Исследование влияния качки судна на работу абсорбционных холодильных агрегатов

Таким образом, для комплексного изучения особенностей работы АХП на малых морских судах необходимо провести их экспериментальные исследования в реальных условиях эксплуатации.

Испытания АХП «Киев 20-5» (производства Васильковского завода холодильников) в транспортных условиях были проведены на борту спортивной крейсерской парусной яхты «Архимед» типа «Круизер» Одесского национального морского университета. Яхта совершала исследовательско-тренировочный поход по маршруту Одесса - Рыбаковка - Одесса в период с 29.07.2006 по 01.08.2006. Движение яхты по всему маршруту проходило с переменным креном на левый и правый борт до 20є. Качка килевая. Средняя скорость яхты составляла 4 морских узла [13].

Так как при испытаниях в морских условиях ставилась задача изучения влияния наклонов и качки, то в качестве источником тепловой нагрузки использовали неспециализированное горелочное устройство на сжиженном пропане. Для интенсификации процесса теплообмена в зоне генерации был установлен медный винтовой турбулизатор потока продуктов сгорания. Продукты сгорания отводились по вытяжному каналу и выбрасывались в атмосферу. Средний расход сжиженного пропана в испытаниях составил 12 г/ч (288 г/сутки).

Испытания АХП «Киев 20-5» проводились в характерных условиях эксплуатации малого морского судна (яхты «Архимед») - при килевой качке и крене судна с выходом АХП на рабочий режим из нерабочего состояния:

а) при продольном по отношению к диаметральной плоскости судна расположении элементов АХА с гравитационным течением рабочего тела;

б) при поперечном по отношению к диаметральной плоскости судна расположении элементов АХА с гравитационным течением рабочего тела.

Объект исследования устанавливался и закреплялся в камбузном отсеке (рис. 7).

Рис. 7. Расположение объекта исследования на яхте: 1 - камбузный отсек; 2 - положение холодильника с продольной ориентацией конденсатора, испарителя и абсорбера по ходу яхты;

3 - положение холодильника с перпендикулярной ориентацией конденсатора, испарителя и абсорбера по ходу яхты по ходу яхты

Для случая «а» АХП располагали таким образом, чтобы был обеспечен сток жидкого аммиака из конденсатора в испаритель и слабого ВАР из генератора в абсорбер при ходе с креном яхты на левый борт.

В стационарном режиме работы (на причале) уровень температур генератора составил 150...160 С, абсорбера - около 30 С (при температурах воздуха окружающей среды 18...20 С).

Результаты проведенных испытаний в морском походе в виде зависимостей изменения температур в характерных точках АХП во времени при различном расположении его на борту яхты представлены на рис. 8 и рис. 9.

Результаты первой серии испытаний (при продольном по отношению к диаметральной плоскости судна расположении элементов АХА с гравитационным течением рабочего тела) с выходом на режим показали удовлетворительную работоспособность АХП. Во всех случаях имела место тенденция снижения температуры, как на ребре испарителя, так и внутри холодильной камеры (рис. 8).

Рис. 8. Температура в характерных точках АХП «Киев-20-5» в пусковой период при продольном по отношению к диаметральной плоскости судна расположении элементов АХА с гравитационным течением рабочего тела.

Анализ результатов первой серии испытаний также показал, что время выхода на номинальный режим холодильной камеры (температура не выше плюс 5 С [14]) практически одинаково как для стационарного режима работы (на причале), так и для условий морского похода. Это говорит о том, что возможные неблагоприятные факторы, связанные с нарушением циркуляции жидкой фазы рабочего тела при знакопеременной килевой качке, компенсируются интенсификацией внутренних процессов тепломассообмена в испарителе и абсорбере АХА.

При такой ориентации обеспечивался сток аммиака из конденсатора в испаритель и подача слабого ВАР в абсорбер. Выход на режим с температурой в холодильной камере не выше 5 С из нерабочего состояния достигался примерно за 3 часа.

В первой серии морских испытаний получено значение холодопроизводительности испарителя АХА 12,8 Вт. Массовому расходу 12 г/ч и теплоте сгорания пропана соответствует тепловая нагрузка 158 Вт. Тепловой коэффициент АХА - 0,08.

Места расположения термопар: 1 - выход дефлегматора; 2 - выход испарителя;

3 - низ абсорбера; 4 - выход продуктов сгорания из вытяжной трубы; 5 - ребро испарителя; 6 - температура в холодильной камере; 7 - температура воздуха в каюте

Рис. 9. Температура в характерных точках АХП «Киев-20-5» в пусковой период при перпендикулярном по отношению к диаметральной плоскости судна расположении элементов АХА.

Места расположения термопар: 1 - выход дефлегматора; 2 - вход в конденсатор;

3 - выход испарителя; 4 - низ абсорбера; 5 - выход продуктов сгорания из вытяжной трубы; 6 - ребро испарителя; 7 - температура в холодильной камере; 8 - температура воздуха в каюте

Низкая энергетическая эффективность АХП при испытаниях в условиях морского похода можно объяснить применением неспециализированного горелочного устройства.

Как показал анализ, значительные колебания температуры потока на входе в конденсатор связаны с аналогичными колебаниями температуры потока продуктов сгорания в шахте вытяжного канала, причем колебания последних определяются несовершенством конструкции турбулизатора потока.

Отмечено, что на вход конденсатора поступает поток с температурой значительно выше 50 С, что указывает на содержание в потоке смеси аммиака и воды [15].

При расположении АХП перпендикулярно ходу судна (рис. 8) при крене как на левый, так и на правый борт наблюдались сбои в работе холодильника, а при крене в 20 (отклонении от вертикальной ориентации) работа холодильника полностью прекращалась.

Такой результат был ожидаем, исходя из пространственного расположения элементов АХА, однако необходимо было проверить возможности знакопеременной ориентации по перераспределению жидкой фазы в процессе качки.

Анализ пусковых режимов (рис.9) показал значительные колебания температур не только на выходе дефлегматора - входе конденсатора и в зоне продуктов сгорания, но и в испарителе и абсорбере.

Выход холодильной камеры на номинальный режим был достигнут за 4,5 часов.

Следует отметить, что даже и в благоприятном случае - продольном по отношению к диаметральной плоскости судна расположении элементов АХА, крен на противоположный правый борт до 10є вызывал нарушение подачи аммиака из конденсатора в испаритель. Для выхода из такой ситуации следует развернуть и переставить АХП к противоположной стенке камбуза. Очевидно, что в условиях реального морского похода постоянное перемещение холодильника осуществить невозможно и следует искать другие пути решения задачи.

Тем не менее, следует отметить и благоприятное влияние знакопеременной качки на работоспособность АХА при постоянном крене до 20. В стационарных условиях работа холодильника была бы прекращена и при меньших отклонениях, но как показали экспериментальные исследования в морских условиях работоспособность АХП сохраняется.

Опыт экспериментальных исследований АХП на борту яхты «Архимед» позволил предложить конструкцию АХП, которая в минимальной степени подвержена неблагоприятным воздействиям кренам и бортовой качки.

В основе разработки стоит задача крепления корпуса АХП на борту парусной яхты таким образом, чтобы независимо от ориентации в пространстве яхты корпус оставался фиксированным в вертикальной плоскости.

Поставленная задача решается за счет того, что АХП дополнительно содержит платформу, на платформе установлена холодильная камера, выполненная в виде ларя, причем боковые стенки ларя ориентированы вдоль диаметральной оси корпуса парусной яхты, при этом платформа обеспечивает возможность свободного вращения холодильной камеры вокруг диаметральной оси корпуса парусной яхты [16].

Выбор конструкции типа «ларь» связан с ее отличием от конструкции типа «шкаф» тем, что при вращении в плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости судна, при одинаковых объемах камер используется меньший объем пространства.

Фиксация АХП типа “ларь” в пространстве достигается непрерывным свободным вращением платформы относительно диаметральной оси парусной яхты при ее движении под парусом.

На рис. 10 приведен общий вид АХП типа “ларь” для парусных яхт:

а) вид спереди; б) вид сбоку.

На рис. 11 -- схема ориентации АХП типа “ларь” при движении яхты под парусом.

АХП содержит холодильную камеру 1 типа ларь с верхней крышкой 2. На задней стенке камеры 1 установлен АХА 3. На боковых стенках камеры 1 жестко закреплены соосные между собой штыри 4. Штыри 4 установлены в пазах платформы 5 с возможностью свободного вращения. Платформа 5 и оси штырей 4 установлены вдоль диаметральной оси корпуса парусной яхты. Платформа 5 установлена таким образом, чтобы камера 1 имела возможность свободного вращения вокруг диаметральной оси корпуса парусной яхты. Холодильник с платформой 5 закреплен в корпусе парусной яхты 6, которая имеет мачту 7 с парусом 8.

Работа предлагаемого холодильника при движении парусной яхты осуществляется следующим образом.

Рис. 10. Общий вид АХП типа “ларь” для парусных яхт