Электролизные установки

/

/

1. ЗАДАЧИ РАСЧЁТА

2. ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТА

3. РАСЧЁТ НЕОБХОДИМОГО КОЛИЧЕСТВА АППАРАТОВ ПОГЛОЩЕНИЯ

4. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АППАРАТОВ

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИЗНОЙ УСТАНОВКИ

6. 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 видасистем 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 СОводным 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 ч 23%;

— по углекислому газу 0,2 ч 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 N_шт = 137 человек.

Количество личного состава, для которого в соответствии с ГНТО-пл-68 на стадии проекта должна рассчитываться система регенерации, — 1,2N_шт = 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

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

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 t_Р 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» № 78 433 — 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

Значения производительности аппарата при концентрации углекислого газа 0,3 ч 0,4%; 0,5 ч 0,6%; 0,6 ч 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 ч 30^оС и влажность более 40%.

Таблица 4

Вентилируемые объемы отсеков ПЛА и относительная влажность воздуха в них

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 0,4ч0,5%.

1-й отсек: Н = 7/6=2 аппарата;

2-й отсек: Н = 7/6= 2 аппарата;

3-й отсек: Н = 73/6 = 13 аппаратов;

4-й отсек: Н = 14/6=3 аппарата;

5-й отсек: Н = 14/6= 3 аппарата;

6-й отсек: Н = 15/6 = 3 аппарата;

7-й отсек: - ;

8-й отсек: Н = 10/6=2 аппарата;

9-й отсек: Н = 7/6= 2 аппарата;

10-й отсек: Н = 7/6 = 2 аппарата.

Количество углекислого газа, образующегося при дожигании окиси углерода, определяется из условия, что при дожигании 1 г 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: Q_{CO2 ВОУ} = 90 г/час — количество углекислого газа, выделяющегося из водоопреснительной установки;

г_CO2 = 2 г/л — удельный вес углекислого газа;

t_PВОУ = 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

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.

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

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 IXна 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

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

где С_СО2 нач. и С_СО2 кон. — начальная и конечная концентрации углекислого газа, в диапазоне которых для аппарата принимается постоянная производительность.

Для расчетов диапазоны концентрации С_СО2 кон. ч С_СО2 нач. принимаются 0,2 ч 0,3; 0,3 ч 0,4; 0,4 ч 0,5; 0,5 ч 0,6; 0,6 ч 0,7; 0,7 ч 0,8%; этим концентрациям соответствует производительность аппарата.

Q_CO2 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.; NЯ = 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.; NЯ = 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.; NЯ = 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.; NЯ = 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.; NЯ = 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.; NЯ = 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 Д СЯ 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 отсека

I отсек Vi=300м³

IV отсек Vi=540м³

Таблица 9.

VI отсек Vi=460м³

VIII отсек Vi=250м³

X отсек Vi=180м³

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 ч 1 час. Результаты расчета концентраций приведены в табл. 10

Таблица 10.

Результаты расчета концентраций СО₂ при перемешивании воздуха между отсеками

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

Из водоопреснительной установки при работе поступает N¹_В.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 С_вых.V будет при общем расходе 20 м³/час. (20 000 л/час):

где С_v — концентрация СО₂ в воздухе V отсека.

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

Срез концентрации углекислого газа в аппарате составит

V_ап. = 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

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 Q_{O2 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 ч 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;

Q_{H2 ак.}— выделение водорода из одного аккумулятора при соответствующей температуре электролитов см³/мин.

Аналогично определяется количество кислорода, выделяемое аккумуляторной батареей:

Расчетное значение Q_{O2 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.

В качестве расчетной потребности в кислороде принимаем потребность в начале срока службы батарей при температуре электролита 30^оС, 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 ч 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 30^оС.

Кислорода при подзарядке за время tвыделится :

0 ч 2 часы Q_O2 = 13,43 · Q_{О2 ак.} · t = 13,43 · 350 · 2 = 9400 л

2 ч 6 часы Q_О2 = 13,43 · 700 · 4 = 37 600 л

6 ч 8 часы Q_О2 = 13,43 · 800 · 2 = 21 488 л

8 ч 11 час. Q_О2 = 13,43 · 400 · 3 = 16 150 л

11ч14 час. Q_О2 = 13,43 · 400 · 3 = 16 150 л

14ч20 час. Q_О2 = 13,43 · 400 · 6 = 32 300 л

Таким образом, всего за 20 часов подзаряда выделяется кислород

УQ_O2 = 126 350 л = 126,3 м³

Водорода во время подзаряда выделится:

0 ч 19 час. Q_H2 = 13,43 · Q_{H2 ак.} · t = 13,43 · 400 · 19 = 102 200 л/час;

19 ч 20 час. Q_H2 = 13,43 · 800 · 1 = 10 760 л/час;

Таким образом, за 20 часов подзаряда выделится водорода

У Q_H2 = 112 960 л? 113 м³

Избыточного кислорода из аккумуляторной батареи выделится:

Рост концентрации кислорода Д 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 N_шт. и составляет 3808 - 28 · 21 = 3220 л/час, а максимальное потребление при 1,5 N_шт. составит 5712 — 28 · 21 = 5124 л/час.

Таким образом, при N_шт. и 1,5 N_шт. за 19 часов личный состав потребит соответственно 3,220×19? 61,18 м³ и 5,124×19 = 97,356 м³ кислорода.

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

При N_шт. 69,8 -61,2 =8,6 м³

При 1,5 N_шт. 69,8 -97,356 = -27,556 мі (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 N_шт. и на 14 часу при N_шт. потребление кислорода личным составом 1,5 N_шт. за 11 часов составит 5,124×11= 56,364 м³, а личным составом N_шт. за 14 часов 3,120×14 = 43,68 м³. Таким образом, получаем, что количество избыточного кислорода с учетом потребления его личным составом составляет для 1,5 N_шт. 62,4 — 56,364 = 6,036 м³, а для N_шт. 74,5 — 43,68 =30,82 м³.

Отсюда получаем, что максимальный рост концентрации кислорода Д СО₂ изб. будет внутри режима подзаряда при количестве личного состава N_шт.? 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 0,51 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.

6.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;

аинтенсивность потребления О₂, л/чел ч;

Адлительность автономного похода, сут;

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

Тогда, расходный запас регенеративных патронов П-20 составит:

1-ый отсек:

2-ой отсек:

3-ий отсек:

4-ый отсек:

5-ый отсек:

6-ой отсек:

7-ой отсек: — РО ;

8-ой отсек:

9-ый отсек:

10-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 ч 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».