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
характеру взаимосвязи процессов получения Ои
удаления СО, по степени 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).
Это требование определяет основное предназначение систем РВ как
систем непрерывного длительного функционирования с определенным уровнем
выходных параметров ( производительности по О и СО) ;
- 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;
АЭУ атомная энергетическая установка;
ВМБ военно-морская база;
ЗСР зона строгого режима;
ГКП главный командный пункт;
ГЭУ главная энергетическая установка;
НК - надводный корабль;
РБ радиационная безопасность;
РО радиационная 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
№ отсека
|
1 т.о.
|
2 жилой
|
3 ц.п.
|
4 всп. мех.
|
5 всп. мех
|
6 всп. мех
|
7 реактор.
|
8 турб.
|
9 эл.тех.
|
10 румп. отд.
|
Σ
|
Бг-1
|
7
|
7
|
67
|
8
|
8
|
15
|
-
|
10
|
7
|
7
|
136
|
Бг-2
|
7
|
7
|
73
|
14
|
14
|
6
|
-
|
6
|
5
|
5
|
136
|
Обьём отсека, м3
|
300
|
1200
|
540
|
540
|
460
|
460
|
400
|
250
|
180
|
180
|
4510
|
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
Отсек
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
Кол-во СО г/час qCO
|
1,5
|
1,6
|
4,2
|
1,6
|
1,6(90 при работе
опреснительной установки)
|
1,6
|
|
6,4-10
|
1,6
|
2,4
|
Количество углекислого газа, выделяемого водоопреснительной установкой в
V отсеке, QCO2 В.О.У. = 90 г/час, количество кислорода QО2 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.
Увеличение выделения кислорода и водорода начинается после 4-го часа
заряда (по сравнению с выделениями в режиме хранения).
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/ап
|
|
СО2 = 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
÷ 40
|
Т=10ч.
|
4
|
5
|
6
|
6,4
|
6,7
|
7
|
|
Т=12ч.
|
3,33
|
4
|
4,67
|
5,13
|
5,56
|
6
|
41
÷ 50
|
Т=10ч.
|
4
|
5
|
6
|
6,7
|
7,3
|
8
|
|
Т=12ч.
|
3,83
|
4,91
|
6
|
6,7
|
7,3
|
8
|
> 50
|
Т=10ч.
|
4
|
5,5
|
7
|
7,4
|
7,7
|
8
|
|
Т=12ч.
|
4
|
5
|
6
|
6,7
|
7,3
|
8
|
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
Отсек
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
Вентилируемый объем, м3
|
300
|
1200
|
540
|
540
|
460
|
460
|
400
|
250
|
180
|
180
|
Относительная влажность, %
|
50 в п 30 ост
|
>20
|
40 в п 30 ост
|
>20
|
>20
|
>20
|
-
|
>20
|
>20
|
>20
|
Температура, оС
|
25 в п 30 ост
|
40
|
27 в п 35 ост
|
40
|
40
|
40
|
-
|
40
|
40
|
40
|
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
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
отсек
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
8
|
9
|
10
|
Сум. нагр. на аппар.
отсека(чел)
|
БГ-1
|
Nшт.
|
7.05
|
7.05
|
67.14
|
8.05
|
8.05
|
15.05
|
10.2
|
7.05
|
7.08
|
|
|
1.2Nшт.
|
9.05
|
9.05
|
77.14
|
10,05
|
10,05
|
18,05
|
12,2
|
9,05
|
9.08
|
|
БГ-2
|
Nшт.
|
7.05
|
7.05
|
73,14
|
14,05
|
14,05
|
6,05
|
6,2
|
5,05
|
5,08
|
|
|
1.2Nшт.
|
9.05
|
9.05
|
85,14
|
17,05
|
17,05
|
7,05
|
7,2
|
6,05
|
6,08
|
Расч. кол-ва аппаратов
|
БГ-1
|
Nшт.
|
2
|
2
|
12
|
2
|
2
|
3
|
2
|
2
|
2
|
|
|
1.2Nшт.
|
2
|
2
|
13
|
2
|
2
|
3
|
2
|
2
|
2
|
|
БГ-2
|
Nшт.
|
2
|
2
|
13
|
3
|
3
|
2
|
2
|
2
|
2
|
|
|
1.2Nшт.
|
2
|
2
|
15
|
3
|
3
|
2
|
2
|
2
|
2
|
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
профилактория
|
Основные помещения
|
Салон
|
Спортзал
|
Всего салон + спортзал
|
Помещение водных процедур
|
Всего в профилак-тории
|
|
Nшт.
|
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
|
5
|
6
|
5
|
6
|
5
|
6
|
10
|
12
|
10
|
12
|
25
|
30
|
|
140
|
168
|
140
|
168
|
420
|
504
|
560
|
672
|
420
|
504
|
1120
|
1344
|
|
125
|
150
|
125
|
150
|
375
|
450
|
500
|
600
|
380
|
456
|
1005
|
1206
|
Расчетное кол-во аппаратов
УРМ-М, шт.
|
1,5
|
1,8
|
1,5
|
1,8
|
1,5
|
1,8
|
3
|
3,6
|
3
|
3,6
|
7,5
|
9
|
Принятое кол-во аппаратов
УРМ-М, шт.
|
2
|
2
|
См. графы “Всего салон +
спортзал ”
|
3
|
4
|
3
|
4
|
13
|
17
|
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)
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
∑
|
Принято аппаратов УРМ-М
|
-
|
4
|
27
|
-
|
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.
По готовности № 2, при бездействующем профилактории - аналогично БГ-2 при
действующем.
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
Отсек
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
Количество аппаратов
работающих на отсек (шт)
|
Гот. № 1
|
-
|
4
|
17
|
-
|
8
|
-
|
-
|
-
|
6
|
-
|
|
Гот. № 2
|
-
|
4
|
27/10
|
-
|
8
|
-
|
-
|
-
|
6
|
-
|
Суммарная нагрузка на
аппараты отсека (чел.) Nί
|
Гот. № 1
|
Nшт.
|
7,05
|
7,05
|
67,05
|
8,05
|
8,05
|
15,05
|
-
|
10,2
|
7,05
|
7,05
|
|
|
1,2 Nшт.
|
9,05
|
9,05
|
77,05
|
10,05
|
10,05
|
18,05
|
-
|
12,2
|
9,05
|
9,05
|
|
|
1,5 Nшт.
|
10,05
|
10,05
|
103,05
|
12,05
|
12,05
|
22,05
|
-
|
15,2
|
10,05
|
10,05
|
|
Гот. №2
|
Nшт.
|
7,05
|
7,05
|
73,05
|
14,05
|
14,05
|
6,05
|
-
|
6,2
|
5,05
|
5,05
|
|
|
1,2 Nшт.
|
9,05
|
9,05
|
85,05
|
17,05
|
17,05
|
7,05
|
-
|
7,2
|
6,05
|
6,05
|
|
|
1,5 Nшт.
|
10,05
|
10,05
|
110,05
|
21,05
|
21,05
|
9,05
|
-
|
9,2
|
7,05
|
7,05
|
Нагрузка на один аппарат
(чел/ап.)
|
Гот. № 1
|
Nшт.
|
-
|
3,5
|
4
|
-
|
3,8
|
-
|
-
|
-
|
4,05
|
-
|
|
|
1,2 Nшт.
|
-
|
4,5
|
4,5
|
-
|
4,77
|
-
|
-
|
5,05
|
-
|
|
|
1,5 Nшт.
|
-
|
5,03
|
6,06
|
-
|
5,77
|
-
|
-
|
-
|
5,88
|
-
|
|
Гот. №2
|
Nшт.
|
-
|
3,5
|
2,7
|
-
|
4,27
|
-
|
-
|
-
|
2,7
|
-
|
|
|
1,2 Nшт.
|
-
|
4,5
|
3,1
|
-
|
5,14
|
-
|
-
|
-
|
3,22
|
-
|
|
|
1,5 Nшт.
|
-
|
5,03
|
4,1
|
-
|
6.39
|
-
|
-
|
-
|
3,88
|
-
|
Расчетная концентрация CO2
(%)
|
Гот. № 1
|
Nшт.
|
см. п.3.20. табл. 13
|
0.2
|
0.3
|
0.3
|
0.4
|
0.2
|
-
|
0.65
|
0.2
|
см. п.3.20. табл. 13
|
|
|
1,2 Nшт.
|
|
0.2
|
0.3
|
0.4
|
0.45
|
0.2
|
-
|
0.65
|
0.2
|
|
|
|
1,5 Nшт.
|
|
0.3
|
0.5
|
0.7
|
0.7
|
0.3
|
-
|
0.8
|
0.25
|
|
|
Гот. №2
|
Nшт.
|
см. п.3.20. табл. 13
|
0.2
|
0.2
|
0.3
|
0.2
|
0.3
|
-
|
0.6
|
0.35
|
см. п.3.20. табл. 13
|
|
|
1,2 Nшт.
|
|
0.9
|
0.9
|
0.4
|
0.9
|
0.5
|
-
|
0.6
|
0.35
|
|
|
|
1,5 Nшт.
|
|
0.3
|
0.3
|
0.55
|
0.3
|
0.6
|
-
|
0.8
|
0.45
|
|
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).
Рисунок
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
Готовность
|
Готовность № 1
|
Готовность № 2
|
Кол-во л.с. на ПЛ
|
Nшт.
|
1,2 Nшт.
|
1,5 Nшт.
|
Nшт.
|
1,2 Nшт.
|
1,5 Nшт.
|
Нагрузка Nι чел.
|
7,045
|
9,05
|
10,05
|
7,05
|
9,05
|
10,05
|
Увеличение конц. СО2 ΔСI % за сутки
|
1,41
|
1,81
|
2,01
|
1,41
|
1,81
|
2,01
|
отсек Vi=540м3
Готовность
|
Готовность № 1
|
Готовность № 2
|
Кол-во л.с. на ПЛ
|
Nшт.
|
1,2 Nшт.
|
1,5 Nшт.
|
Nшт.
|
1,2 Nшт.
|
1,5 Nшт.
|
Нагрузка Nι чел.
|
8,05
|
10,05
|
12,05
|
14,05
|
17,05
|
21,05
|
Увеличение конц. СО2 ΔСI % за сутки
|
0,89
|
1,11
|
1,33
|
1,56
|
1,89
|
2,33
|
Таблица 9.отсек Vi=460м3
Готовность
|
Готовность № 1
|
Готовность № 2
|
Кол-во л.с. на ПЛ
|
Nшт.
|
1,2 Nшт.
|
1,5 Nшт.
|
Nшт.
|
1,2 Nшт.
|
1,5 Nшт.
|
Нагрузка Nι чел.
|
15,05
|
18,05
|
22,05
|
6,05
|
7,05
|
9,05
|
Увеличение конц. СО2 ΔСI % за сутки
|
1,96
|
2,35
|
2,876
|
0,789
|
0,919
|
1,18
|
VIII отсек Vi=250м3
Готовность
|
Готовность № 1
|
Готовность № 2
|
Кол-во л.с. на ПЛ
|
Nшт.
|
1,2 Nшт.
|
1,5 Nшт.
|
Nшт.
|
1,2 Nшт.
|
1,5 Nшт.
|
Нагрузка Nι чел.
|
10,2
|
12,2
|
15,2
|
6,2
|
7,2
|
9,2
|
Увеличение конц. СО2 ΔСI % за сутки
|
2,45
|
2,93
|
3,648
|
1,48
|
1,73
|
2,208
|
X
отсек Vi=180м3
Готовность
|
Готовность № 1
|
Готовность № 2
|
Кол-во л.с. на ПЛ
|
Nшт.
|
1,2 Nшт.
|
1,5 Nшт.
|
Nшт.
|
1,2 Nшт.
|
1,5 Nшт.
|
Нагрузка Nι чел.
|
7,08
|
9,08
|
10,08
|
5,08
|
6,08
|
7,08
|
Увеличение конц. СО2 ΔСI % за сутки
|
2,36
|
3,03
|
3,6
|
1,7
|
2,03
|
2,36
|
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 перемешивания
|
Готовность и количество
личного состава на ПЛ
|
Концентрации 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 часов
|
Гот.№ 1
|
1,2 Nшт.
|
0,2÷0,25
0,45÷0,5
|
0,2÷0,25
0,45÷0,5
|
0,2÷0,26
0,5÷0,55
|
0,2÷0,25
0,45÷0,5
|
не требуется
|
-
|
-
|
-
|
|
|
1,5 Nшт.
|
0,3÷0,35
0,7-0,75
|
0,3÷0,35
0,7-0,75
|
0,3÷0,32
0,75-0,8
|
0,3÷0,35
0,7-0,75
|
не требуется
|
-
|
-
|
-
|
|
Гот.№ 2
|
1,2 Nшт.
|
0,2
÷ 0,3
|
0,2
÷ 0,3
|
0,3
÷ 0,4
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
|
1,5 Nшт.
|
0,3
÷ 0,4
|
0,3
÷ 0,4
|
0,43
÷0,53
|
0,3
÷ 0,4
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
I раз в 12 часов
|
Гот.№ 1
|
1,2 Nшт.
|
0,2÷0,3
0,45÷0,5
|
0,2÷0,3
0,45÷0,5
|
0,3÷0,4
0,5÷0,58
|
0,2÷0,3
0,45÷0,5
|
не требуется
|
-
|
-
|
-
|
|
|
1,5 Nшт.
|
0,3÷0,4
0,7÷0,8
|
0,3÷0,4
0,7÷0,8
|
0,4÷0,5
0,8÷0,9
|
0,3÷0,4
0,7÷0,8
|
не требуется
|
-
|
-
|
-
|
|
Гот.№ 2
|
1,2 Nшт.
|
0,2÷0,35
|
0,2÷0,35
|
0,35÷0,6
|
0,2÷0,35
|
0,2÷0,25
|
0,25÷0,55
|
-
|
-
|
-
|
|
|
1,5 Nшт.
|
0,3÷0,5
|
0,3÷0,5
|
0,5÷0,75
|
0,3÷0,5
|
0,35÷0,38
|
0,38÷
0,65
|
-
|
-
|
-
|
I раз в 24 часа
|
Гот.№ 1
|
1,2 Nшт.
|
0,2÷0,6
0,45÷0,5
|
0,2÷0,6
0,45÷0,5
|
0,6÷1,0
0,55÷0,7
|
0,2÷0,6
0,45÷0,5
|
не требуется
|
0,25÷0,3
|
0,2÷0,3
|
0,25÷0,3
|
|
|
1,5 Nшт.
|
0,3÷0,7
0,7÷1,1
|
0,3÷0,7
0,7÷1,1
|
0,7÷1,1
1,1÷1,6
|
0,3÷0,7
0,7÷1,1
|
не требуется
|
0,35÷0,4
|
0,3÷0,4
|
0,35÷0,4
|
|
Гот.№ 2
|
1,2 Nшт.
|
0,2÷0,6
|
0,2÷0,6
|
0,6÷1,0
|
0,2÷0,6
|
0,2÷0,25
|
0,25÷0,85
|
0,35÷0,4
|
0,3÷0,4
|
0,35÷0,4
|
|
|
1,5 Nшт.
|
0,3÷0,8
|
0,3÷0,8
|
0,8÷1,3
|
0,3÷0,8
|
0,35÷0,4
|
0,4÷1,0
|
0,4÷0,45
|
0,35÷0,5
|
0,4÷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
Vап.
= 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 - 0,8
|
Производительность УРМ-М
(чел) QICO2 ап. Срез концентрации (%) ΔСап. Кол-во углекислого газа, поглощение за цикл. (л)
|
6,0 0,075 1200
|
7,5 0,0938 1500
|
9,0 0,112 1800
|
10,1 0,126 2000
|
10,94 0,137 2200
|
12 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
значение QO2 бат. доп. для
расчетных сроков эксплуатации аккумуляторной батареи в период хранения при
различных температурах электролита приведены в табл.
Расчетное значение скорости потребления кислорода аккумуляторной
батареей.
Скорость потребления
кислорода аккумуляторной батареей, л/час час.
|
Температура электролита, оС
|
Начало срока службы
|
Конец срока службы
|
|
64 98 182 199 268
|
645 980 1320 1990 2680
|
20 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.
Наибольшее
количество избыточного кислорода будет выделяться в конце срока службы АБ при
подзарядке при температуре электролита 30оС.
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 -
-ой
отсек:
-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”.