Учебная работа. Электролизные установки

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Электролизные установки

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

.задачи РАСЧЁТА

2.ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТА

3.РАСЧЁТ необходимого КОЛИЧЕСТВА АППАРАТОВ ПОГЛОЩЕНИЯ

.ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АППАРАТОВ

.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИЗНОЙ УСТАНОВКИ

.РАСЧЁТ АВАРИЙНОГО запаса СРЕДСТВ ХРВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Автономность и эффективность боевого использования современных подводных лодок, насыщенных оборудованием и вооружением, определяется не столько техническими возможностями и бортовыми запасами энергии, продовольствия и воды, сколько боеспособностью, физическим и психологическим состоянием личного состава.

В условиях длительных автономных походов для выполнения экипажем подводной лодки поставленных командованием задач, особое и определяющее значение приобретает обитаемость по воздушной среде.

Под обитаемостью подводных лодок понимаются условия жизни и боевой деятельности их экипажей , которые создаются техническими средствами, архитектурными особенностями и организацией службы корабля с целью наиболее эффективного использования личным составом боевых и технических средств при плавании в любых режимах и климатических зонах Мирового океана , и составляют один из основных их тактико-технических элементов.

Обитаемость их определяется комплексом факторов , основным из которых является химический состав воздуха обитаемых ( и необитаемых ) помещений.

При погружении подводной лодки под воду происходит существенное изменение отсечного воздуха корабля :

растет концентрация СО;

— снижается концентрация О ;

главным образом за счет дыхания людей. Одновременно с этим в воздушную среду поступают многочисленные паро- , газообразные примеси и аэрозоли , выделяемые различными механизмами , вооружением , материалами и людьми , оказывающие в большинстве своем отрицательное воздействие на личный состав . поэтому одним из важнейших факторов , определяющих условия жизнедеятельности личного состава , является обитаемость по воздушной среде .

Обитаемость подводных лодок по воздушной среде — это определенное состояние воздушной среды отсеков подводной лодки , характеризующееся конкретным качественным и количественным составом (содержанием О , СО и вредных примесей ) и оказывающее определенное воздействие на жизнедеятельность и боеспособность личного состава корабля .

Обеспечение обитаемости подводной лодки по воздушной среде возлагается на службу РХБЗ и включает :

— регенерацию воздуха по О и СО ;

очистку воздуха от вредных примесей ;

— газовый контроль воздуха и технологических газовых сред.

Состав и принцип построения систем регенерации воздуха зависит от реализуемых методов получения О , удаления из воздуха СО , а также утилизации побочных продуктов .

Возможности систем регенерации можно классифицировать по форме используемого О или методам его получения , по способам удаления СО из воздуха , по кратности использования , виду побочных продуктов и способам обращения с ними , по принципу построения и автоматизации и т.д.

По методам получения О:

— физические (свободный О в жидком или сжатом состоянии ) ;

— химические ( связанный О в форме надперекисных неорганических соединений типа NaO , KOи солей типа NaClO) ;

электрохимические ( Ов форме НО ) ;

— биотехнические (фотосинтез ) .

По методам удаления СОиз отсечного воздуха :

— физические ( разделение мембранами , фракционная конденсация ) ;

химические ( поглощение твердыми хемосорбентами типа LiOH , KOH , NaOH , Ca(OH) , KCO , ионитами , жидкими поглотителями типа аминов и щелочей ) ;

— биотехнические (фотосинтез ) .

По кратности использования :

— однократного действия ( нерегенерируемые источники Ои поглотители СО твердые щелочи, хлоратные свечи, запасы свободного О);

— многократного (длительного) действия: регенерируемые в условиях подводной лодки твердые (KCO , иониты ) и жидкие (растворы щелочей и аминов) поглотители СО, полимерные мембраны.

По виду побочных продуктов и способам обращения с ними :

— с накоплением твердых продуктов (биомасса, карбонаты , твердая углекислота);

— с удалением газообразных продуктов (СО и Н2):

— с накоплением или удалением жидких продуктов (при регенерации ионитов. утилизации СО: и Н; синтезом продуктов типа метанола).

По степени взаимосвязи и взаимообусловленности процессов регенерации :

— раздельные (процессы выделения О и поглощения СО технологически не связаны друг с другом, осуществляются в самостоятельных подсистемах);

— совмещенные (процессы получения О и поглощения СО из воздуха взаимосвязаны и взаимообусловлены, осуществляются при функционировании общей технологической схемы).

системы регенерации полурегенеративного типа, а также все системы ЭХРВ относятся к системам с большим энергопотреблением и тепловыделениями. химические СРВ нерегенеративного типа хотя и обладают минимальными тепловыделениями и энергопотреблением, но по массогабаритным показателям могут конкурировать с электрохимическими лишь при времени подводного плавания меньше 25-30 сут. В настоящее время на снабжении ПЛ ВМФ приняты три вида -систем регенерации воздуха:

средства химической регенерации воздуха (СХРВ) на основе надперекиси калия совмещенного нерегенеративного типа разового использования (пластины В-64 в установках РДУ);

— электрохимические системы регенерации воздуха ( СЭХРВ) раздельного типа, получение кислорода в которых осуществляется электролизом щелочного электролита, а поглощение СО — твердым хсмосорбентом ТРП на основе KCO

— СЭХРВ совмещенного типа, получение О в которых достигается электролизом раствора KCO, а поглощение СО- водным раствором щелочи, одновременно образующейся в электролизере .

На подводных лодках ВМС США используются два вида систем РВ:

— электрохимические раздельного типа, кислород в которых получается электролизом щелочного электролита, а СО поглощается регенерируемым жидким поглотителем на основе МЭА;

— химические раздельного типа однократного действия, получение О в которых осуществляется в процессе горения хлоратных свечей, а поглощение С СО — твердой гидроокисью лития.

Любые типы систем РВ должны обладать высокими эксплуатационными показателями при использовании их по прямому назначению: что может быть достигнуто лишь при условии, если они удовлетворяют комплексу требований. системы РВ должны отвечать общим (предъявляемым к любой общекорабельной системе). специфическим (учитывающим специфику систем РВ по их функциональному предназначению) и частным (учитывающим различия систем РВ) требованиям.

Общие требования :

системы регенерации воздуха должны обладать:

— безопастностью на всех фазах эксплуатации и при ремонте. Этому требованию в полной мере не отвечает ни одна из существующих систем РВ. Так химические СРВ обладают повышен ной способностью вызывать возгорание органических веществ, интенсифицировать развитие пожаров. Эксплуатация СЭХРВ связана с электрической, механической, тепловой и взрывной опасностью :

— высокой живучестью и надежностью при минимально возможном числе резервных элементов. Поскольку уровень надежности систем по мере их усложнения снижается, особое внимание должно уделяться, прежде всего, СЭХРВ , для которых вероятность безотказного функционирования в течение 5000 ч непрерывной работы должна быть < 0,9.

Живучесть систем РВ (способность противостоять боевым и аварийным повреждениям, восстанавливая в возможной степени свой свойства) уменьшается по мере централизации размещения управления:

СХРВ > СЭХРВ-РТ > СЭХРВ-СТ:

минимально возможными показателями качества по массе , габаритам, энергопотреблению, тепловыделению, стоимости. По максимальным показателям энергопотребления и тепловыделения наибольшей мере отвечают химические СРВ. а по массогабаритам электрохимические (при большой численности экипажа и автономности плавания ) ;

— простотой конструкции элементов и схемных решений , обеспечивающих высокую надежность, полную автоматизацию и централизацию управления работой, контроль выходных параметров и состояния систем без непосредственного обслуживания с местных постов, а также аварийную защиту и сигнализацию.

Простота конструкции и устройства химических систем не позволяют обеспечить автоматизацию и централизацию управления без усложнения схемного решения. электрохимические системы хотя и не отличаются простотой конструкции и схемных решений обладают высоким уровнем автоматизации, централизации управления, контроля основных параметров и аварийной защитой. В то же время централизованный контроль состояния элементов (диагностика) в этих системах отсутствует :

максимально возможной стандартизацией и унификацией элиментов с целью повышения надежности систем. улучшения их эксплуатационных свойств, взаимозаменяемости , сокращения объема ЗИП , времени и стоимости обслуживания (ремонта);

— минимальными протяженностью трубопроводов и кабельных трас , соединений и уплотнений , забортных отверстий , запорных и разобщительных органов , а также возможностью полного удаления рабочих сред из всех полостей. Этому требованию вполне соответствуют химические СРВ; среди электрохимических — в наименьшей мере системы раздельного типа;

— возможностью агрегатного метода ремонта основного оборудования в условиях подводных лодок, пунктов базирования и ремонта. Наиболее просто эта задача решается в случае химических СРВ (заменой РДУ и комплектов В-64). электрохимические системы в современном исполнении (за исключением

некоторых узлов) слабо приспособлены к реализации агрегатных методов ремонта:

— независимостью функционирования от состояния и режимов работы других общекорабельных систем. Химические системы РВ в полной мере отвечают этому требованию. Что касается электрохимических систем, то эффективность их функционирования зависит от состояния и режимов работы систем электропитания. Водоподготовки , водяного охлаждения и др.;

— минимальными значениями параметров демаскирующих физических и химических ( концентрационных ) полей .Этому требованию полностью отвечают химические системы РВ. Функционированию СЭХРВ сопровождаются акустическими и химическими полями ( удаления за борт сжатых газов — СО и Н2 ) .

Специфические требования.

Любая система РВ в соответствии со своим предназначением должна:

— обеспечивать поддержание состава воздуха отсеков по О и СО в соответствии с медико-техническими требованиями в течение заданного времени (для ПЛА — в течение всей автономности для ДПЛ — в установленное в ТТЗ на проектирование время).

— эффективно функционировать независимо от тепловлажностных параметров и барометрического давления воздушной среды. Этому требованию в наибольшей мере отвечают совмещенные ЭХРВ. Эффективность функционирования химических СРВ и углекислотных подсистем раздельных СЭХРВ зависит от температуры, влажности и барометрического давления;

— обеспечивать поддержание и регулирование коэффициента регенерации в пределах 1,05-1,2 , для совмещенных СЭХРВ с отбором О > 0.9.

В наибольшей мере это требование может быть выполнено при эксплуатации электрохимических систем. Достижение максимума значений К при использовании химических систем ограниченно, так как они зависят от тепловлажностных параметров, давления воздуха, нагрузки, расположения установок;

электрохимические системы должны иметь частичное резервирование средствами химической регенерации воздуха. Это требование вытекает из необходимости бесперебойного обеспечения обитаемости ПЛ по О и СО. Резервирование СЭХРВ должно предусматривать создание на ПЛА расходного и аварийного запаса химических средств РВ:

— расходный запас предназначается для компенсации дефицита производительности СЭХРВ по О и СОзависящего от эксплуатационной эффективности систем, при отказах или вынужденных отключениях систем (режим «тишина»);

— аварийный запас используется при аварии ПЛ по режиму II , он предусматривается в расчете на наибольшую численность личного состава в каждом по различным готовностям .

Частные требования к системам электрохимической регенерации воздуха:

электрохимические системы РВ должны обладать производительностью, обеспечивающей 150% численности личного состава на стадии эскизного проекта и 110% штатной численности личного состава находящихся в строю ПЛ;

должно предусматриваться 100-процентиое резервирование важнейших или наименее надежных элементов (выпрямительных агрегатов, компрессоров, вентиляторов и насосов электролизных установок);

количество раздатчиков О и аппаратов типа УРМ в отсеках должно быть таким, чтобы их общая производительность по СО и О соответствовала максимальной нагрузке (при всех вариантах размещения личного состава на ПЛ ):

— подпитка электролизеров должна производиться от корабельной системы дистиллята;

— распределение аппаратов УРМ по группам и цикличность работы групп должны быть такими, чтобы суммарная производительность аппаратов одной группы по СО на стадии десорбции не превышала производительности углекислотного компрессора;

— для аппаратов УРМ должен предусматриваться запас блоков ТРП для перезарядки в случае выхода из строя основной за грузки поглотителя .

частные требования к системам химической регенерации воздуха :

— обладания высокой емкостью по О и СО, сохранение эффективного функционирования в широком диапазоне параметров микроклимата и переменных нагрузок, допущение перерывов в работе ;

— необходимость резервирования числа комплектов В-64 при использовании их в качестве единственного средства регенерации воздуха (из расчета обеспечения 110% штатной численности личного состава) .

список сокращений

АПЛ аварийная подводная лодка;

ПЛА атомная подводная лодка;

АППУ атомная паропроизводящая установка;

АЭУатомная энергетическая установка;

ВМБ военно-морская база;

ЗСРзона строгого режима;

ГКПглавный командный пункт;

ГЭУ главная энергетическая установка;

НК -надводный корабль;

РБрадиационная безопасность;

РОрадиационная обстановка;

РХБЗ радиационная, химическая и биологическая защита;

ТСРК технические средства радиационного контроля;

ВОУ водоопреснительная установка;

Изделие 436 аккумуляторная батарея;

Изделия 2508 торпеды.

1. задача РАСЧЕТА

Одним из основных факторов, обеспечивающих обитаемость подводной лодки, является газовый состав воздуха. Поддержание газового состава воздуха по кислороду и углекислому газу на ПЛА может осуществляться системой электрохимической регенерации воздуха раздельного типа ЭРВ-М, состоящий из кислородной установки К-4 и аппаратов поглощения углекислого газа типа УРМ-М.

указанная система должна обеспечивать следующее содержание кислорода и углекислого газа в воздушной среде:

— обитаемых отсеков:

по кислороду 20 ÷ 23%;

— по углекислому газу 0,2 ÷ 0,8% при средней концентрации не более 0,5%;

Задачей расчета является проверка достаточности производительности кислородной установки и определения количества аппаратов УРМ-М по отсекам для выполнения требований тактико-технического задания на ПЛА.

Расчет выполнен с учетом требований ГНТО-пл-68 «Гигиенические нормы и требования к обитаемости пл» и технической документации на систему ЭРВ-М.

2. ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Автономность ПЛА А=100 суток (2400 часов).

Штатное количество личного состава Nшт = 137 человек.

количество личного состава, для которого в соответствии с ГНТО-пл-68 на стадии проекта должна рассчитываться система регенерации, — 1,2Nшт = 56 человек. Распределение личного состава по отсекам по боевой готовности № 1 и № 2 приведено в табл. 1.

Таблица 1

Распределение личного состава по отсекам при боевой готовности № 1 и № 2

№ отсека1 т.о.2 жилой3 ц.п.4 всп. мех.5 всп. мех6 всп. мех7 реактор.8 турб.9 эл.тех.10 румп. отд.ΣБг-177678815-1077136Бг-2777314146-655136Обьём отсека, м330012005405404604604002501801804510

В третьем отсеке располагаются 2 аккумуляторные ямы.

Зоны отдыха располагается в третьем отсеке (на 25 человек).

СХРВ патронного типа.

количество кислорода, потребляемое 1 человеком

QO2 = 28 л/час.

Количество углекислого газа выделяемое 1 человеком

QCO2 = 25 л/час.

Скорость выделения окиси углерода qCO по отсекам приведено в табл. 2.

Таблица 2

Скорость выделения окиси углерода по отсекам

Отсек12345678910Кол-во СО г/час qCO 1,51,64,21,61,6(90 при работе опреснительной установки)1,66,4-101,62,4

количество углекислого газа, выделяемого водоопреснительной установкой в V отсеке, QCO2 В.О.У. = 90 г/час, количество кислорода 2 В.О.У. = 2,2 г/час, азота QN2 В.О.У. = 7,5 г/час.

Из двух установок работает одна tР В.О.У. = 18 часов в сутки.

На борту находятся 10 практических изделий 2508

Газовыделения от одного практического изделия 2508, размещаемого в I отсеке, составляет 100 л/сутки.

Состав газов:

— кислорода — 0,2%

— водорода — 1,5 — 60%

— азота — 35 — 88%

В отсеке может одновременно храниться 8 изделий в течении 10 суток и 2 изделия в течении автономности.

Газовыделения от аккумуляторной батареи (изделий 436), состоящей из 224 элементов, расположенной в 2-ом отсеке, в расчёте на один элемент (на основании данных отчета испытания аккумуляторов изделия 436 на срок службы № 78433 — 001 — 76, пр-е п/я В-2156) составляют:

При заряде общая продолжительность заряда 18-20 часов.

Максимальная скорость выделения кислорода составляет 800 — 900 см3 /мин. в течении двух — трех часов (с 6-го по 9-тый час заряда). С 14-го часа и до конца заряда скорость выделения кислорода становится постоянной 400 — 500 см3 /мин.

Максимальная скорость выделения водорода 900 — 1000 см3 /мин. устанавливается с 10-го часа заряда и держится на этом уровне до конца заряда.

после заряда в течении 6-18 часов.

Выделение кислорода происходит в первые 6 часов при начальной (максимальной) скорости 80 см3/мин.

Выделение водорода продолжается в течении 18 часов после заряда со средней скоростью 30 см3/мин.

При хранении изделий в заряженном состоянии выделяются газы содержащие 98 — 99% водорода и 1 — 2% кислорода.

Скорость выделения водорода QH2 аккумулятором составляет:

— в начале срока службы — 20 см3 /мин.;

(соответственно кислорода QО2 ак. ≈ 0,2 см3/мин. и ≈ 2,0 см3/мин.).

При подзаряде. Подзаряды производятся через каждые 6-10 суток. Длительность подзаряда в начале срока службы составляет 10-12 часов и в конце срока службы — 18-20 часов. Выделение кислорода и водорода начинаются с первого часа и продолжается весь подзаряд.

Максимальная скорость выделения кислорода составляет 700 см3/мин. в течении 4-х часов подзаряда (2-ой и 6-ой часы); с 8-го часа и до конца подзаряда скорость выделения кислорода становится постоянной — 400 см3/мин.

Максимальная скорость выделения кислорода составляет 800 см3/мин. и устанавливается постоянной в начале срока службы с 8-го часа подзаряда и в конце срока службы с 18-го — 19-го часа подзаряда.

При разряде. время разряда 3-5 часов.

В конце срока службы средние скорости выделения:

кислорода -100-200 см3/мин.

водорода -800-1200 см3/мин.

Данные по газовыделениям из элементов АБ приведены к температуре электролита 300 С. При повышении температуры электролита на каждые 100 С (в пределах от 20 до 400 С) выделение водорода увеличивается в 2 раза.

Производительность аппарата УРМ-М QCO2 чел./аппарат в зависимости от длительности циклограммы и относительной влажности воздуха, поступающего в аппарат, по данным технических условий ТУ6.16-1793-73 приведена в табл. 3.

Таблица 3

Производительность аппарата УРМ-М в зависимости от длительности циклограммы и относительной влажности воздуха

Влажность воздуха %Производительность Qco2 , чел/апСО2 = 0,2÷ 0,3%СО2 = 0,3 ÷ 0,4%СО2 = 0,4 ÷ 0,5%СО2 = 0,5 ÷ 0,6%СО2 = 0,6÷0,7%СО2 = 0,7 ÷0,8%31 ÷ 40Т=10ч.4566,46,77Т=12ч.3,3344,675,135,56641 ÷ 50Т=10ч.4566,77,38Т=12ч.3,834,9166,77,38> 50Т=10ч.45,577,47,78Т=12ч.4566,77,38

значения производительности аппарата при концентрации углекислого газа 0,3 ÷ 0,4% ; 0,5 ÷ 0,6% ; 0,6 ÷ 0,7 % приведены на основании эксплуатационных данных.

Вентилируемые объемы отсеков Vi и относительная влажность воздуха в них приведены в табл. 4.

В табл. 6 применены следующие сокращения: в.п. — верхняя палуба и ост. — остальные палубы.

Для обеспечения работы аппаратов при влажностях воздуха более 40 % в III и IV отсеках предусматривается забор воздуха в аппараты осуществлять из района подачи охлажденного воздуха в помещения, где местная температура воздуха будет 20 ÷ 30оС и влажность более 40 %.

Таблица 4

Вентилируемые объемы отсеков ПЛА и относительная влажность воздуха в них

Отсек12345678910Вентилируемый объем, м33001200540540460460400250180180Относительная влажность, %50 в п 30 ост>2040 в п 30 ост>20>20>20->20>20>20температура, оС25 в п 30 ост 4027 в п 35 ост404040-404040

3. РАСЧЁТ КОЛИЧЕСТВА АППАРАТОВ ПОГЛОЩЕНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

количество аппаратов Н в соответствии с ГНТО-пл-68 выбирается для каждого отсека исходя из наибольшего количества личного состава, находящегося в отсеке по готовностям №1 и №2 по формуле:

где: N — наибольшее количество личного состава в отсеке по готовностям №1 и №2 с учетом запаса и потребностей на

технические нужды, чел.

QCO2 ап. — производительность аппарата УРМ-М при тепловлажностных параметрах воздуха на входе в аппараты в данном отсеке при расчетной концентрации углекислого газа 0,4÷0,5%.

1-й отсек: Н = 7/6=2 аппарата;

-й отсек: Н = 7/6= 2 аппарата;

-й отсек: Н = 73/6 = 13 аппаратов;

-й отсек: Н = 14/6=3 аппарата;

-й отсек: Н = 14/6= 3 аппарата;

-й отсек: Н = 15/6 = 3 аппарата;

-й отсек: — ;

-й отсек: Н = 10/6=2 аппарата;

-й отсек: Н = 7/6= 2 аппарата;

-й отсек: Н = 7/6 = 2 аппарата.

количество углекислого газа, образующегося при дожигании окиси углерода, определяется из условия, что при дожигании 1г СО образуется 0,8 л СО2, что эквивалентно поступлению СО2 от

В соответствии с данными табл. 3 увеличение нагрузки на аппараты УРМ-М за счёт углекислого газа, образующегося при дожигании окиси углерода в 1,2,3,4,6,7,8,9,10-ом отсеках будет соответственно 0,05; 0,05; 0,14; 0,05; 0,05; 0,05; — ; 0,2; 0,05; 0,08 чел.

увеличение нагрузки от водоопреснительной установки в V помещении составит:

здесь: QCO2 ВОУ = 90 г/час — количество углекислого газа, выделяющегося из водоопреснительной установки;

γCO2 = 2 г/л — удельный вес углекислого газа;

tPВОУ = 18 часов — время работы водоопреснительной установки за сутки.

Суммарные нагрузки на аппараты отсека (N чел.) и количество аппаратов, определенное по формуле 1, приведены в табл. 5.

Таблица 5

отсек1234568910Сум. нагр. на аппар. отсека(чел)БГ-1Nшт.7.057.0567.148.058.0515.0510.27.057.081.2Nшт.9.059.0577.1410,0510,0518,0512,29,059.08БГ-2Nшт.7.057.0573,1414,0514,056,056,25,055,081.2Nшт.9.059.0585,1417,0517,057,057,26,056,08Расч. кол-ва аппаратовБГ-1Nшт.22122232221.2Nшт.2213223222БГ-2Nшт.22133322221.2Nшт.2215332222

При дальнейшем расчете для оптимизации количества аппаратов с учётом возможностей их размещения на ПЛА следует учитывать такие факторы:

установка в I отсеке аппарата УРМ-М, имеющего загрузку 9.05, не может быть признана целесообразной из-за необходимости обеспечения в этом отсеке минимальных помех гидроакустическому комплексу;

установка аппарата УРМ-М в VIII, X отсеках также нецелесообразна, т.к. аппараты в отсеках имеют нагрузку 21.28 чел.;

для обеспечения очистки воздуха от углекислого газа в I , IV, VI, VIII и X отсеках целесообразно принять периодическое перемещение воздуха этих отсеков со II, III, V и IX отсеками соответственно, а количество аппаратов во II, III, V и IX отсеках выбирается с учетом потребностей I , IV, VI, VIII и X отсеков;

для обеспечения регенерации воздуха в VI,VII,VIII отсеках достаточно 4 аппаратов УРМ-М, учитывая, что суммарная нагрузка на аппараты ≈ 18 человек и имеется возможность периодического перемешивания воздуха, а также предусмотрен специальный трубопровод для отбора воздуха и углекислого газа, выделяющегося от водоопреснительной установки.

В табл.5 определено количество аппаратов УРМ-М без учета, что по готовности №2 в III отсеке аппаратами УРМ-М должна обеспечиваться также и очистка воздуха в профилактории. Для расчета количества аппаратов УРМ-М, подключаемых по готовности №2 для работы на помещения профилактория, исходя из данных табл. 2 определены выделения углекислого газа по помещениям профилактория. Результаты расчета количества аппаратов для случаев нахождения в помещении профилактория 25 чел. (вариант нахождения на ПЛ личного состава в количестве №шт.) и 30 чел. (нахождения на ПЛ личного состава в количестве 1,2№шт. и более) приведены в табл.6. В этой таблице также приведены данные по потреблению кислорода которые будут использованы в дальнейших расчетах.

Таблица 6

Результаты расчета количества аппаратов для случаев нахождения в помещении профилактория 25 чел.

Наименование помещения профилакторияОсновные помещенияСалонСпортзалВсего салон + спортзалПомещение водных процедурВсего в профилак-торииNшт.1.2 Nшт.Nшт.1.2 Nшт.Nшт.1.2 Nшт.Nшт.1.2 Nшт.Nшт.1.2 Nшт.Nшт.1.2 Nшт.Кол-во людей Потребление О2,л/час Выделение угл. газа, л/час 5656561012101225301401681401684205045606724205041120134412515012515037545050060038045610051206Расчетное кол-во аппаратов УРМ-М, шт. 1,51,81,51,81,51,833,633,67,59Принятое кол-во аппаратов УРМ-М, шт.22См. графы Всего салон + спортзал 34341317

учитывая ограниченные возможности размещения аппаратов УРМ-М на ПЛА, а также возможности оптимизации режимов их использования, принято следующее количество аппаратов и их распределение по отсекам (табл. 7.).

Таблица 7

Принятое по результатам расчета количество аппаратов и их распределение по отсекам

Отсек (помещение)12345678910∑Принято аппаратов УРМ-М-427-8-р-6-45

4.особенности ЭКСПЛУАТАЦИИ АППАРАТОВ

По готовности № 1 — все аппараты работают на обработку воздуха в отсеках, где они расположены. Предусмотрено периодическое перемешивание воздуха между I и II отсеком; IV, V и VI отсеком, VIII, IX и X отсеками. 7 аппаратов профилактория работают на III отсек.

По готовности № 2, при функционирующем профилактории — 17 аппаратов III отсека работают на помещения профилактория, 10 на III отсек; 8 V отсека на IV, V и VI; 6 IX -на VIII, IX и X. Перемешивание аналогично БГ-1.

В случае необходимости полной герметизации III отсека, являющегося отсеком — убежищем, при нахождении в нём личного состава в количестве, соответствующем БГ-2, 27 аппаратов III-го отсека обеспечат поддержание концентрации СО2 в заданных пределах.

Количество аппаратов определено исходя из необходимости обеспечения норм ГНТО-пл-68 по СО2 для 120 % численности л/с (1,2 Nшт.).

Исходя из выбранного распределения аппаратов для 1,2Nшт. и 1,5Nшт. рассчитаны суммарные нагрузки на аппараты УРМ-М по отсекам Ni при различных готовностях с учетом работы профилактория и определены максимальные расчетные концентрации при неограниченных по времени готовностях №1 и №2. Результаты расчета приведены в табл.8.

Таблица 8.

Суммарные нагрузки на аппараты УРМ-М по отсекам

Отсек12345678910количество аппаратов работающих на отсек (шт)Гот. № 1-417-8—6-Гот. № 2-427/10-8—6-Суммарная нагрузка на аппараты отсека (чел.) NίГот. № 1Nшт.7,057,0567,058,058,0515,05-10,27,057,051,2 Nшт.9,059,0577,0510,0510,0518,05-12,29,059,051,5 Nшт.10,0510,05103,0512,0512,0522,05-15,210,0510,05Гот. №2Nшт.7,057,0573,0514,0514,056,05-6,25,055,051,2 Nшт.9,059,0585,0517,0517,057,05-7,26,056,051,5 Nшт.10,0510,05110,0521,0521,059,05-9,27,057,05нагрузка на один аппарат (чел/ап.)Гот. № 1Nшт.-3,54-3,8—4,05-1,2 Nшт.-4,54,5-4,77—5,05-1,5 Nшт.-5,036,06-5,77—5,88-Гот. №2Nшт.-3,52,7-4,27—2,7-1,2 Nшт.-4,53,1-5,14—3,22-1,5 Nшт.-5,034,1-6.39—3,88-Расчетная концентрация CO2 (%)Гот. № 1Nшт.см. п.3.20. табл. 130.20.30.30.40.2-0.650.2см. п.3.20. табл. 131,2 Nшт.0.20.30.40.450.2-0.650.21,5 Nшт.0.30.50.70.70.3-0.80.25Гот. №2Nшт.см. п.3.20. табл. 130.20.20.30.20.3-0.60.35см. п.3.20. табл. 131,2 Nшт.0.90.90.40.90.5-0.60.351,5 Nшт.0.30.30.550.30.6-0.80.45

время нарастания (падения) концентрации углекислого газа во II отсеке может быть определено по формуле:

где ССО2 нач. и ССО2 кон. — начальная и конечная концентрации углекислого газа, в диапазоне которых для аппарата принимается постоянная производительность.

Для расчетов диапазоны концентрации ССО2 кон. ÷ ССО2 нач. принимаются 0,2 ÷ 0,3; 0,3 ÷ 0,4; 0,4 ÷ 0,5; 0,5 ÷ 0,6; 0,6 ÷ 0,7; 0,7 ÷ 0,8%; этим концентрациям соответствует производительность аппарата.

QCO2 ап. 4 чел/ап.; 5 чел./ап.; 6 чел./ап.; 6,7 чел./ап.; 7,8 чел./ап.; 8 чел./ап.

При формула принимает вид:

Производим:

расчет времени падения концентрации углекислого газа в III отсеке при количестве личного состава 1,2 N шт.:

начальная концентрация углекислого газа 0,3%.

Гот.№1 nап. = 17; QCO2 ап. = 4 чел./ап.; Nί = 73,05 чел.

время падения концентрации с 0,3% до 0,2% :

— расчет времени нарастания концентрации углекислого газа в III отсеке при количестве личного состава 1,2 N шт.,профилакторий работает:

Гот.№2 nап. = 27; QCO2 ап. = 4 чел./ап.; Nί = 85,05 чел.

время роста концентрации с 0,2% до 0,3%

Нарастания концентрации углекислого газа в III отсеке при количестве личного состава 1,2 N шт., профилакторий работает, не будет.

расчет времени нарастания концентрации углекислого газа в III отсеке при количестве личного состава 1,2 N шт.,профилакторий не работает:

Гот.№2 nап. = 10; QCO2 ап. = 4 чел./ап.; Nί = 85,05 чел.

время роста концентрации с 0,2% до 0,3%

Время роста концентрации с 0,3% до 0,4%

время роста концентрации с 0,4% до 0,5%

Время роста концентрации с 0,5% до 0,6%

время роста концентрации с 0,6% до 0,7%

Время роста концентрации с 0,7% до 0,8%

расчет времени падения концентрации углекислого газа в III отсеке при количестве личного состава 1,5 N шт.:

начальная концентрация углекислого газа 0,5%.

Гот.№1 nап. = 17; QCO2 ап. = 6 чел./ап.; Nί = 103,05 чел.

время падения концентрации с 0,5% до 0,4% :

Время падения концентрации с 0,4% до 0,3% :

время падения концентрации с 0,4% до 0,3% :

расчет времени нарастания концентрации углекислого газа в III отсеке при количестве личного состава 1,5 N шт.,профилакторий работает:

Гот.№2 nап. = 27; QCO2 ап. = 4 чел./ап.; Nί = 110,05 чел.

время роста концентрации с 0,2% до 0,3%

Время роста концентрации с 0,3% до 0,4%

Нарастания концентрации углекислого газа в III отсеке при количестве личного состава 1,5 N шт.,профилакторий работает, не будет выше 0,3%.

расчет времени нарастания концентрации углекислого газа в III отсеке при количестве личного состава 1,5 N шт., профилакторий не работает:

Гот.№2 nап. = 10; QCO2 ап. = 4 чел./ап.; Nί = 110,05 чел.

время роста концентрации с 0,2% до 0,3%

Время роста концентрации с 0,3% до 0,4%

время роста концентрации с 0,4% до 0,5%

Время роста концентрации с 0,5% до 0,6%

время роста концентрации с 0,6% до 0,7%

Время роста концентрации с 0,7% до 0,8%

На основании расчета построены графики (см. рис.1).

График изменения концентрации углекислого газа в III отсеке

Из графиков можно сделать вывод, что установление конечных концентраций идет сравнительно быстро, а снижение концентрации медленно

учитывая, что в I, IV, VI, VIII и X отсеках не предусматривается установка аппаратов УРМ-М рассчитаем увеличение концентрации углекислого газа Δ Сί в этих помещениях в течении суток.

Результаты расчета для I, IV, VI, VIII и X отсека представлены в табл. 9.

Таблица 9.

Результаты расчета нагрузки на аппарат и увеличения концентрации углекислого газа для i отсекаотсек Vi=300м3

ГотовностьГотовность № 1Готовность № 2Кол-во л.с. на ПЛNшт.1,2 Nшт.1,5 Nшт.Nшт.1,2 Nшт.1,5 Nшт.нагрузка Nι чел.7,0459,0510,057,059,0510,05Увеличение конц. СО2 ΔСI % за сутки1,411,812,011,411,812,01отсек Vi=540м3

ГотовностьГотовность № 1Готовность № 2Кол-во л.с. на ПЛNшт.1,2 Nшт.1,5 Nшт.Nшт.1,2 Nшт.1,5 Nшт.нагрузка Nι чел.8,0510,0512,0514,0517,0521,05Увеличение конц. СО2 ΔСI % за сутки0,891,111,331,561,892,33

Таблица 9.отсек Vi=460м3

ГотовностьГотовность № 1Готовность № 2Кол-во л.с. на ПЛNшт.1,2 Nшт.1,5 Nшт.Nшт.1,2 Nшт.1,5 Nшт.нагрузка Nι чел.15,0518,0522,056,057,059,05Увеличение конц. СО2 ΔСI % за сутки1,962,352,8760,7890,9191,18

VIII отсек Vi=250м3

ГотовностьГотовность № 1Готовность № 2Кол-во л.с. на ПЛNшт.1,2 Nшт.1,5 Nшт.Nшт.1,2 Nшт.1,5 Nшт.нагрузка Nι чел.10,212,215,26,27,29,2Увеличение конц. СО2 ΔСI % за сутки2,452,933,6481,481,732,208

X отсек Vi=180м3

ГотовностьГотовность № 1Готовность № 2Кол-во л.с. на ПЛNшт.1,2 Nшт.1,5 Nшт.Nшт.1,2 Nшт.1,5 Nшт.нагрузка Nι чел.7,089,0810,085,086,087,08Увеличение конц. СО2 ΔСI % за сутки2,363,033,61,72,032,36

На основании данных, полученных в п.3.19.,определены концентрации углекислого газа в I, IV, VI, VIII и X, получающиеся в этих помещениях в результате перемешивания воздуха.

Учитывая, что система вентиляции и кондиционирования обеспечивает перемешивание воздуха между I и II отсеками с производительностью не менее 2000 м3/час; между III и IV отсеками с производительностью не менее 2000 м3/час; между V и VI отсеками с производительностью не менее 1000 м3/час; между VIII, IX и X отсеками с производительностью не менее 200 м3/час длительность перемешивания воздуха между указанными отсеками, учитывая их вентилируемые объемы, будет 0,5 ÷ 1 час. Результаты расчета концентраций приведены в табл. 10

Таблица 10.

Результаты расчета концентраций СО2 при перемешивании воздуха между отсеками

Периодичность перемешиванияГотовность и количество личного состава на ПЛКонцентрации углекислого газа, %Перемеш. I и II отс.Перемеш. III и IV отс.Перемеш. V и VI отс.Перемеш. VIII, IX и X отс.I отс.II отс.III отс.IV отс.V отс.VI отс.VII отс.IX отс.X отс.I раз в 5 часовГот.№ 11,2 Nшт.0,2÷0,25 0,45÷0,50,2÷0,25 0,45÷0,50,2÷0,26 0,5÷0,550,2÷0,25 0,45÷0,5не требуется—1,5 Nшт.0,3÷0,35 0,7-0,750,3÷0,35 0,7-0,750,3÷0,32 0,75-0,80,3÷0,35 0,7-0,75не требуется—Гот.№ 21,2 Nшт.0,2 ÷ 0,30,2 ÷ 0,30,3 ÷ 0,40,2 ÷ 0,3——1,5 Nшт.0,3 ÷ 0,40,3 ÷ 0,40,43 ÷0,530,3 ÷ 0,4——I раз в 12 часовГот.№ 11,2 Nшт.0,2÷0,3 0,45÷0,50,2÷0,3 0,45÷0,50,3÷0,4 0,5÷0,580,2÷0,3 0,45÷0,5не требуется—1,5 Nшт.0,3÷0,4 0,7÷0,80,3÷0,4 0,7÷0,80,4÷0,5 0,8÷0,90,3÷0,4 0,7÷0,8не требуется—Гот.№ 21,2 Nшт.0,2÷0,350,2÷0,350,35÷0,60,2÷0,350,2÷0,250,25÷0,55—1,5 Nшт.0,3÷0,50,3÷0,50,5÷0,750,3÷0,50,35÷0,380,38÷ 0,65—I раз в 24 часаГот.№ 11,2 Nшт.0,2÷0,6 0,45÷0,50,2÷0,6 0,45÷0,50,6÷1,0 0,55÷0,70,2÷0,6 0,45÷0,5не требуется0,25÷0,30,2÷0,30,25÷0,31,5 Nшт.0,3÷0,7 0,7÷1,10,3÷0,7 0,7÷1,10,7÷1,1 1,1÷1,60,3÷0,7 0,7÷1,1не требуется0,35÷0,40,3÷0,40,35÷0,4Гот.№ 21,2 Nшт.0,2÷0,60,2÷0,60,6÷1,00,2÷0,60,2÷0,250,25÷0,850,35÷0,40,3÷0,40,35÷0,41,5 Nшт.0,3÷0,80,3÷0,80,8÷1,30,3÷0,80,35÷0,40,4÷1,00,4÷0,450,35÷0,50,4÷0,45

Концентрации получающиеся в I, II, III, IV, V, VI отсеке в результате перемешивания воздуха будет существовать непродолжительное время.

Из водоопреснительной установки при работе поступает N1В.О.У. = 1,8 чел., т.е. 45 л/час углекислого газа. Концентрация углекислого газа в воздухе, поступающем по трубопроводу на очистку в аппарат УРМ-М Свых.V будет при общем расходе 20 м3/час. (20000 л/час):

,

,

где Сv — концентрация СО2 в воздухе V отсека.

Рассчитаем среднюю производительность аппарата в процессе поглощения, и срез концентраций углекислого газа в аппарате УРМ-М ΔСап.

Срез концентрации углекислого газа в аппарате составит

п. = 200 м3/час — расход воздуха через аппарат УРМ-М в процессе поглощения.

Результаты расчета приведены в табл. 11, в котором для справки приведены также данные по ТУ-6-16-1793-73 по абсолютному количеству углекислого газа, поглощаемому аппаратом УРМ-М за цикл.

Таблица 11.

Результаты расчета среза концентрации углекислого газа в аппарате

Концентрация углекислого газа % 0,2 — 0,3 0,3 — 0,4 0,4 — 0,5 0,5 — 0,6 0,6 — 0,7 0,7 — 0,8Производительность УРМ-М (чел) QICO2 ап. Срез концентрации (%) ΔСап. Кол-во углекислого газа, поглощение за цикл. (л) 6,0 0,075 12007,5 0,0938 15009,0 0,112 180010,1 0,126 200010,94 0,137 220012 0,150 2400

Рассматривая результаты расчета по настоящему разделу не обходимо отметить, что расчетные данные по поддержанию концентрации углекислого газа получены без учета влияния переходов личного состава из отсека в отсек, без учета работы системы снятия давления и т.п.. Указанные факторы при реальной эксплуатации будут усреднять концентрации углекислого газа по отсекам и периодичность перемешивания может при этом увеличиваться.

Выполненные расчёты являются не точными, ввиду отсутствия отработанной методики расчета и приведены в качестве информационно-справочных для получения более точного представления о направлении переходных динамических процессов.

углекислый газ воздух электролизный

5.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИЗНОЙ УСТАНОВКИ

количество кислорода QO2 Л.С. , необходимое для дыхания личного состава, определяется по формуле:

Получаем для различного количества личного состава :

количество кислорода, необходимое для дожигания окиси углерода, определим из условия, что для дожигания 1 г СО требуется ≈ 0,4 л О2

максимальное количество кислорода, которое может потребоваться для дожигания водорода, выделяющегося из одного практического изделия 2503 в количестве 56 л/сутки, составляет 28 л/сутки ≈ 1,166 л/час.

таким образом, для 10 практических изделий может потребоваться кислорода.

Потребление кислорода изделиями 436 (аккумуляторная батарея) является переменной величиной.

В соответствии с исходными данными наиболее длительное потребление кислорода аккумуляторной батареей происходит в период хранения, поскольку в режимах заряда и подзаряда аккумуляторная батарея выделяет избыточный кислород и весь выделяющийся из нее водород может быть дожжен за счет этого кислорода; при этом количество избыточного кислорода в объеме отсеков и ямы такое, что его хватает для дожигания водорода в последующие 6 ÷ 18 часов после заряда или подзаряда, когда изделия уже выделяют водород со скоростью в два раза и более превышающей скорость выделения кислорода.

Количество водорода, выделяемое аккумуляторной батареей:

где: n = 448 — число аккумуляторов в батарее;

QH2 ак.- выделение водорода из одного аккумулятора при соответствующей температуре электролитов см3/мин.

Аналогично определяется количество кислорода, выделяемое аккумуляторной батареей:

Расчетное различных температурах электролита приведены в табл.

Расчетное

Скорость потребления кислорода аккумуляторной батареей, л/час час.температура электролита, оСНачало срока службыКонец срока службы64 98 182 199 268645 980 1320 1990 268020 25 30 35 40

В качестве расчетной потребности в кислороде принимаем потребность в начале срока службы батарей при температуре электролита 30оС, т.е. 182 л/час. указанное допущение приемлемо, учитывая наличие СВO АБ на заказе. минимальная потребность в кислороде для АБ ≈ 64 л/час.

Общая Потребность в кислороде для личного состава и технических нужд составляет:

таким образом, электролизная установка К-4, имеющая производительность по кислороду 1,75 ÷ 4,5 м3/час может обеспечить потребности заказа в кислороде от минимальных до максимальных.

Рассчитаем рост концентрации кислорода в воздухе в носовых отсеков в режимах, связанных с избыточными выделениями кислорода из аккумуляторной батареи.

Кислорода при подзарядке за время t выделится :

0 ÷ 2 часы QO2 = 13,43 ·QО2 ак. · t = 13,43 · 350 · 2 = 9400 л

2 ÷ 6 часы QО2 = 13,43 · 700 · 4 = 37600 л

6 ÷ 8 часы QО2 = 13,43 · 800 · 2 = 21488 л

8 ÷ 11 час. QО2 = 13,43 · 400 · 3 = 16150 л

11÷14 час. QО2 = 13,43 · 400 · 3 = 16150 л

14÷20 час. QО2 = 13,43 · 400 · 6 = 32300 л

таким образом, всего за 20 часов подзаряда выделяется кислород

ΣQO2 = 126350 л = 126,3 м3

Водорода во время подзаряда выделится:

0 ÷ 19 час. QH2 = 13,43 · QH2 ак. · t = 13,43 · 400 · 19 = 102200 л/час;

÷ 20 час. QH2 = 13,43 · 800 · 1 = 10760 л/час;

таким образом, за 20 часов подзаряда выделится водорода

Σ QH2 = 112960 л ≈ 113 м3

избыточного кислорода из аккумуляторной батареи выделится:

Рост концентрации кислорода Δ Cо2изб. в I отсеке за счет избыточного кислорода, выделяющегося из батареи, может составить без перемешивания воздуха с другими отсеками

Отсюда следует, что необходимо перемешивание воздуха между носовыми отсеками.

Для режима перемешивания необходимо учесть потребление кислорода личным составом, находящимся в носовых отсеках.

минимальное потребление соответствует количеству личного состава Nшт. и составляет 3808 — 28 · 21 = 3220 л/час, а максимальное потребление при 1,5 Nшт. составит 5712 — 28 · 21 = 5124 л/час.

таким образом, при Nшт. и 1,5 Nшт. за 19 часов личный состав потребит соответственно 3,220 х 19 ≈ 61,18 м3 и 5,124 х 19 = 97,356 м3 кислорода.

следовательно, в конце подзаряда количество избыточного кислорода с учетом его потребления в течении 19 часов личным составом составит:

При Nшт. 69,8 -61,2 =8,6 м3

При 1,5 Nшт. 69,8 -97,356 = -27,556 м³ (необходима дополнительная подача О2).

Отсюда получаем, что рост концентрации кислорода в конце подзаряда составит:

При перемешивании воздуха I и II отсеков

При перемешивании воздуха I,II и III отсеков

При перемешивании воздуха I, II, III и IV отсеков

При перемешивании воздуха I, II, III , IV и V отсеков

При перемешивании воздуха I, II, III , IV, V и VI отсеков

Рассчитаем рост концентраций кислорода в носовых отсеках на 11 часу подзарядки для 1,5 Nшт. и на 14 часу при Nшт. потребление кислорода личным составом 1,5 Nшт. за 11 часов составит 5,124 х 11= 56,364 м3, а личным составом Nшт. за 14 часов 3,120 х 14 = 43,68 м3. таким образом, получаем, что количество избыточного кислорода с учетом потребления его личным составом составляет для 1,5 Nшт. 62,4 — 56,364 = 6,036 м3, а для Nшт. 74,5 — 43,68 =30,82 м3.

Отсюда получаем, что максимальный рост концентрации кислорода Δ СО2 изб. будет внутри режима подзаряда при количестве личного состава Nшт. ≈ на 14 часу подзаряда.

При перемешивании воздуха I и II отсеков

При перемешивании воздуха I, II, и III отсеков

При перемешивании воздуха I,II, III и IV отсеков

При перемешивании воздуха I,II, III, IV и V отсеков

При перемешивании воздуха I, II, III, IV, V и VI отсеков

.таким образом, для обеспечения концентрации кислорода в воздухе отсеков менее 25%, необходимо за 0,5¸1 сутки перед проведением плановых подзарядок отключить подачу кислорода от электролизной установки в носовые отсеки. Для обеспечения более равномерной (с меньшим количеством остановок) работы электролизной установки К-4, имеющей минимальную производительность ≈ 1,75 м3/час часть производимого ею кислорода может сбрасываться в кормовые отсеки в количестве до 1,1 м3/час, если в них концентрация кислорода будет менее 23%.

Далее проводится расчет и размещение на ПЛА средств химической регенерации воздуха согласно требованию ПХС № Г-77- 82.

.РАСЧЕТ АВАРИЙНОГО запаса СРЕДСТВ ХРВ ПАТРОННОГО ТИПА

расчет количества расходного запаса регенеративных патронов П-20 производится по формуле:

где n-число л/состава в отсеках ПЛА, чел;

а- интенсивность потребления О2, л/чел ч;

А- длительность автономного похода, сут;

ЕКРП- емкость патрона П-20 по кислороду, л/патр.

Тогда, расходный запас регенеративных патронов П-20 составит:

1-ый отсек:

-ой отсек:

-ий отсек:

-ый отсек:

-ый отсек:

-ой отсек:

-ой отсек: — РО —

-ый отсек:

-ый отсек:

таким образом, аварийный запас средств ХРВ патронного типа составит 676 шт. патронов П-20.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Произведя расчёты, делаю вывод, что две электролизные установки К-4, имеющие производительность по кислороду 1,75 ÷ 4,5 м3/час (каждая), может обеспечить потребности заказа в кислороде от минимальных до максимальных при численности л/с на ПЛА 1,2N и 1,5N.

Аппараты поглощения СО2 расположены наиболее оптимально и обеспечивают нормальную концентрацию диоксида углерода в отсеках ПЛА.

запас средств ХРВ рассчитан и распределён поотсечно.

По результатам расчетов предлагаю установить на данную ПЛА систему ЭХРВ-СТ Анис, т.к. система ЭРВ-М при численности л/с N производит большее количество кислорода необходимого для потребления л/с. Также по масса габаритам рациональнее установить систему Анис.

Учебная работа. Электролизные установки