Судовые испарители, устройство, принцип действия.
Испарителем называется теплообменный аппарат, в котором происходит испарение воды. Конструктивное исполнение и принцип действия судовых испарителей разнообразны.
Испаряемая вода постоянно орошает нагревательные элементы при помощи циркуляционного насоса. В процессе нагрева часть воды испаряется без кипения. В испарителе постоянно циркулирует воздух при помощи вентилятора. Воздух также подогревается и за счет увеличения своего влагонасыщения при нагреве поглощает пары воды. В конденсационной секции воздух охлаждается, влагонасыщающая способность его уменьшается, он становится пересыщенным и отдает излишнюю влагу. Этот процесс напоминает выпадание росы в природе.
Опреснительная и испарительная установки служат для приготовления пресной воды из морской воды; первая - для бытовых нужд экипажа, вторая - для питания котлов.
Наличие на судне опреснительной установки позволяет отказаться от приема больших запасов пресной воды (до 100 л на человека в день), что дает экономию в массе и габаритах и увеличивает полезную грузоподъемность судна, так как для получения 9-10 кг пресной воды требуется 1 кг топлива.
Опреснение морской воды происходит по принципу дистилляции (выпаривания), а испарение - путем нагрева ее паром от главных или вспомогательных котлов до температуры кипения (в испарительных установках вакуумного типа температура кипения ниже 100°, в опреснительных - выше 100°, так как только при этой температуре уничтожаются вредные микробы). Пар может быть или первичный, или отработавший во вспомогательных механизмах; на дизельных судах для этой цели используют тепло охлаждающей воды. На судах применяют опреснительные (или испарительные) установки производительностью от 2 до 15 - 20 тонн в час (на турбоходах - до 40-50 т/ч) одноступенчатые. Многоступенчатые благодаря более рациональному использованию тепла экономичнее применять на установках очень большой производительности.
Дистилляционная опреснительная установка состоит из следующих основных частей:
Теплообменных аппаратов: испарителя, конденсатора, водоподогревателя.
Насосов: питательного, циркуляционного, дистиллятного, рассольного.
Трубопроводов: теплоносителя, забортной воды, пресной воды, рассола.
Контрольно-измерительных, сигнальных и автоматических приборов.
Основным признаком, определяющим тип опреснительной установки, является способ испарения морской воды. Дистилляционные опреснители делятся на два класса:
кипящие, или поверхностного типа;
некипящиесамоиспаряющиеся, или адиабатныебесповерхностного типа.
В испарителе поверхностного типа находится греющая батарея, через которую проходит теплоноситель - пар или горячая вода. В результате нагрева и кипячения рассола в испарителе выделяется из морской воды так называемый вторичный пар, который направляется по трубопроводу в конденсатор. Пар охлаждается забортной водой, прокачиваемой по змеевику циркуляционным насосом, конденсируется и дистиллят откачивается дистиллятным насосом. Часть забортной воды, выходящей в подогретом состоянии из конденсатора, отводится через регулятор уровня в испаритель. Для поддержания постоянной солености рассола в испарителе производится продувание рассольным насосом.
В установке с бесповерхностным испарителем отсутствуют греющие элементы с твердой поверхностью для теплопередачи. Морская вода перед поступлением в испаритель предварительно нагревается в подогревателе теплоносителем до температуры, которая превышает температуру насыщения, соответствующую давлению, поддерживаемому в испарителе. При поступлении воды из подогревателя, где вода не кипит, так как давление в нем более высокое, в испаритель с более низким давлением происходит самоиспарение некоторой части воды за счет внутренней теплоты. Образовавшийся пар, как и в предыдущей схеме, поступает в конденсатор, прокачиваемый забортной водой от насоса, конденсируется и откачивается дистиллятным насосом. Часть прокачиваемой охлаждающей воды отводится для питания испарителя через регулятор уровня. Неиспарившаяся вода из испарителя циркуляционным рассольным насосом многократно прокачиваетсячерез подогреватель и вновь поступает на испарение, при этом часть рассола выдувается за борт через клапан. Преимущество бесповерхностных испарителей заключается в том, что вследствие отсутствия поверхности нагрева в них не образуется накипь, но они требуют установки насосов большей производительности.
Кроме рассмотренного основного признака - способа испарения - дистилляционные опреснительные установки можно классифицировать по ряду других признаков:
по назначению: опреснительные - для получения питьевой воды; испарительные - для получения котловой воды; комбинированные - для получения питьевой, мытьевой и питательной воды;
по роду теплоносителя: паровые, водяные, газовые, электрические;
по давлению в испарителе: избыточного давления; вакуумные;
по способу регенерации теплоты: компрессионные, в которых вторичный пар сжимается и используется в качестве греющего; ступенчатые, в которых пар, получаемый в предыдущих испарителях, используется в качестве греющего пара в последующих;
по связи с судовой энергетической установкой: автономные, не связанные с работой СЭУ; неавтономные, включаемые в цикл работы главных и вспомогательных дизелей и парогенераторов. К ним относятся распространенные на промысловых судах утилизационные опреснительные установки, использующие теплоту водяной системы охлаждения главных двигателей.
Рефрижераторные установки служат для охлаждения помещений, в которых хранятся скоропортящиеся продукты, - рефрижераторных кладовых (на всех судах), рефрижераторных трюмов (на специальных судах), а также для охлаждения воздуха в системе кондиционирования. Рефрижераторная установка состоит из холодильной машины, трубопроводов охлаждения и холодильных камер (трюмов) или кондиционеров.
Холодильные машины компрессорного типа состоят из компрессора, конденсатора, испарителя, электромотора, водяного насоса, термостата, различных трубопроводов и контрольно-регулирующих приборов. В качестве хладагентов в судовых машинах используют аммиак, углекислоту и, чаще всего, фреон. При работе установки пары фреона сжимаются в компрессоре, откуда уже сжатый фреон поступает в конденсатор; здесь он отдает образовавшееся при сжатии тепло циркулирующей в конденсаторе воде, конденсируется и превращается в жидкость. Затем жидкий фреон поступает в испаритель, где он превращается в газ. Это сопровождается поглощением тепла, которое фреон отбирает от стенок испарителя, охлаждая его. После этого газообразный фреон снова поступает в компрессор, и процесс повторяется. В связи с тем, что в каждом цикле постепенно понижается температура, в холодильных машинах предусматривают специальные термостаты и другие контрольно-регулирующие приборы, автоматически выключающие и включающие установку.
Судовые холодильные установки, у которых испаряющийся хладагент циркулирует по трубам батарей охлаждаемого помещения, называют установками с непосредственным охлаждением. Если проникновение хладагента в охлаждаемое помещение нежелательно (например, при применении токсичных хладагентов), то применяют установки с рассольным охлаждением. В этом случае помещения охлаждаются циркулирующим в батареях холодным рассолом, имеющим низкую температуру замерзания. Пройдя по трубам помещения, нагретый рассол поступает в испаритель, где отдает полученное тепло, и вновь поступает в охлаждаемое помещение.
В установках кондиционирования воздуха иногда применяют пароэжекторные холодильные установки, в которых рабочим телом является вода. Эти установки безопасны в токсическом отношении, но они менее экономичны и не позволяют охлаждать помещение ниже - 15°С.
Вентилятор — устройство для перемещения газа со степенью сжатия менее 1,15 (или разностью давлений на выходе и входе не более 15 кПа, при большей разнице давлений используют компрессор).
Основное применение: системы принудительной приточно-вытяжной и местной вентиляции зданий и помещений, обдув нагревательных и охлаждающих элементов в устройствах обогрева и кондиционирования воздуха, а также обдув радиаторов охлаждения различных устройств.
Вентиляторы обычно используются для перемещения воздуха — для вентиляции помещений, охлаждения оборудования, воздухоснабжения процесса горения (воздуходувки и дымососы). Мощные осевые вентиляторы могут использоваться как движители, так как отбрасываемый воздух, согласно третьему закону Ньютона, создаёт силу противодействия, действующую на ротор.
