Повышение эффективности и экологической безопасности систем охлаждения судовых энергетических установок со струйными устройствами теплоотвода

Темой исследования является подтверждение целесообразности в процессе эксплуатации судна исключения в течение некоторого промежутка времени приема забортной воды, используемой для охлаждения судовой энергетической установки. Рассмотрены вопросы возможности такой работы на примере широко распространенных разомкнутых двухконтурных систем охлаждения при условии, что эти системы могут быть переключены на имеющиеся на судне цистерны с забортной воды. Отмечается, что работа по такой схеме ограничена временем нагрева имеющейся воды до максимально допустимой температуры. Рассматриваются вопросы увеличения этого времени за счет повышения теплоотвода через судовую обшивку. Для этого нагретая вода не просто сбрасывается в цистерну, а струйно подается через систему трубопроводов непосредственно на внутреннюю поверхность судовой обшивки. Проведенные визуальные и теплотехнические исследования показали, что оптимальные результаты достигаются при применении струйного подвода, дополненного экраном. В результате между экраном и судовой обшивкой формируется канал для движения горячей воды, которая радиально растекается от центра экрана наружу, формируя веерную струю. При этом обеспечиваются максимальные скорость обтекания судовой обшивки и температурный напор между горячей и забортной водой. Подчеркиваются преимущества данного метода подвода охлаждаемой воды, подтвержденные теплотехническими исследованиями. Показано, что при этом теплоотдача увеличивается на 25–30 % по сравнению с простым струйным подводом воды. В результате обработки многочисленных экспериментальных данных получены обобщающие уравнения подобия, позволяющие рассчитать теплоотдачу при различных режимах течения воды. Применение указанных устройств позволяет увеличить время работы систем по замкнутому контуру без приема забортной воды, что с экологической точки зрения дает возможность снизить негативное воздействие на морские ресурсы. Отмечается, что ввиду достаточно простой конструкции данных устройств, они могут применяться как на этапе постройки нового судна, так и при модернизации существующих судов. В работе приведен пример внедрения таких устройств на самоходных плавкранах. 

1. How power plants kill fish&damage our water ways [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://blogs.sierraclub.org/compass/2011/08/how-power-plants-kill-fish-damage-our-waterways-.html (дата обращения 11.11.2020).

2. Федоровский К. Ю. Механизм отрицательного антропогенного воздействия систем охлаждения СЭУ / К. Ю. Федоровский, Н. К. Федоровская, В. В. Ениватов // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2020. — Т. 12. — № 6. — С. 1068–1077. DOI: 10.21821/2309-5180-2020-12-6-1068-1077.

3. Жуков В. А. Пути совершенствования систем охлаждения судовых дизелей / В. А. Жуков, К. А. Воробей, А. А. Пуляев // Речной транспорт (XXI век). — 2018. — № 2 (86). — С. 50–53.

4. Федоровский К. Ю. Замкнутые системы охлаждения судовых энергетических установок / К. Ю. Федоровский, Н. К. Федоровская. — М.: ИНФРА-М, 2017. — 163 с.

5. Шурпяк В. К. Учет особенностей систем охлаждения при оценке энергетической эффективности судов / В. К. Шурпяк // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2014. — № 37. — С. 51–55.

6. Specifying a Trawler [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://bluewater-trawlers.blogspot. com/2008/11/hull-construction.html (дата обращения 21.12.2021).

7. Fernstrum Gridcooler. Keel Coolers [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.fernstrum. com/products/gridcooler-keel-cooler/specialty-coolers/ (дата обращения 21.12.2021).

8. Федоровский К. Ю. Теплопередача через обшивку корпуса судна и особенности происходящих процессов / К. Ю. Федоровский // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. — 2018. — № 4–2 (330). — С. 168–172.

9. Исатаев М. С. Исследование вихревой картины течения свободной струи, ограниченной плоскими стенками / М. С. Исатаев, Ж. К. Сейдулла, А. Сактаган, Б. Рахатаева // Вестник Алматинского университета энергетики и связи. — 2021. — № 4 (55). — С. 15–23. DOI: 10.51775/2790-0886_2021_55_4_15.

10. Терехов В. И. Конвективный теплообмен при натекании кольцевой струи на плоскую преграду / В. И. Терехов, С. В. Калинина, К. А. Шаров // Теплофизика высоких температур. — 2018. — Т. 56. — № 2. — С. 229–234. DOI: 10.7868/S0040364418020096.

11. Веретенников С. В. Влияние интенсивности закрутки на теплоотдачу комбинированной импактной струи / С. В. Веретенников, О. А. Евдокимов // Семинар вузов по теплофизике и энергетике: материалы Всеросс. науч. конф. с международ. участием. — СПб.: СПб. политехн. ун-т Петра Великого, 2019. — С. 84–85.