Диссертация (1025437), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Патрубки жестко фиксируются в отверстиях 5 каркас-матрицы 4.На нижних концах патрубков 7 имеется внутренняя резьбовая нарезка 9,необходимая для крепления выдвижных стаканов-наконечников 10 с плоскимидонышками 11 на концах. На боковой поверхности патрубков 7 расположенывпускные клапаны 8, через которые низкотемпературный энергоносительпопадает внутрь патрубков 7 и стаканов-наконечников 10.Выполнение работ под водой всегда относятся к категории высшейсложности. Методика подъема оболочковых объектов может быть следующая:перед началом подъемных работ, с помощью выдвижения стакановнаконечников, в зависимости от формы поднимаемого объекта, осуществляетсяпрофилирование поверхности намораживания, которая должна повторятьвнешнюю поверхность оболочки поднимаемого объекта.

Затем внутреннююполость 3 криорезервуара 1 захолаживают, после чего криокювету подводят кзатопленному оболочковому объекту 12, таким образом, чтобы междуплоскими донышками стаканов-наконечников и поверхностью поднимаемогообъекта оставался технологический зазор (предотвращающей механическоевоздействие криокюветы на корпус поднимаемого объекта). По завершениюустановкиподъемногоустройстваосуществляетсяегозаправканизкотемпературным энергоносителем через изолированный шланг от судназаправщика.

Заправка осуществляется таким образом, что патрубки 7проходящие своими верхними концами через теплоизолированную стенку непогружаются в низкотемпературную жидкость, а их верхняя часть находитсянад ней, при этом срабатывают впускные клапаны 8 и низкотемпературный111энергоноситель поступает в пространство патрубков 7 и выдвижных стакановнаконечников10.Охлаждениестаканов-наконечников10приводиткобразованию водного льда на плоских донышках 11, который заполняеттехнологический зазор и образует ледяной мост, соединяющий нижнюю частьстаканов-наконечников 10 с затопленным объектом 12. По мере намораживанияледяной оболочки, сила сцепления увеличится и происходит присоединениезатопленного объекта к стаканам-наконечникам по средствам ледяного моста.После завершения формирования ледяного моста, производится подъемкриокюветы вместе с примороженным объектом, с помощью подъемныхмеханизмов со дна на поверхность водоема.

Подъем производится принепрерывном охлаждении ледяного моста во избежание его таяния.Преимуществом данного метода является то, что не происходитмеханического воздействия на затопленный объект 12, и он извлекается наповерхность в том состоянии, в котором находился на дне. Это исключаетпопадание содержимого объекта в водную среду, что особенно важно, еслизатопленный объект содержит внутри себя опасные для среды компоненты.Кроме того по мере газификации низкотемпературной жидкости внутриподъемного устройства и образованию водного льда, конструкция приобретаетположительную плавучесть.

Создается выталкивающая сила способствующаяотрыву затопленного оболочкового объекта 12 со дна и транспортировки его наповерхность.Одним из наиболее значимых параметров при подъеме оболочковогообъекта со дна водного бассейна, с помощью криокюветы, является время,необходимое для формирования ледяного моста.Исходныепараметрыдлярасчетавременипримораживанияподнимаемого объекта:– температура воды, Тв=285 К;– температура поверхности стенки, Тс=77 К;– температура фазового перехода воды в лед, Тф=271,5 К (для слабосаленной воды);112– размер технологического зазора, δ= 35 мм;– толщина стенки поднимаемого объекта δс 3мм;– диаметр стаканов-наконечников, d=57 мм;– расстояние между стаканами-наконечниками, h= 72 мм.1.

Расчет коэффициента теплоотдачи от воды к поверхности льда (дляслучая плоской поверхности, обращенной теплопередающей поверхностьювниз)– число Прандтляж1,246 ∙ 10 ∙ 4,189 ∙ 100,565жж(5.1)9,24где [88] μж – динамическая вязкость жидкости, μж=1,246·10-3 Па·с; Cpж–удельная теплоемкость жидкости, Cpж=4,189·103 Дж/(кг· ); λж – коэффициенттеплопроводности жидкости, λж=0,565 Вт/(м· )– число ГрасгофажТвТф999,4 0,924 109,81 2851,264 ∙ 10ж2730,057(5.2)4,36 ∙ 10где [88] ρж – плотность жидкости, ρж=999,4 кг/м3;коэффициент объемного расширения,– температурный0,924 10‐4 К‐1; g – ускорение силытяжести, g=9,81 м/с2– число Рэлея4,36 10109,244,03 10(5.3)2 ∙ 10 – характерен для ламинарного режима течения– число Нуссельта, для ламинарного режима течения [86]0,27,0,27 3,58 10,12,09(5.4)– коэффициент теплоотдачи от воды к поверхности льда∙ж12,09 0,5650,057119,8 Вт/ м ∙(5.5)1132.

Определение времени, необходимого для смерзания поднимаемогообъекта с поверхностью стаканов-наконечников.Рисунок5.2иллюстрируетпроцесспримораживаниястенкиподнимаемого объекта к рабочей поверхности криокюветы и образованиеледяной оболочки.Рисунок 5.2. Схема образования льда на рабочих поверхностях криокюветы ипримораживание к ней затопленного объектаДля прочного смораживания поднимаемого объекта с поверхностьюкриокюветы должны соблюдаться следующие условия: температура внешнейповерхности стенки поднимаемого объекта должна быть ниже температурыкристаллизации, атак же необходимо полное промораживание стенкиподнимаемого объекта.

Соблюдение второго условия необходимо вследствие,возможного, высокого коррозионного износа стенки поднимаемого объекта, сцелью её укрепления водным льдом, для безопасного подъема объекта наповерхность.Для упрощения задачи примем в качестве допущения, что свойствастенки поднимаемого объекта, подверженной коррозии, близки свойствамокружающей воды.114Из вышеизложенного следует, что необходимо найти время образованияслоя водного льда толщиной ξ=38мм (ξ=δ+δс).

Искомое время определим поуравнению (2.18), в котором фактор роста слоя водного льда β представим как:(5.6)√тогда уравнение (2.18) примет вид:2  3 С1Tф 2T '   '  ' 2   Т с  Tф  T   T  2  T  2 К     ф(5.7)где  L     Tв  Tф'T 2(5.8)ρ – плотность водного льда, ρ=917 кг/м3; L – плота фазового перехода воды влед, L=334·103; λ – коэффициент теплопроводности водного льда притемпературе фазового перехода, λ=2,3 Вт/(м· ); С1 – размерная константа,С1=7,97 Дж/кг·гр2; К – размерная константа, К=615,34 Вт/м.Отсюда время необходимое для намораживания заданного слоя льда:677сТемпература поверхности поднимаемого объекта, в установленныймомент времени, определяется по уравнению (2.15):Сфф2Кф2(5.9)где:вф√2(5.10)Для данного случая, фактор роста слоя водного льда β составляет:0,038√√6770,001460459(5.11)115параметр ν находится аналогично:0,035√677√0,001345159(5.12)Отсюда следует, что температура поверхности стенки поднимаемогообъекта составляет:14,9Предложенная методика подходит для расчета времени, необходимогодля примораживания рабочей поверхности криокюветы, к затопленномуобъекту, когда оболочка объекта находится в стадии высокого коррозионногоизноса.

В случае, когда стенка поднимаемого объекта не подверженакоррозионному износу следует применять методику, изложенную в работахЛаврова Н.А. [48, 89].Для создания прочной ледяной оболочки, соединяющей криокювету споднимаемым объектом, помимо выше изложенного, необходимо заполнениеводным льдом расстояния между стаканами-наконечниками.3. Расчет коэффициента теплоотдачи от воды к поверхности льда (дляслучая и вертикально расположенной трубы).– число Прандтляжж1,246 ∙ 10 ∙ 4,189 ∙ 100,565жж(5.13)9,24где [88] μж – динамическая вязкость жидкости, μж=1,246·10-3 Па·с; Cpж–удельная теплоемкость жидкости, Cpж=4,189·103 Дж/(кг· ); λж – коэффициенттеплопроводности жидкости, λж=0,565 Вт/(м· )ссс1,788 ∙ 10с∙ 4,212 ∙ 100,56(5.14)13,448где [88] μс – динамическая вязкость жидкости, при температуре поверхностильда, μс=1,788·10-3 Па·с;Cpс– удельнаятеплоемкостьжидкости, притемпературе поверхности льда Cpс=4,212·103 Дж/(кг· ); λс – коэффициенттеплопроводности жидкости, при температуре поверхности льдаВт/(м· )λс=0,56116– число ГрасгофажТвТф999,4 0,924 109,81 2851,264 ∙ 10ж271,50,3(5.15)2,297 ∙ 10где [88] ρж – плотность жидкости, ρж=999,4 кг/м3;коэффициент объемного расширения,– температурный0,924 10‐4 К‐1; g – ускорение силытяжести, g=9,81 м/с2; h1 – характерный размер (высота рабочей части стакановнаконечников), h1=300 мм.– число Рэлея2,297 ∙ 10109,242,12 10(5.16)10 – характерен для ламинарного потока– число Нуссельта, для ламинарного режима течения [86]0,76,ж∙,0,76 ∙ 2,12 10с,9,2413,45,46,95(5.17)– коэффициент теплоотдачи от воды к поверхности льда∙ж46,95 0,5650,3(5.18)88,4 Вт/ м ∙4.

Определение времени необходимого для заполнения расстояния междустаканами-наконечникамиВ каркас-матрицы криокюветы отверстия для крепления патрубковрасполагаются по вершинам равносторонних треугольников (Рисунок 5.3).Таким образом, толщина слоя льда, которую необходимо наморозить навнешней поверхности стакана-наконечника, для полного смыкания ледянойсоставляет:оболочки2322 ∙ 111,72357246мм 5.19где hm – длинна медианы равностороннего треугольника,сторона треугольника).√(A–117Рисунок 5.3.

Схема размещения отверстий в каркас-матрицыВремя для образования данного количества водного льда определим поуравнению (2.45), в котором фактор роста слоя водного льда β представим как:(5.20)√в этом случае уравнение (2.45) примет вид:  С1 '2'Т    Т Т с  Tф  Т ' 2К    Tф   r0  T ф'Т  2 2(5.21)где  L     Tв  Tф'T 2(5.22)ρ – плотность водного льда, ρ=917 кг/м3; L – плота фазового перехода воды влед, L=334·103; λ – коэффициент теплопроводности водного льда притемпературе фазового перехода, λ=2,3 Вт/(м· ); С1 – размерная константа,118С1=7,97 Дж/кг·гр2; К – размерная константа, К=615,34 Вт/м; r0 – радиус стакананаконечника, r0=28,5 мм.Для заданных условий теплообмена, время образования слоя водногольда толщиной ξ=46 мм, составляет:747сОкончательное время, необходимое для образования ледяного мостамежду криокюветой и затопленным объектом, принимается большее, междувременем намораживания слоя льда на поверхности плоских донышек ивнешней цилиндрической поверхностью стаканов-наконечников.

Для данногорасчетного случаяследовательно искомое время составляет:747сБлок схема расчета криокюветы представлена в приложении П2.5.1.2.Экспериментальноеисследованиеэлементаустройства(криокюветы) для извлечения оболочковых объектов из водной средыВ лаборатории кафедры «Техника низких температур им. П.Л. Капицы»Московского Политехнического Университета, с целью проверки возможностиприменения низкотемпературной технологии для поднятия затопленныхобъектов, был создан опытный стенд, имитирующий работу одного стакананаконечника криокюветы. На Рисунках 5.4, 5.5, представлена схема опытногостенда, а так же его внешний вид.119Рисунок 5.4.

Схема опытного стенда, имитирующего работу криокюветы.Рисунок 5.5. Внешний вид опытного стенда, имитирующего работукриокюветы.120Опытный стенд состоит (Рисунок 5.4) из емкости для воды 1, объемом107 л, внутри которой установлена стойка 3, оснащенная зажимом 4, длякрепления стакана 2. Стакан 2 представляет собой алюминиевую трубу,диаметром d=50 мм и толщиной 1,5 мм, герметично закрытую с нижнего концас помощью алюминиевого листа толщиной 0,3 мм (имитирует в опыте работустакана-наконечника криокюветы). Стенки стакана покрыты гидрофобнойтеплоизоляцией 5, изготовленной из вспененного ПВД, толщиной 10 мм. Наплоском донышке стакана 2 закреплена термопара, подключенная к цифровомуприемнику преобразователю температур 7. На дно емкости 1 погружалась гиря6 весом 2,6 кг, выполняющая роль поднимаемого груза (Рисунок 5.6).Рисунок 5.6. Фотография поднимаемого груза, находящегося на весах.Была принята следующая методика проведения исследования: передначалом проведения опытов в емкость 1 заливалась пресная вода, после чегоустанавливалась стойка 3 и груз 6, таким образом, что бы ось стакана и осьподнимаемого груза совпадали.

Характеристики

Список файлов диссертации