В данной статье мы рассматриваем возможность внедрения в систему жизнеобеспечения самолета Ту-204 малогабаритной холодильной машины (МХМ) с улучшенными характеристиками, что будет способствовать повышению экономичности и эффективности работы системы кондиционирования воздуха воздушного судна в целом.
Ключевые слова: система кондиционирования воздуха воздушного судна, малогабаритная холодильная машина, санитарно-гигиенический блок, система «Умный дом», система «Умное воздушное судно», бытовой холодильник, конденсатор
На современном этапе развития самолетостроения остро стоит вопрос создания системы кондиционирования воздуха воздушного судна (СКВ ВС) с улучшенными характеристиками.
В данной статье мы рассматриваем возможность внедрения в систему жизнеобеспечения самолета Ту-204 малогабаритной холодильной машины (МХМ) с улучшенными качественными и количественными характеристиками, что будет способствовать повышению экономичности и эффективности работы СКВ ВС в целом.
Улучшенные характеристики МХМ достигаются при охлаждении конденсатора водой, вследствие сооружения вокруг него бака, заполняемого холодной водой. При таком типе охлаждения повышается КПД данной установки. Кроме того, тепло, отводимое от конденсатора нагревает воду в баке. Данную воду можно будет использовать в санитарно-гигиеническом блоке самолета для различных нужд пассажиров.
Система кондиционирования воздуха воздушного судна и встроенная в нее холодильная установка будут работать по принципу системы «Умное воздушное судно», аналогом которой является система «Умный дом». Для начала разберемся с понятием «Умный дом», статьи о принципах работы и устройства которого широко известны в научном мире.
Что же представляет собой данная система? Это комплексная, взаимосвязанная и автоматизированная система, созданная как для облегчения быта человека, так и для улучшения качества работы элементов этой системы.
Рассмотрим систему «Умный дом» с использованием в качестве главного элемента малогабаритную холодильную машину, т. е. бытовой холодильник (БХ), изображение которого представлено на рисунке 1.
Как известно, бытовой холодильник представляет собой металлический шкаф с холодильной камерой и автоматической холодильной машиной. Данные элементы БХ предназначены для временного хранения охлажденных и замороженных пищевых продуктов. Рассмотрим основные узлы холодильной машины данного типа на примере холодильника «Саратов -1614 М» КШ-160.
Рис. 1. Холодильник «Саратов» КШ-160: 1– внутренний шкаф; 2 — полки; 3 — поддон; 4 – дверка испарителя; 5 — наружный шкаф; 6 — выключатель лампы; 7 — лампа; 8 — ручка терморегулятора; 9 — щиток; 10 — дверка; 11 — форма для яиц; 12 –ограждение; 13 — панель двери; 14 – дверь; 15 — уплотнитель двери; 16 — полка панели двери; 17 — сосуд; 18 — бак для воды; 19 — конденсатор; 20 — сосуд для талой воды; 21 — компрессор; 22 – реле пускозащитное; 23 — кран для воды
Главными узлами малогабаритной холодильной установки указанного типа являются изолированный от тепла шкаф и сама холодильная машина.
Шкаф содержит в себе внутренний и внешний корпус, которые разделены слоем теплоизоляции. Корпус, находящийся снаружи, является главным, сваренным из стального листа толщиной около 1 мм. Корпус шкафа, который находится снаружи, покрыт специальной эмалью. А внутренний корпус может быть как металлическим, так и пластмассовым. Он определяет, каких размеров будет холодильная камера.
Камеры из сплава алюминия, поддерживают низкие температуры. Они более долговечны, гигиеничны, но значительно превосходят по массе камеры, сделанные из пластмассы.
Все шкафы закрываются дверью, которая удерживается при помощи затвора. Уплотнитель позволяет поддерживать герметичность между соединениями корпусов.
В верхней зоне находится испаритель с низкотемпературной камерой. Циркуляция воздуха происходит под испарителем. Компрессор расположен в нижней части наружного корпуса.
Холодильный агрегат бытового холодильника состоит из мотор-компрессора, испарителя, конденсатора, системы трубопроводов и фильтра-осушителя.
В данной холодильной машине компрессор установлен внизу, под шкафом, конденсатор — на задней стенке, а испаритель образует небольшое морозильное отделение в верхней части камеры.
Наиболее значимым компонентом ХМХ для наших дальнейших исследований является конденсатор, представленный на рисунке 2.
Рис. 2. Конденсатор
Конденсатор холодильного агрегата является теплообменным аппаратом, в котором хладагент отдает тепло окружающей его среде. Пары хладагента, охлаждаясь до температуры конденсации, переходят в жидкое состояние. Он представляет собой трубопровод, изогнутый в виде змеевика, внутрь которого поступают пары хладона.
В нашей исследовательской работе мы провели испытания по улучшению качественных и количественных характеристик бытовой холодильной машины. Для этого были проведены три опыта, основанных на способах охлаждения конденсатора:
– воздушное охлаждение;
– охлаждение воздухом, нагнетаемым вентилятором;
– водяное охлаждение.
Дальнейшие расчеты показали, что улучшенные характеристики наблюдаются при охлаждении конденсатора водой.
При таком способе охлаждения мы поместили конденсатор в стальной бак с двумя отверстиями, служащими для подачи и отвода воды. Поступившая в бак холодная вода, нагревалась и утилизировалась по трубке отвода. В системе «Умный дом» полученная теплая вода может быть использована для бытовых нужд, либо на кухне, либо в ванной комнате.
Известно, что на пассажирских самолетах нет теплой воды, так как дополнительные устройства по ее нагреванию будут утяжелять воздушное судно. Да и бытовые холодильники также не используются на ВС. Вся еда, предлагаемая пассажирам в полете, находится в замороженном виде и не требует холодильного устройства. Перед ее подачей стюардессы разогревают еду в специальных печах. Мы предлагаем установить бытовой холодильник с улучшенными характеристиками, во-первых для хранения еды, не требующей предварительной заморозки, а во-вторых, для подачи теплой воды, нагреваемой при охлаждение конденсатора в санитарно-гигиенический узел.
Если в системе «Умный дом» мы используем проточную воду из системы водоснабжения, то где же взять воду для системы «Умное воздушное судно»? В качестве примера рассмотрим самолет Ту-204.
Источниками воды для охлаждения внедряемой малогабаритной холодильной установки на данном самолете сможет стать система кондиционирования воздуха воздушного судна. Именно на Ту-204, влага, образующаяся при влагоотделении в СКВ ВС скапливается в жидкость на внутренних поверхностях фюзеляжа самолета. Далее эта жидкость под действием силы тяжести стекает вниз по каналу между обшивкой и теплоизоляцией. Затем она утилизируется за борт воздушного судна. Мы предлагаем данную воду использовать для охлаждения конденсатора МХМ с улучшенными характеристиками. Таким образом, можно решить две проблемы, возникающие на борту пассажирского самолета, связанные в первую очередь с комфортом пассажиров в полете. А именно:
- Хранение продуктов в холодильнике, не требующих предварительной заморозки перед полетом и дальнейшей разморозки перед подачей пассажирам.
- Наличие на борту теплой воды для различных гигиенических нужд.
Литература:
- Беляев В. В. Пассажирские самолеты мира: учеб. пособие/ В. В. Беляев — М.: Аспол, Аргус; 1997–336 с.: ил.
- Бабакин Б. С. Бытовые холодильники и морозильники: справочник / Б. С. Бабакин, В. А. Выгодин — Б. С. Бабакин, 1998. — 631 с.
- Лачинов О. Л. Конструкция и летная эксплуатация ВС Ту-204: конспект лекций для бортинженеров/ О. Л. Лачинов — Ульяновск: УВАУ ГА, 1999–101 с.
