Расчет средств электро-химической регенерации воздуха корабля

Таблица 12Результаты расчета среза концентрации углекислого газа в аппаратеКонцентрацияуглекислого газа %0,2 – 0,30,3 – 0,40,4 - 0,50,5 - 0,60,6 – 0,70,7 – 0,8Производитель-ность УРМ-М (чел) QICO2 ап.6,07,59,010,110,9412Срез концентрации (%) ΔСап.0,0750,09380,1120,1260,1370,150Кол-во углекислого газа, поглощение за цикл. (л)120015001800200022002400Рассматривая 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. Время нарастания (падения) концентрации может быть определено по формуле 15: (15) где: Vί - объем отсека (м3) ;ССО2кон. и ССО2нач. - конечная и начальная концентрация углекислого газа, в диапазоне которых принимается постоянная производительность средств очистки воздуха;QIICO2 - производительность средств очистки воздуха в отсеке в диапазоне CCO2 кон. ÷ CCO2 нач. (чел.)Nί - нагрузка на средства очистки (чел.)3.29. Для VI отсека, приняв (CCO2 кон. – С СО2 нач.) = 0,1%, получаем расчетную формулу времени нарастания (падения) концентрации при работе аппарата УРМ-М на очистку (16)Время роста концентрации на 0,1% при прекращении очистки определяется формулой: (17)Гот. № 1.Гот. № 2 3.30. Для V отсека, в котором очистка воздуха от углекислого газа осуществляется с помощью трубопровода производительностью Qтр., аналогичная расчетная формула будет при работе аппарата УРМ-М на очистку: (18) Время роста концентрации на 0,1% в V отсеке при прекращении очистки будет: (19)Гот. № 1.Гот. № 2 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 поотсекам и периодичность перемешивания может при этом увеличиваться.Расчеты, выполненные в п.п. 3.16.; 3.18; 3.24.; 3.33. являются не точными, ввиду отсутствия отработанной методики расчета и приведены в качестве информационно-справочных для получения более точного представления о направлении переходных динамических процессов.4Определение производительности электролизной установки4.1. Количество кислорода QO2 Л.С. , необходимоедля дыхания личного состава, определяется по формуле: Получаем для различного количества личного состава:При работающем профилактории количество потребляемого кислорода,как было показано выше, увеличивается на 210л/час. 4.2. Количество кислорода, необходимое для дожигания окиси углерода, определим из условия, что для дожигания 1 г СО требуется ≈ 0,4 л О24.3. 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.4.4. 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 = 224 - число аккумуляторов в батарееQH2 ак.- выделение водорода из одного аккумулятора при соответствующей температуре электролитов см3/мин.4.6. Аналогично определяется количество кислорода, выделяемое аккумуляторной батареей:4.7. Таким образом, для дожигания водорода, выделяющегося из батареи в режиме хранения с учетом кислорода, выделяющего ею, потребуется дополнительно кислорода:Расчетное значение QO2 бат.доп. для расчетных сроков эксплуатации аккумуляторной батареи в период хранения при различных температурах электролита приведены втабл. Таблица 13Расчетное значение скорости потребления кислорода аккумуляторной батареейСкорость потребления кислорода аккумуляторной батареей, л/часчас.Температура электролита, оСНачало срока службыКонец срока службы646452098980251821320301991990352682680404.9. В качестве расчетной потребности в кислороде принимаем потребность в конце срока службы батарей при температуре электролита 30оС, т.е. 1320 л/час. Указанное допущение приемлемо, учитывая наличие СВO АБ на заказе. Минимальная потребность в кислороде для АБ ≈ 64 л/час.4.10. Общая потребность в кислороде для личного состава и технических нужд составляет: Таким образом, 2 электролизные установки К-4, имеющая производительность по кислороду 1,75 ÷ 4,5 м3/час может обеспечить потребности заказа в кислороде от минимальных до максимальных.4.11. 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 tвыделится:0 ÷ 2 часы QO2 = 13,43 ·QО2 ак. · t = 13,43 · 350 · 2 = 9400 л2 ÷ 6 часы QО2 = 13,43 · 700 · 4 = 37604 л6 ÷ 8 часы QО2 = 13,43 · 550 · 2 = 14773 л8 ÷ 11 час. QО2 = 13,43 · 400 · 3 = 16116 л11÷14 час. QО2= 13,43 · 400 · 3 = 16116 л14÷20 час. QО2 = 13,43 · 400 · 6 = 32232 лТаким образом, всего за 20 часов подзаряда выделяется кислородΣQO2 = 126242 л = 126,3 м3При этом после 11 часов и 14 часов подзаряда кислорода выделятся соответственно 78,85 м3 и 94,0 м3. Водорода во время подзаряда выделится:0 ÷ 19 час. QH2 = 13.43 · QH2 ак. · t = 13,43 · 400 · 19 = 102068м319 ÷ 20 час. QH2 = 13, 43 · 800 · 1 = 10744м3Таким образом, за 20 часов подзаряда выделится водородаΣ QH2 = 112812 л ≈ 113 м3Внутри 20-часового режима подзаряда на 11 часу и 14 часу, когда средняя скорость QH2 составит соответственно 230 и 290 см3/мин., суммарные выделения водорода составят 30,9 и 39 м3. Избыточного кислорода из аккумуляторной батареи выделится: На 11 и 14 часу QO2 бат.изб. составят соответственно Рост концентрации кислорода Δ CO2изб. 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. при неработающем профилактории и составляет 2856-28 · 12 = 2520 л/час (двенадцать человека находятся в кормовых отсеках), а максимальное потребление при 1,5 Nшт. составит 4284 – 28 · 18 = 3780 л/час (восемнадцать человек находятся в кормовых отсеках).Таким образом, при Nшт. и 1,5 Nшт. за 19 часов личный состав потребит соответственно 2,52 х 19 ≈ 47,88 м3 и 3,78 х 19 = 71,82 м3 кислорода.Следовательно, в конце подзаряда количество избыточного кислорода с учетом его потребления в течение 19 часов личным составом составит:При Nшт. 69,8 – 47,88 = 21,92 м3При 1,5 Nшт. 69,8 – 71,82 = -2,02 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 отсековПри перемешивании воздуха I, II, III , IV и V отсековПри перемешивании воздуха I, II, III , IV, V и VI отсековПри перемешивании воздуха I, II, III , IV, V,VI, VIII отсековПри перемешивании воздуха I, II, III , IV, V,VI, VIII, IX отсековПри перемешивании воздуха I, II, III , IV, V,VI, VIII, IX,X отсеков4.17. Однако, наибольшее количество избыточного кислорода, выделившегося в воздух отсеков с учетом потребления кислорода личным составом будет не в конце подзаряда, а ≈ на 14 часу (при Nшт.) и на 11 часу при (1,5 Nшт.), когда скорость поступления избыточного кислорода из батареи упадет соответственно до ≈ 1,5 м3/час и ≈ 2,2 м3/час, т.е. станет равна скорости поглощения кислорода личным составом, находящимся в носовых отсеках.4.18. 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 3,78 х 11= 41,58 м3, а личным составом Nшт.за 14 часов 2,52 х 14 = 35,28 м3. Таким образом получаем, что количество избыточного кислорода с учетом потребления его личным составом составляет для 1,5 Nшт. 62,4 – 41,58 = 20,82 м3, а для Nшт. 74,5 – 35,28 =39,22 м3.Отсюда получаем, что максимальный рост концентрации кислорода Δ СО2изб.будет внутри режима подзаряда при количестве личного состава Nшт. ≈ на 14 часу подзаряда.При перемешивании воздуха I и II отсековПри перемешивании воздуха I,II и III отсековПри перемешивании воздуха I, II, III и IV отсековПри перемешивании воздуха I, II, III , IV и V отсековПри перемешивании воздуха I, II, III , IV, V и VI отсековПри перемешивании воздуха I, II, III , IV, V,VI, VIII отсековПри перемешивании воздуха I, II, III , IV, V,VI, VIII, IX отсековПри перемешивании воздуха I, II, III , IV, V,VI, VIII, IX,X отсеков 4.19.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. Если в них концентрация кислорода была на уровне 22,5%, то подача кислорода в профилактории в количестве ≈ 476 л/час при этом не прекращается. 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%.Список используемых сокращенийАПЛ аварийная подводная лодка;ПЛА атомная подводная лодка;АППУ атомная паропроизводящая установка;АЭУатомная энергетическая установка;ВМБ военно-морская база;ЗСРзона строгого режима;ГКПглавный командный пункт;ГЭУ главная энергетическая установка;НК -надводный корабль;ПЛподводная лодка;РБрадиационная безопасность;РОрадиационная обстановка;РХБЗ радиационная, химическая и биологическая защита;ТСРК технические средства радиационного контроля.5 Расчет аварийного запаса средств ХРВРасчет аварийного запаса СХРВ пластинчатого типа сводится к расчету запаса РДУ и комплектов В-64.-расчет количества РДУ производится по формуле:где n-число л/состава в отсеках ПЛА, чел (расчеты ведутся для БГ-2);Тогда аварийный запас РДУ составит: 1-й отсек ;2-й отсек ; 3-й отсек ; 4-й отсек ; 5-й отсек 6-й отсек ; 8-й отсек ; 9-й отсек ; 10-й отсек ;6 Расчет количества комплектов В-64 производится по формуле:где n-число л/состава в отсеках ПЛА, чел;tАВ- допустимое время пребывания людей на аварийной ПЛА, ч;РМ - регенеративная мощность комплекта В-64 Тогда аварийный запас комплектов В-64 составит1-й отсек2-й отсек3-й отсек4-й отсек5-й отсек6-й отсек8-й отсек9-йотсек10-й отсекТаким бразом, варийный запас средств ХРВ пластинчатого типа составит 35 РДУ и 235 комплектов В-64.ЗаключениеВ процессе выполнения курсовой работы производились расчеты изменения газового состава воздуха ПЛА при различных режимах, рассчитывались установки регенерации воздуха. На основании этих расчетов делаем 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.Рассчитанное число аппаратов поглощения СО2были расположены по отсекам наиболее рационально и обеспечивают требуемую концентрацию диоксида углерода по всем отсекам.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 1,5N производит большее количество кислорода необходимого для потребления л/с. Также по масса габаритам рациональнее установить систему “Анис”. Суммарные нагрузки на аппараты отсека (Nчел.) и количество аппаратовотсек1234568910Сум. нагр. на аппар. отсека(чел)БГ-1Nшт.3,051,0538,141,053,059,0520,219,055,081.2Nшт.5,053,0542,143,056,0512,0522,222,058,08БГ-2Nшт.2,0514,0531,1418,0527,053,053,22,052,081.2Nшт.5,0516,0533,1420,0529,056,056,24,054,08Расч.кол-вааппаратовБГ-1Nшт.0,510,188,170,220,651,944,334,081,091.2Nшт.0,840,519,020,651,302,584,754,721,73БГ-2Nшт.0,342,346,673,875,790,650,690,440,451.2Nшт.0,842,687,104,296,221,301,330,870,87Принятое по результатам расчета количество аппаратов и их распределение по отсекамОтсек(помещение)IIIIIIIVVVIVIIVIIIIXXВсегоПринято аппаратовУРМ-МГот. №1-29/1612--45225/32Гот. № 2-2757--21125Аварийный запас средств ХРВОтсек(помещение)IIIIIIIVVVIVIIVIIIIXXВсегоПринято средств СХРВ1510691-11135Количество комплектов В-64Отсек(помещение)IIIIIIIVVVIVIIVIIIIXXВсегоПринято комплектов В-647327047617-7753235