточной и вытяжной искусственной вентиляции, расположенные в местах, подвергающихся заливанию водой, должны иметь водонепроницаемые закрытия. Поворотные вентиляционные головки с диаметром патрубка до 350 мм должны перекрывать комингсы не менее чем на 350 мм; при диаметре патрубка более 350 мм величина перекрытия должна быть не менее диаметра патрубка головки.

На судах, перевозящих нефтепродукты с температурой вспышки паров ниже 28 °С, выходные отверстия вытяжных каналов должны быть выведены над палубой грузовых отсеков на высоту не менее 10 м и над палубами надстроек и рубок (если каналы проложены вблизи них) – 2,5 м. Наружные отверстия вентиляции должны быть защищены пламепрерывающими сетками.

Система вентиляции грузовых трюмов сухогрузных судов должна удовлетворять следующим требованиям:

• количество подаваемого воздуха должно быть достаточным для отвода образующихся в трюме избыточных тепла и влаги;
• воздух должен подаваться равномерным потоком, достаточно интенсивным для того, чтобы он мог пройти через всю толщу находящихся в трюме грузов;
• система вентиляции должна препятствовать возможности конденсации влаги в грузовых трюмах;
• зимой система вентиляции должна предотвращать замерзание груза.

Для улучшения вентиляции и увеличения числа обменов воздуха в трюмах создают искусственную вентиляцию. На рис. 7, а, б и в показаны схемы внутреннего устройства вентиляции трюма и направления потоков воздуха соответственно при вдувании, отсасывании и рециркуляции.

Искусственная вентиляция трюма создается центробежным вентилятором 1, размещенным в обтекаемом кожухе 2 одного из вентиляционных каналов трюма. В кожухе установлены три заслонки 3 для изменения направления потоков воздуха. Во внутреннее пространство кожуха воздух поступает через решетки 4.

Для обеспечения обмена воздуха во всем объеме в трюме устроены каналы 5 с выходными отверстиями 6, снабженными воздухораспределительными решетками. Вентиляцией подобного устройства снабжаются служебные помещения судна, которые при одинаковом назначении обслуживаются одной общей вентиляционной системой, называемой групповой.

Вентиляторы

Вентиляторы – это механизмы, предназначенные для перемещения газа и повышения его напора (до 1 500 мм вод. ст.). Устройство и принцип работы судовых вентиляторов основаны на двух основных типах: центробежных и осевых. Центробежные вентиляторы функционируют по аналогии с центробежными насосами, в то время как осевые вентиляторы работают по принципу осевых насосов.

Судовые вентиляторы должны:

• иметь минимальные габаритные размеры и вес, высокий КПД;
• работать с наименьшим шумом;
• обладать вибрационной стойкостью;
• иметь постоянный напор в возможно более широком диапазоне изменений производительности;
• давать возможность устанавливать выходной патрубок корпуса вентилятора под различными углами по отношению к расположению водоспускной пробки.

На новых судах применяются главным образом центробежные высокооборотные вентиляторы с цилиндрическими рабочими колесами, имеющими короткие лопасти, расположенные по внешней окружности рабочего колеса. Для вентиляции больших общественных помещений и, в редких случаях, для вытяжной котельной тяги применяются осевые вентиляторы.

На рис. 8 представлены вентиляторы различного конструктивного исполнения.

Вентилятор с двусторонним всасыванием приведен на рис. 8, а. При том же диаметре рабочего колеса производительность такого вентилятора в 2 раза больше, чем у вентилятора с односторонним всасыванием. На рис. 8, б изображен осевой вентилятор, устанавливаемый на переборках или наружных стенках общественных помещений, а на рис. 8, в – его проточная часть.

На рис. 9 приведена характеристика центробежного вентилятора, показывающая взаимосвязь развиваемого вентилятором напора h мм вод. ст. и производительности Q м/с.

Характеристика показывает, что при повышении производительности напор понижается. Незначительное сжатие газа при проходе через вентилятор позволяет пренебречь изменением его удельного объема и считать газ несжимаемым. Тогда основные положения теории центробежных и осевых насосов могут быть приняты за основу теории вентиляторов. Производительность, создаваемая вентилятором, изменяется прямо пропорционально отношению чисел оборотов, напор – квадрату этого отношения и мощность, затрачиваемая на работу вентилятора, – кубу этого отношения.

Разнообразные конструкции современных судовых вентиляторов могут быть классифицированы по следующим признакам.

По месту обслуживания:

• на вентиляторы служебных, жилых помещений, грузовых трюмов (сухогрузных, наливных и рефрижераторных судов);
• а также провизионных камер, вентиляторы котельных установок (для искусственной тяги).

По способу установки:

• на вдувные (присоединяются к обслуживаемому помещению нагнетательным патрубком);
• вытяжные (присоединяются к обслуживаемому помещению всасывающим патрубком);
• и ветрогоны, предназначенные для циркуляции воздуха без обмена.

По величине напора:

• на вентилятора низконапорные (с напором 100-150 мм вод. ст.);
• средненапорные (с напором 300-400 мм вод. ст.);
• и высоконапорные (с напором 1 000-1 200 мм вод. ст.).

По коэффициенту быстроходности (n_s):

• на центробежные тихоходные (n_s = 100-200);
• средние (n_s = 200-600);
• быстроходные (n_s = 600-1 200);
• и пропеллерные (n_s = 1 200).

Наиболее распространенным приводом судовых вентиляторов является электродвигатель. Центробежные вентиляторы могут иметь лопасти, выходные кромки которых по-разному расположены относительно направления вращения колеса. Лопасти могут быть загнуты вперед по направлению вращения, иметь радиальную форму или быть загнутыми назад.

Хотя вентиляторы с лопатками, загнутыми назад, имеют более высокие значения КПД, габаритные размеры их резко возрастают, что не всегда приемлемо для судов. Поэтому вентиляторы судовые чаще имеют лопатки, загнутые вперед, или радиальные.

Можно выделить четыре группы вентиляторов с лопатками, загнутыми вперед:

1. с большими коэффициентами производительности (типа «Сирокко») – рабочие колеса большей ширины, β₂ ⩾ 7°, окружные скорости <30 м/с, КПД 0,57-0,66;
2. со средними коэффициентами производительности – трапецеидальные лопатки, расширяющиеся к заднему несущему диску колеса, окружные скорости ⩽40-50 м/с;
3. с относительно широким колесом и сравнительно небольшим числом (12-16) длинных, радиально направленных лопаток – угол выхода β₂ ≈ 17°, окружная скорость ⩽75 м/с, КПД 0,70;
4. с узкими колесами и небольшим коэффициентом производительности – окружные скорости до 140 м/с, угол выхода β₂ < 25, КПД 0,25. Номер вентилятора определяется по наружному диаметру колеса, измеренного в дециметрах. По ГОСТ 10616 – 73 предпочтительные диаметры лопаточных колес: 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1 000, 1 250, 1 600, 2 000 мм и др.

Судовые центробежные электровентиляторы унифицированной серии ЦС (ГОСТ 9524 – 75) выпускаются производительностью от 300 до 10 000 м³/ч при напоре от 60 до 850 мм вод. ст. Они широко применяются в Технологическая подготовка производства в судостроениироссийском судостроении, так как по своим параметрам удовлетворяют требованиям общесудовой вентиляции и кондиционированию воздуха.

Большим удобством для монтажа является способность вентилятора работать при вращении его вала в любую сторону, т. е. иметь радиальное расположение лопаток. Такими вентиляторами являются судовые электровентиляторы серии РЛ. Они работают с частотой вращения от 2 800 до 3 100 об/мин, выпускаются одиннадцати типоразмеров в диапазоне производительности от 100 до 10 000 м³ и напора от 120 до 390 мм вод. ст.

По размерам и весу эти вентиляторы уступают вентиляторам с лопатками, загнутыми вперед, но они более компактны и имеют меньший вес, чем вентиляторы с лопатками, загнутыми назад. Вентиляторы с радиальным расположением рабочих лопаток имеют КПД примерно на 10 % выше, чем вентиляторы с лопатками, загнутыми вперед. Значение их КПД (0,65-0,72) близко к КПД вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, являющихся наиболее экономичными. Унифицированные центробежные вентиляторы с радиальным расположением лопаток в наибольшей степени удовлетворяют требованиям, предъявляемым к вентиляторам.

При выборе вентилятора для какого-либо помещения его производительность определяют в зависимости от количества обменов воздуха в час, которое должно быть обеспечено вдувной или вытяжной вентиляцией для различных помещений (табл. 1).

По данным таблицы и объему V_п помещения, для которого подбирают вентилятор, вычисляют его часовую производительность (м³/ч):

Более точно значение V_в определяется расчетом на удаление избыточных тепловыделений и поддержание в помещении воздуха заданного химического состава.

Пересчет воздуха при давлении p_д, объеме V_д и температуре t_д с коэффициентом объемного расширения α_в на стандартный воздух Стандартному воздуху соответствуют следующие параметры: температура t_ст = 20 °С, давление p_ст = 760 мм рт. ст., относительная влажность 50 %.x производится по формулам:

Теоретически напор, создаваемый центробежным вентилятором, выражается в миллиметрах водяного столба и равен:

где:

• γ_возд – объемная масса воздуха, кг/м³;
• γ_воды – объемная масса воды, кг/м³.

При плотности воздуха ρ объемная масса воздуха γ_возд = gρ.

Тогда:

или при радиальном входе воздуха на лопасти:

Читайте также: Технологические операции на танкерах-газовозах

Учитывая влияние конечного числа лопастей на создаваемый напор коэффициентом σ_в и вводя гидравлический КПД η_г, действительный напор определяют по формуле:

где:

• ${\phi }_{в}=\frac{c_{2u}}{u_2}$

  – коэффициент закручивания потока;

• ${\psi }_{в}={\sigma }_{в}{\phi }_{в}{\eta }_{\mathrm{г}}$

  – коэффициент напора, учитывающий конечное число лопаток, равный для лопаток, загнутых вперед, 0,8-1,1; радиальных лопаток – 0,6-0,8, лопаток, загнутых назад, – 0,5-0,7.

Наибольшие допустимые окружные скорости колеса для вентиляторов различных конструкций из условий прочности приведены в табл. 2.

Лопатки, загнутые назад, применяют в низконапорных вентиляторах. Число лопаток вентиляторов обычно 4, 6, 8, 12, 16, 24, 32, 48. Мощность, необходимая для приведения вентилятора в действие, определяется по формулам (по первой – в кВт, по второй – в л. с.):

где:

• V_в – часовая производительность вентилятора, м³/ч (в пересчете на стандартный воздух);
• H – напор, м вод. ст.

Полный КПД вентилятора состоит из частных КПД:

• гидравлического, учитывающего потери напора;
• механического и гидравлического трения, учитывающего потери на трение дисков о перемещаемую среду:

Системы отопления

Системы отопления на судах предназначены для подогрева воздуха в холодное время года в жилых, служебных и производственных помещениях, а также в грузовых отсеках и отделениях, где размещены обслуживаемые механизмы и оборудование.

Системы отопления судов могут быть:

• паровыми,
• водяными,
• и воздушными.

В качестве теплоносителя в них соответственно применяются:

• водяной пар;
• горячая вода;
• подогретый воздух.

Рассмотрим, какие системы отопления применяются на судах морского флота. Первым на судах нашло применение паровое отопление, что было связано с удобством использования водяного пара котлов. С появлением теплоходов на этих судах стали использовать водяное отопление, а далее получило распространение воздушное отопление. Применение пара, имеющего более высокую температуру по сравнению с подогретой водой, способствует некоторому снижению массы трубопроводов системы отопления, но зато водяное судовое отопление более удобно для регулирования температуры воздуха в помещениях. Наилучшие санитарно-гигиенические условия достигаются при воздушном отоплении, которое можно рассматривать как частный случай Системы общесудовой вентиляции и кондиционирования воздухакондиционирования воздуха, так как одновременно с подогревом воздуха обеспечивается вентиляция помещения.

В соответствии с правилами, утвержденными странами-членами СЭВ в 1970 г., и на основе общих сравнительных оценок систем отопления наиболее целесообразно применять в жилых и служебных помещениях воздушное или водяное отопление, а в грузовых отсеках, машинных и насосных отделениях, тамбурах, кладовых – паровое.

К системам отопления предъявляют следующие основные требования:

• поддержание заданной температуры в отапливаемых помещениях, принимаемой для жилых, бытовых и служебных помещений в интервале 17-20 °С, а для машинных отделений и грузовых отсеков 5-10 °С;
• предотвращение появления застойных горячих или холодных зон в отапливаемом помещении;
• удобство регулирования температуры воздуха в отапливаемом помещении и простота обслуживания системы отопления;
• предотвращение протечек теплоносителя через соединения трубопроводов, а также ожогов о горячие поверхности труб и приборов системы;
• минимальный шум в помещениях от циркуляции теплоносителя в трубопроводах системы отопления.

На судах применяются двух- и однопроводная системы парового отопления. На рис. 10 приведена схема двухпроводной системы.

Подогрев воздуха в помещениях осуществляется путем отдачи тепла от пара к воздуху через стенки паровых грелок 16, устанавливаемых в отапливаемых помещениях. Сухой насыщенный пар (теплоноситель) отдает при этом скрытую теплоту парообразования и обращается в конденсат. Применяют для отопления пар низкого давления, что обусловлено следующими причинами:

• с уменьшением давления увеличивается скрытая теплота парообразования;
• уменьшение давления делает эксплуатацию парового отопления менее опасной;
• уменьшается масса системы парового отопления;
• с уменьшением давления пара до 2 кгс/см² температура его не превышает 130 °С, что уменьшает пригорание пыли, оседающей на грелки, и чрезмерное подсушивание воздуха.

В двухпроводной системе парового отопления по одной магистрали 2 (рис. 10) к грелкам подводится пар, а по другой магистрали 3 отводится конденсат. Пар из котла подводится к распределительному коллектору 11, проходя редукционный 8 и предохранительный клапаны и сепаратор 10. В редукционном клапане давление пара снижается до величины рабочего давления. В сепараторе происходит отделение от пара влаги. Если давление за редукционным клапаном по каким-либо причинам превысит допустимое рабочее, то сработает предохранительный клапан, через который выпускается некоторое количество пара, в результате чего давление в системе снизится до допустимой величины.

Предлагается к прочтению: Системы инертных газов на современных танкерах

Паровые грелки применяют гладкотрубные или оребренные. Последние при одинаковом теплосъеме имеют меньшие габаритные размеры.

На входе пара в грелку и на выходе из нее установлены запорные клапаны 17 и 15. Клапаном 17 на входе регулируют расход пара к грелке, а клапаном 15 отключают грелку при ремонте системы отопления. На трубопроводах отвода конденсата 14 от грелок устанавливают конденсатоотводчики 6, которые препятствуют выходу из системы отопления пара вместе с конденсатом.

На судах применяются конденсатоотводчики:

• лабиринтового,
• термостатического,
• и поплавкового типов,

позволяющие получить в системе парового отопления так называемое саморегулирование, при котором изменение регулируемой температуры приводит к соответствующему изменению количества подводимого тепла без воздействия каких-либо специальных регуляторов.

На рис. 11 приведен наиболее часто встречающийся термостатический конденсатоотводчик.

Его сильфон 2 заполнен легкоиспаряющимся жидким эфиром. Если через конденсатоотводчик пойдет Конденсатно-питательные и паровые системы на суднеконденсат с паром, то несколько повышенная температура смеси вызовет закипание эфира с образованием паров. Давлением паров эфира сильфон растягивается, перемещая клапан 5 вниз, в результате чего перекрывается выход конденсата из конденсатоотводчика. Пар, содержащийся в конденсате, будет отдавать тепло через стенки. Когда в конденсате не останется больше пара, начнется обратный скоротечный процесс теплопередачи через тонкие стенки сильфона от эфира к конденсату.

При этом пары эфира сконденсируются, давление в сильфоне упадет, и он несколько сожмется. В результате клапан 5 откроет проход конденсату из конденсатоотводчика.

На рис. 12 представлен конденсатоотводчик лабиринтового гидродинамического типа.

Повышение уровня конденсата в таком конденсатоотводчике приводит к подъему тарелки 2 и переходу конденсата из полости 3 в патрубок 1.

Пар, проходя через зазор между тарелкой 2 и корпусом, снижает свое давление, что и обеспечивает его конденсацию.

Однопроводная система отопления (рис. 13) отличается от двухпроводной отсутствием специального конденсатного трубопровода; конденсат в этой системе движется вместе с паром.

Полное заполнение грелок 4 паром достигается установкой эжекторов (это также предотвращает застой пара в грелках). К каждому эжектору подсоединяется паровая грелка 4. За счет разности давлений при входе пара в эжектор и при выходе из горла эжектора создается напор (до 600 мм вод. ст.), необходимый для заполнения грелок паром. При рабочем давлении пара в 2-3 кгс/см² циркуляция его в грелках обеспечивается более высокая, чем в двухпроводной системе парового отопления. Масса однопроводной системы на 25-30 % меньше массы двухпроводной. Грелки системы парового отопления размещают на холодных стенках помещений. Для предохранения людей от ожогов грелки закрывают дырчатыми кожухами.

Судовые системы и трубопроводыТрубопровод систем отопления изготовляется из стальных труб со штуцерными (при D_у до 32 мм) и с фланцевыми соединениями. Во влажных помещениях трубопроводы небольших диаметров собираются из красномедных труб. Применяется стальная, латунная, бронзовая путевая арматура и стальные грелки. Трубопроводы свежего пара прокладывают по переборкам и подволокам коридоров с помощью подвесок.

Для уменьшения потерь тепла через паропроводы, прокладываемые через неотапливаемые помещения и коридоры, их теплоизолируют.

На рис. 14 приведена схема водяного отопления.

Вода подогревается в специальном водогрейном котле 1 до 80-90 °С и естественным путем поднимается в воздухосборник 12, наиболее высоко расположенный в системе. Циркулировать по трубопроводам системы вода может либо естественным путем вследствие разности плотностей воды, охлажденной в грелках, и горячей воды либо с помощью насосов. Верхняя незаполненная часть расширительного бачка 4 воспринимает увеличивающийся объем воды после нагревания ее в котле; отсутствие в системе такого бачка могло бы привести к разрыву соединений трубопроводов системы или течи трубопроводов в отдельных местах. В воздухосборнике 12 собираются пузырьки воздуха и пара из воды, заполнившей трубопроводы и грелки системы. При отсутствии воздухосборника пузырьки воздуха и пара могут вызвать образование в коленах и разветвлениях трубопроводов воздушных или паровых мешков, нарушающих циркуляцию воды в системе. Вода, освобожденная от пузырьков воздуха и пара, из воздухосборника самотеком подходит к грелкам 17, а выделившийся из нее воздух и пар выходят в помещение. Охлажденная после грелок вода стекает в магистраль и насосами 9 вновь возвращается в котел для подогрева.

В системах водяного отопления в качестве грелок можно применять чугунные литые радиаторы, которые более удобны в эксплуатации, хотя и значительно тяжелее. Иногда для упрощения системы расширительный бачок совмещают с воздухосборником.

Система отопления с естественной циркуляцией воды наиболее проста из-за отсутствия в ней циркуляционных насосов, однако она уступает по эффективности теплообмена в грелках и надежности циркуляции воды системе с принудительной циркуляцией. Трубы, арматуру и грелки изготавливают из меди, стали или латуни. Трубопроводы, проходящие через жилые и служебные помещения, изолируют асбестовым шнуром.

Преимуществом водяного отопления по сравнению с паровым является более простое устройство в связи с отсутствием конденсатоотводчиков, редукционных и предохранительных клапанов, сепараторов, а также безопасность для людей, так как вода в системе имеет незначительное избыточное давление. К недостатку водяного отопления следует отнести большую массу по сравнению с паровым отоплением и необходимость установки на судне специального водогрейного котла. Системы водяного отопления нашли применение на пассажирских судах.

На Системы воздуха и газоотвода на судах морского флотасудах морского флота все большее распространение находит воздушное отопление. Системы воздушного отопления применяются в жилых, служебных и общественных помещениях (но не в курительных, аккумуляторных, помещениях станций углекислотного тушения и гальюнах). Работа системы основана на подогреве воздуха в воздухоподогревателях и распределении его по обслуживаемым помещениям. В холодное время года система используется для отопления и вентиляции, а в теплое время – только для вентиляции. Совмещение вентиляции и отопления в одной системе позволяет изменять в широких пределах температуру в помещениях.

Система воздушного отопления проще, чем системы парового и водяного отопления. Конструктивно она выполняется по автономному или групповому принципу – в зависимости от количества, назначения и расположения обслуживаемых помещений. Например, отопление общественных помещений, медицинских изоляторов и помещений большого объема выполняется по автономному принципу.

Воздух, нагретый в групповых воздухоподогревателях, вторично подогревается в регулируемых воздухоподогревателях, расположенных в каютных шкафчиках (рис. 15).

При выходе воздуха из воздухораспределительного шкафчика 1 благодаря эжектирующему действию происходит рециркуляция воздуха внутри помещения. Коэффициент эжекции для различных воздухораспределителей может достигать 2,5-3. Рециркуляция воздуха в пределах, допустимых санитарными правилами Количество CO₂ не должно превышать 0,1-0,15 %.x, применяется в помещениях, где нет вредных парогазовых выделений. Работа системы воздушного отопления без рециркуляции будет неэкономичной. Показатели системы зависят от скорости воздуха в магистральных трубопроводах, которая составляет 10-15 м/с для низкоскоростных систем и 20-25 м/с для высокоскоростных. Требуемый напор вентиляторов в низкоскоростных (низконапорных) системах достигает 100-180, а в высокоскоростных (высоконапорных) – 300-500 мм вод. ст. Низконапорные системы имеют трубопроводы большего поперечного сечения, которые сложнее располагать на судне. Малые скорости движения воздуха в них фактически лишают входящий в помещение поток эжектирующего действия, поэтому по трубопроводам подается все расчетное количество воздуха.

Изменение расхода воздуха в одном помещении может повлечь за собой изменение расхода в остальных помещениях. Для устранения этого в системах устанавливают регуляторы Приборы автоматики систем изучаются в курсе «Автоматика и контрольно-измерительные приборы».x, поддерживающие статическое давление в пределах необходимой величины.

Низкоскоростные системы используются в помещениях, в которых не требуется индивидуальной регулировки параметров воздуха, например в общественных помещениях, кубриках. Высоконапорные системы имеют более устойчивый режим работы и находят применение для отопления кают и помещений, где требуется индивидуальная регулировка воздуха. При нагреве наружного воздуха относительная влажность уменьшается и, как правило, оказывается недостаточной для обеспечения нормальных условий. Включение в систему воздушного отопления установок увлажнения воздуха позволяет называть ее системой зимнего кондиционирования.

Эксплуатация систем вентиляции и отопления

В данном пункте рассмотрим основные правила эксплуатации систем вентиляции и отопления на морских судах для обеспечения безопасности на борту. Эксплуатация систем вентиляции заключается в поддержании их в рабочем состоянии и в обеспечении надежного уплотнения вентиляционных каналов. Периодически корпус ротора вентилятора следует вскрывать. Особое внимание должно быть уделено уходу за вентиляторами, приводящими систему в действие. Перед пуском вентилятора следует провернуть его вручную, чтобы убедиться, что вращение его происходит нормально. Затем проверяют, открыт ли приемный воздуховод и не попали ли в него посторонние предметы. Далее проверяют исправность действия регулятора турбины и состояние электропроводки в электровентиляторах. Вентиляторы большей производительности рекомендуется запускать при закрытой заслонке на всасывающей стороне.

При работе вентилятора следят за наличием и состоянием смазки, а также за появлением ненормальных шумов и стуков.

При появлении стуков, ударов и вибрации необходимо остановить вентилятор и проверить его крепление, состояние амортизаторов, отсутствие посторонних предметов внутри вентилятора, крепление крылатки и балансировку ее.

Будет интересно: Контролируемый газоотвод на морских танкерах

Причина ненормальной работы должна быть немедленно найдена и устранена. Если вентилятор не обеспечивает номинальных напора и производительности, то необходимо проверить правильность положения заслонок, отсутствие засорения и плотность воздуховодов, отклонение числа оборотов от номинального, правильность направления вращения. Работа вентилятора в режиме помпажа не допускается. Помпаж происходит от накопления воздуха и проникновения его между лопатками. Для остановки вентилятора необходимо остановить его двигатель. В момент остановки рекомендуется прослушать механизм на малых оборотах, чтобы убедиться в отсутствии ненормальных шумов и стуков.

Крылатки вентиляторов чистят раза два в год. Особенно интенсивно загрязняются вытяжные вентиляторы камбузов.

В корпусе вентилятора не допускается скопление конденсата, поэтому спускная пробка при его работе должна быть открыта. Окрашивать вращающиеся части вентилятора не допускается.

Техника безопасности требует, чтобы судовые вентиляторы, в том числе и ветрогоны, были надежно закреплены от падения при качке, так как при включенном электродвигателе они перегреваются и это может стать причиной пожара.

Эксплуатация систем отопления осуществляется в соответствии с:

• ПТЭ;
• инструкцией завода-изготовителя;
• дополнительными указаниями службы судового хозяйства.

Система парового отопления требует повседневного наблюдения. При этом проверяют:

• температуру в обогреваемых помещениях;
• состояние уплотнения всей системы (замеченные дефекты и неплотности в соединениях и сальниковых набивках клапанов устраняют немедленно);
• давление пара в распределительных коробках по показаниям манометров;
• давление пара за редукционным клапаном, которое должно строго соответствовать установленному рабочему давлению в системе парового отопления.

Кроме того, необходимо выполнять следующие правила эксплуатации:

• предохранительные клапаны должны быть отрегулированы и опломбированы;
• в целях повышения эффективности работы системы следует периодически выпускать воздух, скапливающийся в грелках системы водяного отопления;
• в целях повышения эффективности работы системы необходимо периодически (через 3-4 ч) продувать магистраль конденсата и сепараторы, чтобы не допустить застаивания конденсата в трубопроводах и грелках системы;
• показания манометров, установленных в системе парового отопления. Они периодически должны сверяться по контрольным манометрам. Ежегодная проверка всех манометров обязательна.

Пуск системы в действие осуществляется в следующем порядке: пускают пар из магистрали свежего пара, проверяют правильность работы редукционных клапанов и затем пускают пар на грелки для обогрева отдельных помещений.

При приеме пара от отопителя, расположенного вне судна, необходимо соединить систему парового отопления с отопителем с помощью металлического шланга, отключить от системы парового отопления вспомогательные потребители пара (нагревательные приборы и т. д.). Если с берега подается пар низкого давления, то при длительной Организация вахтенной службы при стоянке судна на якорестоянке судна, например на зимнем ремонте, разрешается снять редукционные клапаны и заменить их патрубками. В этом случае необходимое давление поддерживается редукционными клапанами отопителя. Возврат конденсата в отопитель производится по гибкому шлангу от магистрали конденсата системы парового отопления.

Не рекомендуется в период работы трубопроводов, находящихся под давлением, наносить по ним какие-либо удары, так как это может вызвать местную концентрацию напряжений, что приведет к разрыву трубопровода.

По окончании отопительного сезона систему необходимо промыть и заполнить пресной водой, после чего прогреть и удалить из нее воздух для предохранения от коррозии.

Автоматическое регулирование температуры воздуха в отапливаемых помещениях путем изменения количества греющей среды, подаваемой к грелкам, может быть осуществлено при водяном отоплении с помощью автоматических устройств, разработанных ЦКТИ.

Регулирование температуры воздуха в отапливаемых помещениях может быть также обеспечено при установке конденсатоотводчиков, запирающих выход пара из каждой паровой грелки.

Автор

Ольга Коцофан

Фрилансер

Список литературы

1. Александров А. В. Судовые системы. Л., «Судостроение». 1966. 200 с.
2. Богомольный А. Е. Судовые вспомогательные и рыбопромысловые механизмы. Л., «Судостроение», 1971. 384 с.
3. Валдаев М. М. Гидравлические приводы судовых палубных механизмов. Л., «Судостроение», 1973. 295 с.
4. Гурович А. Н. и др. Судовые устройства. Справочник. Л., «Судостроение», 1967. 412 с.
5. Дубровский О. Н., Руфин Б. А., Артамонов М. Н. Гидравлические приводы судовых механизмов. Л., «Судостроение», 1969. 383 с.
6. Ермилов В. Г. Эксплуатация испарительных установок теплоходов. М., «Транспорт», 1969. 92 с.
7. Епифанов Б. С. Судовые системы. Л., «Судостроение», 1973. 136 с.
8. Завиша В. В., Декин Б. Г. Судовые вспомогательные механизмы. М., «Транспорт», 1974. 392 с.
9. Инструкция по химической очистке судовых испарителей. ММФ, 1968.
10. Коваленко В. Ф. и др. Водоопреснительные установки морских судов. М., «Транспорт», 1964. 304 с.
11. Кравченко В. С. Монтаж судовых вспомогательных механизмов. Л., «Судостроение», 1968. 219 с.
12. Михайлов С. С., Мартынов Б. М. Пневматические приводы судовых механизмов и устройств. Л., «Судостроение», 1974. 190 с.
13. Петрина Н. П. Судовые насосы. Л., Судпромгиз, 1962, 376 с.
14. Плявин Н. И. Эксплуатация морского танкера. М., «Транспорт», 1968. 336 с.
15. Правила классификации и постройки морских судов. Регистр СССР. Л., «Транспорт», 1967. 311 с.
16. Правила классификации и постройки морских судов. Регистр СССР. Л., «Транспорт», 1970. 855 с.
17. Правила техники безопасности на судах морского флота. М., Реклам-бюро ММФ, 1970.
18. Правила технической эксплуатации судовых вспомогательных механизмов и оборудования. М., «Транспорт», 1975.
19. Правила технической эксплуатации корпуса, помещений, устройств и систем судна. М., «Транспорт», 1965. 164 с.
20. Положение о технической эксплуатации морского флота. М., Реклам-бюро, 1973. 151 с.
21. Справочник судового механика. Т. 2. Под ред. Л. Л. Грицая. М., «Транспорт», 1974. 697 с.
22. Шмаков М. Г. Рулевые устройства судов. Л., «Судостроение», 1968. 364 с.
23. Ясинский А. С. Судовые паросиловые установки. М., «Транспорт», 1969. 192 с.