Анализ современного состояния мирового рефрижераторного флота показывает, что его развитие идет в основном по пути повышения дедвейта и скорости хода судов.
В настоящее время средний дедвейт судов составляет 5000 тонн. Суда меньших размеров универсального назначения строятся для эксплуатации на местных линиях.
Повышение скорости хода современных рефрижераторных судов достигается увеличением мощности энергетических установок и совершенствованием обводов корпуса судна.
Если раньше средняя скорость была 18-19 узлов, то в настоящее время она составляет 22-24 узла. Увеличение скорости, вызванное необходимостью срочной доставки скоропортящегося груза получателю, оказывается оправданным, поскольку высокие тарифы на перевозку груза обеспечивают прибыль, несмотря на увеличение эксплуатационных расходов.
Основным типом двигателя для рефрижераторных судов по-прежнему остается малооборотный дизель с прямой передачей на винт. В последнее время широкое распространение получают среднеоборотные двигатели. Их умеренные габаритные размеры позволяют уменьшить длину машинно-котельных отделений и тем самым увеличить объем грузовых помещений.
На судах высокой энерговооруженности, какими являются рефрижераторные суда, целесообразно их многоцелевое использование. Развивается строительство рефрижераторных судов со скоростью до 26 узлов и с мощностью силовой установки от 25 до 50 тыс. л. с. На этих судах в качестве главных двигателей могут устанавливаться современные мощные малооборотные и среднеоборотные двигатели, а также газотурбинные установки.
Скорость хода рефрижераторных судов и вместимость грузовых помещений взаимосвязаны. Для более крупных судов экономически обоснована большая скорость хода.
Рост вместимости грузовых помещений долгое время сдерживался, потому что низкая техническая оснащенность погрузочно-разгрузочных работ в портах, отсутствие современных видов упаковки грузов и соответствующих складских помещений не давали возможности быстро обрабатывать большие партии скоропортящихся продуктов.
Сейчас положение изменилось, и оборудование специализированных причалов, новые виды упаковки и современная погрузочно-разгрузочная техника позволяют обработать банановоз грузовой емкостью 12000-14000 м3 в течение суток.
Поэтому строительство быстроходных судов большой грузовместимости является одной из главных тенденций развития рефрижераторного
флота. В дальнейшем предусмотрено оснащение флота современными рефрижераторными судами грузоподъемностью до 25000 м3.
Большое значение придается ускорению грузовых операций. На судах перспективной постройки вместо грузовых стрел должны быть установлены скоростные электрогидравлические краны, а грузовые трюмы оборудованы системой гидравлического закрытия люков на всех палубах.
Опыт эксплуатации судов типа «Александра Коллонтай» и «Коперник» показывает, что холодильное оборудование отвечает требованиям перевозок любых видов рефрижераторных грузов.
Однако поршневые компрессоры менее надежны в эксплуатации, чем винтовые. Для охлаждения грузовых помещений на вновь строящихся судах применяются винтовые компрессоры, позволяющие плавно регулировать производительность в широком диапазоне изменения нагрузки.
Степень автоматизации должна обеспечивать безвахтовое обслуживание главной силовой и холодильной установок и всех основных систем.
Наличие нескольких (как правило, четырех) палуб на транспортных рефрижераторных судах позволяет более полно использовать грузовместимость судна при жестком ограничении высоты укладки многих скоропортящихся продуктов. Поэтому высота грузовых помещений на судах не должна превышать 2,0-2,5 м.
Для создания однородного температурного поля в грузовых помещениях чаще всего применяют вертикальную систему циркуляции воздуха, имеющую преимущества перед остальными системами воздухораспределения.
Установка реверсивных многоскоростных вентиляторов облегчает поддержание заданных оптимальных тепловлажностных режимов в трюмах судов с большой точностью, что бывает необходимо, в первую очередь, при перевозке плодоовощных грузов, в частности бананов.
Изоляционные конструкции рефрижераторных судов выполняется из высококачественных синтетических материалов с коэффициентом теплопередачи в пределах 0,35-0,40 Вт/(м2∙К).
На основе анализа направлений развития мирового морского транспортного рефрижераторного флота можно утверждать, что развитие в этой области идет по двум основным направлениям:
- совершенствование рефрижераторного флота на основе строительства современных быстроходных рефрижераторных судов большой грузовместимости;
- контейнеризация перевозок скоропортящихся грузов, которая включает создание крупногабаритных рефрижераторных контейнеров, судов-контейнеровозов, специализированных контейнерных терминалов и организацию наземных средств перегрузки и транспортировки.
Эти направления не исключают, а дополняют друг друга. Они развиваются комплексно в зависимости от интенсивности грузопотоков и особенности районов плавания. Для перевозки бананов при температуре 12 °С используются транспортные рефрижераторные суда. При перевозке бананов в холодное время предусмотрен обогрев трюмов.
Транспортные рефрижераторные суда типа «Арагви» представляют собой полнонаборные суда дедвейтом 4436 тонн при перевозке масла и 2260 тонн — при перевозке бананов, построенные на класс Германского Ллойда 100А4-КА и имеющие ледовые подкрепления в соответствии с классом Л Регистра Украины.
С целью увеличения объема трюмов над главной палубой предусмотрена палуба надстроек, простирающая от носа почти до переборки ахтерпика (ахтерпик — крайний кормовой отсек судна).
Судно имеет двойное дно, проходящее от кормовой цистерны мытьевой воды до носового диптанка (диптанк — судовая цистерна, ограниченная сверху палубой). Кроме палубных надстроек и главной палубы, судно имеет еще две палубы, которые делят трюмы на твиндеки. Район плавания судна неограниченный; остойчивость судна соответствует требованиям Регистра Украины. Водонепроницаемые переборки делят судно на восемь отсеков и обеспечивают непотопляемость при затоплении одного любого отсека.
Судовые запасы (топливо, вода и др.) рассчитаны для обеспечения автономности плавания с полным грузом в пределах 8000 миль.
Цельносварной корпус судна изготовлен из стали повышенной прочности; заклепочные соединения применены только по скуловому поясу. В средней части судна на палубе надстроек расположена надстройка, в которой находятся жилые помещения. Во всех жилых и служебных помещениях предусмотрено кондиционирование воздуха.
Система кондиционирования воздуха рассчитана на поддержание в помещении температуры 20 °С при температуре наружного воздуха -20 °С (в зимнее время), а также на понижение температуры на 2-8 °С по сравнению с температурой наружного воздуха (в летнее время).
В качестве главного двигателя установлен восьмицилиндровый двухтактный дизель «Ховальдс-Ман» с наддувом типа KBZ 70/120 мощностью 7250 э. л.с. при 130 об/мин, работающий на тяжелом топливе.
Судовая электростанция состоит из четырех генераторов по 240 кВт каждый переменного трехфазного тока напряжением 380 В, частотой 50 Гц, непосредственно соединенных с двигателями G8V23,5/33 мощностью 360 л. с. при 500 об/мин. Для питания осветительной сети с напряжением 220 в установлены трансформаторы.
Для обеспечения судна паром установлены один котел производительностью 1200 кг/час пара давлением 7атм, работающий на жидком топливе, и один утилизационный котел, работающий на выхлопных газах главного двигателя.
Для погрузочно-разгрузочных работ установлены: на фок-мачте — две 5-тонных стрелы для трюма № 1, одна 5-тонная и одна 10-тонная стрелы для трюма № 2; на грот-мачте — четыре 5-тонные стрелы для трюмов № 3 и 4. Стрелы обслуживаются восемью электрическими лебедками, которые расположены на специальных рубках между грузовыми люками в кормовой и носовой частях судна. Кроме того, каждый грузовой трюм имеет элеватор для погрузки и выгрузки бананов и других фруктов.
Охлаждение трюмов — воздушное, для чего смонтированы 8 ребристых рассольных воздухоохладителей. В каждом трюме имеется по две группы вентиляторов, обеспечивающих 60-кратную циркуляцию объема воздуха в грузовом пространстве в час.
Для обеспечения возможности одновременной перевозки различных рефрижераторных грузов трюмы и твиндеки разбиты на 8 холодильных групп, в которых могут поддерживаться различные температуры. В контрольных проходах у воздухоохладителей с каждого борта имеются закрывающиеся люки, что позволяет производить охлаждение уже загруженной палубы при проведении погрузочных работ на других палубах.
Предусмотрено автоматическое регулирование температуры воздуха в трюмах. Трюмы оборудованы дистанционными термометрами, а также измерительными приборами и ручными регуляторами для поддержания в трюмах определенного количества углекислоты и влажности воздуха. Для очистки воздуха в трюмах имеются две озонаторные установки.
В качестве изоляционного материала для грузовых трюмов и помещений использован изофлекс. Зашивка изоляции произведена оцинкованным железом (δ = 1,5 мм). В изоляции трюмов предусмотрена дегидрирующая установка.
Каждый трюм имеет люк 4900×4500 мм. Люки на палубе надстроек оборудованы изолированными створчатыми крышками с гидравлическими приводами. Крышки на остальных палубах выполнены заподлицо с палубой.
Бананы перевозят в парусиновых сумках длиной около 1,4 м. Загрузка элеваторов производится через грузовые лацпорты (вырез в борту судна) в бортах на каждой палубе. Лацпорты имеют водонепроницаемую конструкцию, снабженную изоляцией.
Для охлаждения трюмов на судне предусмотрена рефрижераторная установка. Отделение холодильных машин расположено на II и III палубах между машинным отделением и трюмом № 3.
Рефрижераторная установка фирмы «Линде» состоит из четырех компрессоров F-8, работающих на фреоне-R134а, производительностью по 165 и 52 тыс. ккал/час соответственно при температуре кипения -5 °С и -18 °С, температуре конденсации 40 °С и 38 °С, температуре охлаждающей воды 30 °С и числе оборотов в минуту 720. Расходы мощности составляют в первом случае — 89 л. с., во втором — 45 л. с.
Компрессоры соединены непосредственно с электродвигателями мощностью 80 кВт и работают по одноступенчатой схеме. Регулировка производится посредством отключения отдельных цилиндров и компрессоров. Для охлаждения трюмов до температуры -18 °С в тропиках необходима работа четырех компрессоров при полном числе оборотов. При перевозке бананов в этих условиях достаточна работа трех компрессоров.
Кроме указанных компрессоров, в отделении рефрижераторных машин установлено следующее оборудование:
- четыре трубчатых горизонтальных конденсатора;
- четыре вертикальных ресивера;
- четыре горизонтальных испарителя;
- два вертикальных центробежных насоса производительностью по 300 м/час при напоре 18 м вод. ст.;
- четыре рассольных насоса производительностью по 65 м3/час при напоре 36 м. вод. ст. и другое оборудование.
Системы охлаждения всех типов предназначены для сохранения качества загруженной скоропортящейся продукции на всем протяжении транспортировки от загрузки до выгрузки. В связи с этим к системам охлаждения предъявляется ряд требований, главное из которых — стабильное поддержание идентичных параметров воздуха, определяемых технологией хранения данного вида продукта, во всем объеме грузового пространства помещения. Неравномерность по объему и колебания во времени температуры и относительной влажности воздуха в грузовом объеме помещений должны быть минимальными, так как в противном случае товарная ценность бананов быстро уменьшается.
Равномерность температурного поля при прочих равных условиях зависит от характера отвода внешних теплопритоков, проникающих в грузовой объем, и качества регулирования температуры.
Величина усушки продукта находится в прямой зависимости от притока теплоты в грузовой объем помещения. Стремление к защите грузового пространства от внешних теплопритоков заставляет совершенствовать существующие системы охлаждения и разрабатывать новые.
При использовании воздушных систем наибольшее внимание уделяется организации распределения воздуха, позволяющей наиболее эффективно отвести наружные теплопритоки. Стремление получить компактные и менее металлоемкие приборы охлаждения привело к созданию батарей и воздухоохладителей из оребренных труб.
Регулирование температуры в грузовом помещении обеспечивается обычно двухпозиционными реле температуры, управляющими производительностью компрессора или соленоидными вентилями.
Это дает возможность поддерживать температуру воздуха охлаждаемого помещения около заданного значения с колебаниями определенной амплитуды и частоты.
Минимальный дифференциал судовых реле температуры, как правило, составляет 2 °С, что недопустимо при транспортировке бананов.
Поэтому с целью повышения качества регулирования температуры устанавливаются реле более высокого класса.
Необходимо отметить, что место расположения соленоидного вентиля в системе охлаждения влияет на величину колебаний температуры. При достижении нижнего допустимого температурного уровня в охлаждаемом помещении датчик срабатывает и происходит закрытие соленоидного вентиля, установленного на линии подачи хладагента. Однако компрессор продолжает работать, понижая давление в испарителе, и это приводит к неизбежному доиспарению оставшегося в испарителе хладагента, а, следовательно, к понижению достигнутой температуры. Чтобы исключить доиспарение хладагента в системе, целесообразно дополнительно предусматривать соленоидный вентиль на линии всасывания паров хладагента.
Особенное внимание уделяется вопросу снижения энергетических затрат на выработку холода до минимально возможного уровня.
Рациональность использования грузового объема охлаждаемых трюмов в значительной степени зависит от выбора типа охлаждающей системы, в связи с чем вопросы габаритов и материалоемкости охлаждающих приборов имеют большое значение. Отсюда вытекают требования к компактности приборов охлаждения и минимальной потере полезного объема при размещении системы охлаждения.
Большое значение для соблюдения технологического режима хранения бананов имеют требования к системам охлаждения, направленные на обеспечение надежности их работы. Эти требования изложены в действующих Правилах Украины о классификации и постройке морских судов.
При использовании воздушной системы охлаждения расположение воздухоохладителей в грузовых помещениях должно обеспечивать свободный доступ к ним для проведения осмотров и ремонта. Если устанавливается один воздухоохладитель, то он должен состоять не менее, чем из двух секций, каждая из которых может отключаться.
Требования техники безопасности и противопожарной защиты сводятся к обеспечению сохранности груза и безопасной работы системы.
Итак, основные требования к судовым системам охлаждения следующие:
- стабильное поддержание температурно-влажностных параметров, а также газового состава по всему объему помещения в соответствии с технологическим режимом хранения данного вида груза;
- обеспечение равномерности температурного поля в каждой точке грузового объема;
- обеспечение минимальных энергетических затрат;
- рациональное использование грузового объема;
- высокая надежность эксплуатации и безопасность работы.
Воздушные системы охлаждения нашли наибольшее распространение на транспортных судах и контейнеровозах. По сравнению с системами охлаждения с естественной конвекцией воздушные системы охлаждения обладают следующими преимуществами:
- универсальность по отношению к видам перевозимых грузов;
- более интенсивный отвод теплоты от груза к воздуху, что позволяет сократить время первоначального охлаждения груза;
- большая равномерность температурного поля, чем в грузовых помещениях с системами батарейного охлаждения;
- большая компактность и меньшая металлоемкость;
- более простая и быстрая оттайка приборов охлаждения, исключающая попадание влаги на груз и в грузовое помещение и уменьшающая теплопритоки к грузу при оттайке;
- позволяет изменять интенсивность охлаждения грузового помещения.
В качестве недостатков воздушной системы охлаждения можно отметить повышенный расход электроэнергии на привод вентиляторов и необходимость компенсации теплового эквивалента их работы, а также повышенную усушку груза.
К настоящему времени разработано более 40 типов систем воздухо-распределения для охлаждения грузовых пространств рефрижераторных трюмов и контейнеров, отличающихся расположением и конструкцией воздухораспределительных каналов, а также характером циркуляции воздуха в грузовом объеме. На действующих судах и контейнерах сейчас наибольшее применение нашли примерно 10 различных типов воздушных систем охлаждения.