§ 29 Система приема воды для охлаждения двигателей.
Ледовые ящики
Наличие льда сильно переохлаждает забортную воду, затрудняет поступление ее в систему охлаждения двигателей и приводит к нарушению нормальной работы системы вследствие ледообразования в ней. Мешает работе системы также воздух, который из-за частых реверсов гребной установки и низкой температуры содержится в охлаждающей воде в повышенных количествах и проникает в систему охлаждения.
Ледокол, на котором не обеспечена бесперебойная работа системы приема воды для охлаждения двигателей, может оказаться беспомощным даже в сравнительно несложных ледовых условиях. Поэтому вопросам, связанным с приемом воды для охлаждения, при проектировании ледокола всегда уделяется особое внимание. Уже на ледоколе Ермак по предложению С. О. Макарова была применена специальная конструкция приемников охлаждающей воды, которые получили название ледовых ящиков. На старых ледоколах это были сравнительно большие, встроенные в корпус колодцы или выгородки. В настоящее время применяется несколько различных конструкций ледовых ящиков.
На американских ледоколах получила распространение конструкция ледовых ящиков, внедренная на ледоколах типа Уинд (рис. 133). Ледовые ящики этих ледоколов расположены в днищевой части корпуса, в районе дизельных отделений. Приемник ледового ящика ограничен снизу приемной решеткой 5, служащей для задержания крупных кусков льда. Приемная решетка представляет собой участок наружной обшивки, перфорированный узкими прорезями. Внутри ящика горизонтально установлен отбойный лист 4, предназначенный для предотвращения утечки содержимого ящика при ходе ледокола. Выше отбойного листа поперек ящика расположена наклонная решетка 3. Забор воды в систему охлаждения производится из верхней части ящика насосом 2. Сюда же, на приемную часть решетки, направляется отработавшая нагретая вода из системы 6. Такая схема круговорота охлаждающей воды в системе получила название рециркуляционной. Она позволяет растопить куски льда, попавшие в ледовый ящик, и предотвратить намерзание новых порций льда. К верхней части ледового ящика подведена труба 1 для отвода воздуха и предотвращения повышения давления.
На канадском турбоэлектрическом ледоколе Луи С. Сан-Лоран (рис. 134) ледовые ящики 5 для приема забортной воды, охлаждающей главные конденсаторы 1, также расположены в днищевой части корпуса и работают по описанному выше принципу.
Приемная решетка ледового ящика представляет собой участок наружной обшивки, перфорированной отверстиями диаметром 19 мм с отношением площади отверстий к площади поперечного сечения всасывающего трубопровода 5,5:1. В верхней части каждого ящика расположены три приемные коробки всасывающих патрубков 3 насосов 2. Каждая коробка сообщается с ящиком через квадратное отверстие во флоре, расположенное под раструбом всасывающего патрубка насоса. Носовая и кормовая приемные коробки связаны между собой магистралью, в которую может также сливаться вода из центрального конденсатора и конденсаторов левого и правого борта. На обоих концах такой магистрали, в месте ее соединения с приемными коробками, устанавливаются регулирующие клапаны. Эти клапаны управляются с помощью смонтированного во всасывающем трубопроводе температурного датчика, что позволяет регулировать температуру, изменяя относительное количество нагретой воды, которая сливается через приемную коробку, а также регулировать количество воды для рециркуляции. Нагретая отработавшая вода сливается из конденсаторов через выпускные клапаны 4. При закупорке льдом изменение направления потока в конденсаторе осуществляется автоматически, с помощью дифференциальных датчиков давления, которые включают резервный насос и останавливают работающий. При частичном или полном забивании ледового ящика система может быть полностью переведена на рециркуляцию [39].
На мощных дизель-электрических ледоколах, строящихся для СССР в Финляндии, ледовые ящики, обслуживающие каждое дизель-генераторное отделение, расположены с двух бортов, что позволяет повысить надежность работы установки (на американских ледоколах и на вспомогательных ледоколах типа Василий Прончищев каждое дизельное отделение обслуживается одним ледовым ящиком). Забортная вода для охлаждения гребных электродвигателей поступает либо из магистрали охлаждения дизель-генераторов, либо из отдельного ледового ящика. В последнем случае, предусматривающем наличие трех автономных систем приема забортной воды, удается избежать длинных трубопроводов, прорезающих поперечные водонепроницаемые переборки, и создать необходимый режим охлаждения для каждой группы механизмов.
Конструкция ледовых ящиков, устанавливаемых на ледоколах типа Москва (рис. 135), несколько отличается от описанной выше. Ледовые ящики 2 имеют вертикальные шахты 4, расположенные в отсеках двойного борта ледокола (на рис. 135, а не показана шахта правого борта). Забортная вода, принимаемая через приемные решетки 1, поднимается по расположенной над ней шахте, огибает разделительную стенку, опускается по смежной шахте, проходит механические фильтры 3 и через переключающее устройство — манипулятор 6 поступает к приемным патрубкам охлаждающих насосов 11. Пройдя теплообменники 7, в которых забортная вода 5 отбирает излишек тепла у масла и пресной воды 8, поступающей непосредственно на охлаждение двигателей 9, отработавшая забортная вода через специальный регулирующий клапан 10 сбрасывается за борт через ледовый ящик другого борта. Часть воды подается в колодец приемного ледового ящика.
Регулируя рециркуляцию, можно поддерживать необходимую температуру охлаждающей воды. В случае, если прием забортной воды резко ухудшится (например, в результате обмерзания ледового ящика), с помощью манипулятора вся система переводится на режим работы в обратном направлении. При этом приемный ледовый ящик становится отливным, а отливной — приемным. Ледовые ящики и фильтры ледокола снабжены воздушными трубами, на конце которых предусмотрены клапаны.
Выбор параметров системы приема охлаждающей воды при проектировании зависит от мощности и типа энергетической установки. Наименьшее количество тепла передается охлаждающей воде дизельной судовой установкой. Паротурбинные установки на обычном органическом топливе отдают тепла в 2,3—2,9 раза больше, а установки на ядерном горючем — в 2,8—3,6 раза. Отличие в удельном расходе забортной воды еще значительнее, так как в теплообменных аппаратах дизельных установок допускается подогрев воды до более высокой температуры.
У ледоколов с атомной энергетической установкой необходимо предусматривать резервную цистерну для обеспечения в любых условиях бесперебойной работы судовой электростанции. Объем резервной цистерны, который зависит от мощности установки, может быть подсчитан с помощью графика Б. С. Юдовина [34].
При выборе места расположения ледовых ящиков необходимо учитывать траектории движения льдин вдоль корпуса и плотность облегания корпуса льдом при работе ледокола в различных ледовых условиях (в сплошном льду, мелкобитом, в шуге и т. д.). Для этой цели могут быть использованы результаты модельных испытаний в ледовом бассейне. Расположение ледовых ящиков в носовой оконечности и по бортам, вблизи конструктивной ватерлинии, повышает вероятность забивания их льдом. С другой стороны, установка ледовых ящиков в днищевой части корпуса нежелательна при работе на мелководье, однако в большинстве случаев с последним не считаются. На некоторых ледоколах, учитывая возможность работы в мелководных районах, предусматривают резервный ледовый ящик, расположенный у борта, либо резервную цистерну охлаждающей воды. Ледовые ящики в кормовой оконечности не рекомендуется ставить, ввиду того что при работе ледокола задним ходом и при реверсах в ящики будет попадать большое количество воздуха, а на мелководье — и грунта.
Расчет элементов системы приема забортной воды носит весьма приближенный характер, так как потери напора в системе не поддаются учету. В связи с этим заслуживает внимания опыт канадских специалистов, которые при проектировании ледокола Луи С. Сан-Лоран произвели экспериментальное исследование системы приема охлаждающей воды, основанное на испытаниях ее гидравлической модели. Испытания дали возможность получить информацию о влиянии на работу системы скорости ледокола, обледенения решеток приемников, а также об особенностях течения воды в приемных коробках во время ее сброса и при рециркуляции.