Оценка эффективности подогрева воздуха противообледенительного устройства ледокола на входе в компрессор

Темой исследования являются противообледенительные устройства, обеспечивающие повышение ледопроходимости, широко применяемые на современных ледоколах. Отмечается, что наиболее распространенными являются устройства, в основе которых лежит пневмообдув корпуса ледокола воздухом, нагнетаемым специальным компрессором. При работе в условиях низких температур возникает опасность выхода компрессора из строя вследствие обледенения его приемного тракта, для защиты которого необходимо повышать температуру воздуха, поступающего в компрессор, до безопасных значений. Возможными способами подогрева являются рециркуляция сжатого в компрессоре воздуха и его подогрев в специальном теплообменном аппарате. В статье представлена схема противообледенительной системы, позволяющей реализовать оба способа подогрева воздуха с описанием принципа ее действия. Статья посвящена актуальной проблеме, а именно выбору наиболее предпочтительного способа подогрева воздуха. В качестве критерия оценки предлагается использовать энергетические затраты, необходимые для обеспечения подогрева воздуха, параметров охлаждения современных двигателей внутреннего сгорания с высоким уровнем форсированности и перспективных двигателей. Для решения поставленной задачи предложен алгоритм, учитывающий особенности работы компрессора противообледенительного устройства, требования, предъявляемые к температуре приемного воздуха, а также свойства теплоносителей. Расчетная методика базируется на классических уравнениях термодинамики и теплопередачи. Результаты выполненных расчетов позволяют сравнить энергетические затраты на обеспечение повышения температуры воздуха до требуемых значений при использовании различных способов подвода теплоты. На основании проведенных расчетов можно сделать вывод о том, что наиболее рациональным способом подогрева приемного воздуха компрессора противообледенительного устройства является совместное использование рециркуляции и теплообменного аппарата. Перспективным направлением совершенствованием противообледенительных устройств является оптимизация температурных режимов работы компрессора, рационализация распределения подводимой теплоты, автоматизация управления температурным режимом пневмообдува. 

1. Распоряжение Правительства РФ от 29.02.2016 № 327 р «О Стратегии развития внутреннего водного транспорта Российской Федерации на период до 2030 года» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://government.ru/docs/22004/ (дата обращения: 15.02.2023).

2. Распоряжение Правительства РФ от 28.10.2019 № 2553 р «Об утверждении Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2035 года» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://government.ru/docs/38218/ (дата обращения: 15.02.2023).

3. Александров М. А. Перспективы атомного ледокольного флота по освоению Северного морского пути / М. А. Александров, Ю. Л. Бордученко // Морской вестник. — 2021. — № 2 (78). — С. 17–23.

4. Бордученко Ю. Л. Атомный ледокольный флот России в начале XXI века. Задачи и перспективы / Ю. Л. Бордученко // Энергия: экономика, техника, экология. — 2020. — № 7. — С. 26–33. DOI: 10.7868/ S0233361920070046.

5. Бордученко Ю. Л. Атомный ледокольный флот России в первой четверти XXI века. Задачи и перспективы освоения Северного морского пути / Ю. Л. Бордученко, И. Г. Малыгин, В. Ю. Каминский, В. А. Аксенов // Морские интеллектуальные технологии. — 2021. — № 2–1 (52). — С. 14–25. DOI: 10.37220/ MIT.2021.52.2.001.

6. Пустошный А. В. Проблемы, связанные с увеличением скорости круглогодичной работы крупнотоннажных транспортных судов в Арктике / А. В. Пустошный, К. Е. Сазонов // Арктика: экология и экономика. — 2017. — № 3 (27). —С. 103–110. DOI: 10.25283/2223-4594-2017-3-103-110.

7. Сазонов К. Е. Развитие ледовой ходкости судов в ХХI веке / К. Е. Сазонов // Труды Крыловского государственного научного центра. — 2018. — № 2(384). — С. 9–28. DOI: 10.24937/2542-2324-2018-2-384-9–28.

8. Калинина Н. В. Влияние пневмоомывающего устройства на ходкость ледоколов / Н. В. Калинина // Современные проблемы науки и образования. — 2015. — № 1–1. — С. 308.

9. Reducing ice friction since 1969 // Arctic Passion News, Aker Arctic Technology Inc’s customer magazine. — 2020. — Vol. 1. — Is. 19. — Pp. 18–19.

10. Жуков В. А. Противообледенительное устройство ледокола как средство повышения энергоэффективности судна / В. А. Жуков, Е. А. Степанов, В. Л. Ерофеев // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2022. — Т. 14. — № 3. — С. 430–439. DOI: 10.21821/2309-5180-2022-14-3-430-439.

11. Жуков В. А. Определение энергопотребления противообледенительных устройств ледоколов / В. А. Жуков, Е. А. Степанов // Морские технологии: проблемы и решения — 2022: сб. ст. участников науч.-практ. конф. — Керчь: ФГБОУ ВО «Керченский государственный морской технологический университет», 2022. — С. 33–35.

12. Лобода Б. Н. Компактные судовые компрессорные установки двойного применения / Б. Н. Лобода [и др.] // Судостроение. — 2006. — № 3 (766). — С. 40–42.

13. Кузнецов Л. Г. Применение роторных компрессорных систем АО «Компрессор» для эффективного решения задач пневмообмыва корпуса ледокола и в альтернативных гражданских проектах / Л. Г. Кузнецов [и др.] // Морской вестник. — 2018. — № 2 (66). — С. 41–44.

14. Пинчук О. А. Некоторые свойства хладоносителепй на основе водного раствора пропиленгликоля / О. А. Пинчук, С. В. Караван, Д. В. Караван // Холодильная техника. — 2009. — № 6. — С. 26–29.

15. Ерофеев В. Л. Теплотехника: учебник для вузов / В. Л. Ерофеев, П. Д. Семенов, А. С. Пряхин. — М.: Академкнига, 2008. — 488 с.

16. Хатамова Д. Н. Исследование влияния температуры всасываемого воздуха на эффективность поршневого компрессора / Д. Н. Хатамова, Р. У. Джураев // Universum: технические науки. — 2021. — № 6–2 (87). — С. 44–47. DOI: 10.32743/UniTech.2021.87.6.12008.