Многие слышали и читали о работе красных моряков — артиллеристов, минёров, радистов, штурманов, машинистов. Но мало кто знает ещё об одной интересной специальности — о моряках-холодильщиках. Между тем их можно встретить на каждом современном боевом корабле, где они несут весьма ответственную службу.
В чем же заключается работа моряков-холодильщиков? Известно, что взрывчатые вещества следует хранить при определенной температуре, в противном случае возникают сложные химические реакции, в результате которых эти вещества могут самовозгореться и вызвать катастрофу. Чтобы этого не случилось, в артиллерийских погребах приходится поддерживать все время определенную температуру.
Давно отошли в прошлое те времена, когда моряки, уплывая в далёкий рейс, питались солониной и сухарями. Краснофлотцы, окружённые любовью и заботой всей страны, получают на судне, как и на суше, здоровую и вкусную пищу. А для того, чтобы в дальних плаваниях иметь свежие овощи, мясо, рыбу, нужен искусственный холод.
Вот почему холодильная машина стала жизненно-необходимой частью любого сколько-нибудь крупного судна.
Как получается искусственный холод? Известно, что всякая жидкость при испарении поглощает большое количество тепла; при этом окружающие её предметы сильно охлаждаются. Если, например, вылить на ладонь несколько капель очень летучей жидкости — эфира, то рука почувствует холод. Объясняется это тем, что эфир быстро испаряется и отнимает тепло у человеческого тела.
Чей интенсивнее испаряется жидкость, тем сильнее её охлаждающее действие. Но самое бурное и интенсивное испарение жидкости бывает тогда, когда она кипит. Кипение может происходить при различной температуре. Все знают, что чем больше давление над жидкостью, тем выше температура её кипения. Так, например, вода под давлением в 15 атмосфер (т. е. в пятнадцать раз больше атмосферного) кипит только при 200°, если же, наоборот, над жидкостью создать малое давление, то она закипит при температуре ниже нормальной точки кипения. Действие холодильной машины основано как раз на свойстве жидкостей менять температуру кипения и конденсации в зависимости от давления.
В обычных производственных условиях для получения холода применяется аммиак. Жидкий аммиак под давлением в 3 атмосферы направляют в охлаждаемое помещение, где он в трубах испаряется, поглощая при этом тепло извне и снижая температуру до —10°. Затем пары аммиака поступают в компрессор, где они сжимаются. Температура их при этом повышается до 100°, а давление —до 10 атмосфер. Такому давлению соответствует температура кипения и конденсации аммиака, равная 25°. Орошая сосуд с аммиачными парами водой при температуре около 25° и тем самым отводя от них тепло, мы снова получим жидкий аммиак. Давление жидкости снова понижают до 3 атмосфер, её опять направляют в охлаждаемое помещение, и все повторяется сначала. Таков нормальный цикл аммиачной холодильной машины.
Почему в холодильной машине применяется именно аммиак? У него есть два главных преимущества. Давление аммиака в холодильной системе не слишком велико и не слишком низко. Наивысшее требуемое давление в 10 атмосфер может быть легко получено при помощи обычного поршневого компрессора с чугунными деталями. а самое низкое давление все же превышает обычное атмосферное, что препятствует проникновению в систему наружного воздуха.
Если бы вместо аммиака мы взяли, например, воду, то, чтобы заставить её кипеть при 10° ниже нуля, пришлось бы создать давление в триста(!) раз меньше атмосферного. Поршневой компрессор такого разрежения создать не может.
Другое ценное свойство аммиака заключается в том, что объем одного его килограмма в газообразном состоянии при низких температурах не слишком велик. Он составляет примерно 0,4 куб. метра при 10° ниже нуля. Это очень важная величина, так как именно она определяет размеры поршневого компрессора. Простой подсчёт наглядно показывает, какую большую роль играет удельный объем паров. Каждый кубический метр аммиака, испарившегося при 10° ниже нуля, уносит с собой свыше 600 калорий тепла. Если взять для сравнения водяной пар, то окажется, что при той же температуре удельный объем его будет в тысячу раз больше. Правда, теплота испарения 1 килограмма получится также больше, но всего лишь в два раза. В результате 1 куб. метр испарившейся воды уносит с собой тепла в пятьсот раз меньше, чем аммиак. Значит, для того чтобы отвести из помещения некоторое количество тепла с помощью водяного пара, надо взять компрессор с объёмом в пятьсот раз большим, чем для аммиачной машины.
Теперь читателю понятно, почему на всех стационарных холодильниках применяется почти исключительно аммиак.
Но аммиак обладает и очень существенным недостатком: это сильно ядовитый газ. Два процента этого газа в воздухе уже смертельно действуют на человека.
Поэтому на корабле, где непрерывная качка расшатывает трубы и создаёт неплотности в местах их соединения, аммиак применять нельзя. А на военном судне это и вовсе недопустимо: если в холодильную установку попадёт снаряд, то аммиак отравит все вокруг.
Как же быть? Кораблю нужен холод, для холода нужен аммиак, но аммиак на корабле недопустим. Положение как будто безвыходное.
Однако в технике абсолютно неразрешимых проблем нет. Если нужный результат не получается, значит надо изменить ход решения задачи и пойти по принципиально новому пути.
В данном случае есть два возможных варианта. Можно, используя тот же компрессор, взять не аммиак, а другое, безвредное вещество. В некоторых холодильных установках для этой цели применяется углекислота: она не ядовита, и компрессор для неё получается сравнительно небольших размеров. Но зато применение углекислоты требует давления до 60—80 атмосфер, поэтому цилиндры компрессора приходится делать кованными, а всю арматуру — стальной. Это значительно удорожает стоимость холодильной установки. Кроме того, высокое давление вызывает и ряд других неудобств.
В самое последнее время американские химики нашли новое безвредное вещество — фреон (\(CF_2Cl_2\)), которое позволяет создавать в холодильной системе приемлемые давления. Это вещество пока ещё недостаточно изучено и обходится дорого, но несомненно имеет большое будущее.
В Советском Союзе сейчас осваивается производство фреоновых холодильных установок. В этой области наша страна догоняет передовую американскую технику.
Но можно пойти и другим путём — отказаться от поршневого компрессора и применить в холодильной машине самое дешёвое и абсолютно безопасное вещество — воду. Действительно, компрессор, как мы видели, не может справиться с сильным разрежением и большими объёмами, которые неизбежны при использовании воды в холодильной системе; но вот, оказывается, существует прибор, для которого это не является серьёзным препятствием. Этот прибор называется эжектором.
Объясним кратко принцип работы эжектора. Из парового котла свежий пар под давлением поступает в конический расходящийся насадок. Там он приобретает колоссальную скорость — около 1 тыс. метров в секунду. Другими словами, пар вылетает из насадка быстрее, чем пуля из винтовочного дула. При своём движении пар захватывает окружающие частицы воздуха. Благодаря этому в камере, в которую выходит насадок, создаётся сильнейшее разрежение. К этой камере присоединён испаритель. Давление в испарителе падает почти до нуля (точнее, до тысячных долей атмосферы). Часть воды в испарителе при таком низком давлении усиленно испаряется, поглощает при этом большое количество тепла, чем вызывает охлаждение остальной массы воды. Смесь испарившейся воды и свежего пара из насадка поступает в так называемый диффузор, где происходит постепенное повышение давления за счёт уменьшения скорости потока. Отсюда водяные пары, обладающие ещё некоторой скоростью, нагнетаются в конденсатор.
Таким образом, эжектор отсасывает водяные пары из испарителя, в котором создаётся глубокий вакуум, и нагнетает их в конденсатор, повышая давление паров примерно в пятнадцать раз. Тем самым эжектор заменяет собой компрессор.
Конденсатор, куда поступает смесь холодного и рабочего пара, представляет собой стальной барабан, сквозь который пропущены небольшие трубки. В эти трубки подаётся морская вода; она охлаждает пары и, нагревшись сама, выливается обратно за борт. Пары в барабане конденсируются. Полученный дистиллят идёт для питания судовых котлов.
Разумеется, в систему, где создано такое разрежение, через мельчайшие неплотности будет проникать воздух. Если не принять специальных мер для непрерывного удаления просочившегося снаружи воздуха, он расстроит работу всей установки. Поэтому в верхней части конденсатора устанавливается небольшой вспомогательный эжектор, который отсасывает попавший сюда воздух. Этот воздух нагнетается эжектором в другой охлаждаемый барабан, все ещё находящийся под небольшим вакуумом. Здесь последние остатки пара конденсируются, а воздух с помощью второго эжектора выбрасывается наружу.
Вода в холодильной машине охлаждается ниже нуля. Чтобы она при этом не замёрзла, в ней растворяют какую-либо соль. Обычно для этого применяется хлористый кальций или натрий. Температура замерзания такого рассола может быть значительно снижена.
Холодный рассол подаётся насосом в кладовые для пищевых продуктов и в артиллерийские погреба. Рассол протекает там по трубам и охлаждает помещение, создавая желаемую температуру.
 |
Схема эжекторной холодильной установки. |
Так работает эжекторная пароводяная холодильная установка. На суше она встречается редко. Объясняется это тем, что коэффициент полезного действия эжектора ниже, чем компрессора.
Однако во флоте достоинства эжекторной установки приобретают особое значение. Эти достоинства состоят не только в малом давлении внутри холодильной системы и применении абсолютно безопасного вещества — воды; сюда надо добавить также компактность и малый вес установки и кроме того, отсутствие поступательно-движущихся частей, требующих смазки и тщательного ухода. Экономичность эжекторной установки можно повысить, если применять в качестве рабочего пара отработанный пар, выходящий из паровых двигателей под давлением в 2—3 атмосферы. Все эти качества делают такую установи для корабля незаменимой.
Страна Советов строит сейчас могучий военно-морской флот, оснащённый передовой техникой. На новых кораблях найдут широкое применение и лучшие современные холодильные машины разных типов.
Комментариев нет:
Отправить комментарий