Повышение эффективности вытяжной вентиляции санитарных и бытовых помещений самолёта Ту-204-300

Для удовлетворения физиологических потребностей человека, в любых условиях полёта, а также предоставления ему определённого уровня комфорта во время полёта, современные самолёты оснащаются комплексом санитарных и бытовых помещений (туалет, душ, кухня).

Характерными особенностями таких помещений являются неприятные запахи, избыточная влажность, теплота. Существуют различные способы борьбы с этими явлениями, наиболее действенным из которых является создание эффективной вентиляции.

Самолёт Ту-204-300 в своей штатной компоновке имеет 3 туалета и 2 кухни. Вентиляция данных помещений приточно-вытяжная. Подача воздуха производится через верхние приточные насадки. Приточный воздух поступает из системы распределения воздуха и подвергнут окончательной обработке (нагреву до нужной температуры и очистке от пыли). Воздух из туалетов и кухонь принудительно отсасывается двумя вентиляторами.

Движение отработанного воздуха осуществляется по специальным каналам – воздуховодам, через которые воздух сбрасывается в зону выпускных клапанов САРД (системы автоматического регулирования давления), и затем через эти клапана удаляется в атмосферу (рис. 1).

В начале 2007 г. в адрес УФКБ ОАО “Туполев” поступили “Технические требования к облику воздушных судов Ту-204-300 сер. №044 и №045, поставляемых в финансовый лизинг в ОАО ,,Владивосток Авиа”. Документ содержал перечень недостатков, выявленных на этапе эксплуатации предыдущих машин, которые авиакомпания не желала “видеть” на своих новых самолётах.

Танонин Максим Сергеевич, инженер-конструктор.

В числе прочих, были и замечания к работе системы вытяжки воздуха из бытовых помещений, требование к которой звучало следующим образом: “Должна быть повышена эффективность системы вытяжки. Установлены дополнительные вентиляторы в магистраль вытяжки каждого из средних туалетов”.

Переписка с авиакомпанией и анализ проблемы показали, что причиной данного требования является присутствие неприятных запахов в районе туалетов, что в той или иной степени присутствует на всех самолётах семейства Ту-204. А длительные перелёты (около 9 часов) совершаемые на самолётах Ту-204-300, придали проблеме наибольшую остроту, с которой уже нельзя было мириться.

Для более глубокого изучения и поиска оптимальных путей решения проблемы был проведён гидравлический расчёт системы [2, 4]. Результаты расчёта сведены в таблицу 1.

С целью уточнения методики расчёта и получения экспериментальных данных по фактическим расходам воздуха, были составлены программы испытаний. Результаты испытаний, проведённых на двух самолётах, сведены в табл. 1.

Полученные результаты расчётов и испытаний существующей схемы вытяжки воздуха позволили сделать вывод о том, что:

Результаты гидравлических расчётов имеют хорошую сходимость с результатами испытаний, а соответствующая методика расчёта может быть применена в дальнейшем для расчёта подобных систем.

Анализ проведённых расчётов и испытаний показал, что:

• 1.    Расходы воздуха из бытовых помещений не соответствуют нормам.

• 2.    Аэродинамическая характеристика вентилятора 1,0 ЭВ-5,6-200-3661 не соответствует характеристике сети воздуховодов (рис. 2) [3].

(Фактические производительность, давление,

Рис. 1. Размещение системы вытяжной вентиляции самолёта Ту-204-300 (сер. №012):

1 – вытяжной патрубок передней кухни; 2 – трубопровод вытяжки воздуха из передних бытовых помещений; 3 – трубопровод вытяжки воздуха из задних и средних бытовых помещений; 4 – вытяжной патрубок задней кухни; 5, 6 – вытяжной вентилятор 1,0 ЭВ-5,6-200-3661; 7 – втяжной патрубок среднего туалета; 8 – вытяжной патрубок переднего туалета

Таблица 1. Значения расходов воздуха для серийных самолётов Ту-204

Расход воздуха, м3/ч Расчёт Испытания Серийный № маш. 012 035 012 035 Средний туалет (лев. борт) 48,92 44,53 60,95 53,04 Средний туалет (прав. борт) 61,84 53,64 74,16 52,55 Задний туалет – 46,51 – 54,17 Задний вестибюль 128,69 108,71 127,27 96,05 Σ 239,47 253,39 262,38 255,81 потребляемая мощность и КПД вентилятора, работающего в сети, соответствуют точке пересечения R кривой полного давления вентилятора (4) с кривой характеристики этой сети (1), (2). Работа вентилятора в сети зависит не только от возможностей самого вентилятора, но также и от свойств сети, на которую он работает) [1].

Таким образом, основным путём решения проблемы повышения эффективности системы вытяжки воздуха является снижение гидравлического сопротивления трубопроводов, увеличение количества вытяжных патрубков в туалетах и выбор их оптимального размещения.

Руководствуясь выше перечисленными соображениями, а также анализом отечественных и зарубежных систем подобного рода были разработаны 22 варианта исполнения системы вытяжки, отличающихся друг от друга расположением вытяжных патрубков, диаметрами, количеством трубопроводов. Далее были выполнены гидравлический расчёт и расчёт ожидаемой массы системы для каждого варианта конструкции.

Варианты оценивались по следующим критериям:

• 1.    Расход воздуха, создаваемый вентилятором.

• 2.    Масса системы.

• 3.    Объём доработок существующей конструкции системы вытяжки либо туалета.

При этом скорость воздуха в воздуховодах не должна превышать 20 м/с. (скорость выбирается такой, чтобы вибрации и, главным образом, шум не превышали допустимых значений).

После сравнения и оценки полученных результатов был выбран вариант, наиболее полно отвечающий выше названным критериям, для которого:

• 1 . Аэродинамическая характеристика сети (3) (рис. 2) соответствует характеристике вентилятора (4), т.е. рабочая точка R располагается на падающей стороне кривой полного давления

  

  Рис. 2. Аэродинамические характеристики сети и вентилятора серийных самолётов Ту-204:

  1 – аэродинамическая характеристика сети для c-та. № 012; 2 – аэродинамическая характеристика сети для с-та. № 035; 3 – аэродинамическая характеристика сети для с-та. № 044; 4 – кривая полного давления вентилятора; R (012, 035, 044) – рабочие точки сети для с-тов. №№ 012, 035, 044. РУ – Расчётные условия

  
  

• 2 . Расходы воздуха соответствуют нормам.

вентилятора (вправо от максимального значения КПД) (рис.2), а следовательно вентилятор работает в наиболее благоприятных для себя условиях и развивает наилучшие параметры как по давлению, так и по расходу воздуха [1].

По выбранному варианту была спроектирована новая система вытяжки (рис. 3) и выпущена конструкторская документация на её изготовление, установку и испытание для самолётов Ту-204-300 (№№ 044, 045). Для снижения массы системы и повышения эффективности были внедрены следующие усовершенствования:

• -    применены облегченные шланги фирмы SA BWT, обладающие низким гидравлическим сопротивлением;

• -    для снижения массы отказались от промежуточных соединительных проставок, применив длинные (до 6м) шланги. Все тройники, проставки коллекторы и т.д. были переведены с толщины стенок 1 мм на 0,8 мм;

• -    для снижения вероятности выпадения конденсата все алюминиевые элементы крепления воздуховодов заменены на стеклотекстолитовые;

• -    для снижения уровней шума и вибрации вентилятор установлен на резиновые виброизоляторы;

• -    в туалетах установлены дополнительные вытяжные патрубки на потолке и над унитазом.

• -    отключена подача воздуха в туалет из системы распределения воздуха в салоны;

• -    в нижней части дверей туалетов установле-

• ны вентиляционные решётки (для обеспечения притока свежего воздуха в туалет).

При работе “новой” системы вытяжки, в туалете создаётся зона с небольшим пониженным давлением (разряжение), что гарантирует нераспространение запахов за пределы туалета. Свежий воздух из салона через вентиляционные решётки в дверях втекает в туалет, перехватывает запахи и удаляется через вытяжные решётки. Движение потоков воздуха в объёме туалета за счёт правильного расположения вытяжных патрубков организовано таким образом, что даже в момент открытия двери туалета вероятность распространения запахов в салон сведена к минимуму.

Полученные результаты расчёта и испытаний “новой” системы сведены в табл. 2.

Из сравнения “старой” и “новой” системы вытяжки (см. табл. 1 и 2) видно, что:

• 1.    Фактический расход воздуха увеличился: - по туалетам ≈ в 3,3 раза и составил ≈ 220 м³/ч; - общий расход ≈ в 2,2 раза и составил ≈ 600 м³/ч.

• 2.    Кратность воздухообмена, для туалетов составила ≈ 110 ч^-1.

Кроме того:

• 1.    Масса системы уменьшилась на 40%.

• 2.    Снизился уровень шума в пассажирском салоне в районе 25 ряда (зона установки вентилятора) ≈ на 5 дБА.

Новая конструкция системы вытяжки воздуха из бытовых помещений, внедрённая на самолётах Ту-204-300 №№ 044, 045, позволила зна-

Рис. 3. Размещение системы вытяжной вентиляции самолёта Ту-204-300 (сер. №044):

1 – вытяжной патрубок передней кухни; 2 – трубопровод вытяжки воздуха из передних бытовых помещений; 3 – трубопровод вытяжки воздуха из задних и средних бытовых помещений; 4 – вытяжной патрубок задней кухни; 5, 6 – вытяжной вентилятор 1,0 ЭВ-5,6-200-3661; 7 – вытяжной патрубок среднего туалета; 8 – вытяжной патрубок переднего туалета

Таблица 2. Значения расходов воздуха для самолета Ту-204-300 (сер. 044)

Расход воздуха, м3/ч Расчёт Испытания Средний туалет (лев. борт) 207,92 202,11 Средний туалет (прав. борт) 232,23 245,55 Задний вестибюль 158,54 147,73 Σ 598,75 595,09 чительно увеличить эффективность удаления неприятных запахов, тем самым улучшив условия пребывания пассажиров на борту самолёта.

За время эксплуатации самолётов № 044, 045 не было нареканий со стороны пассажиров авиакомпании “Владивосток Авиа”, есть положительные отзывы от сотрудников авиакомпании. Поэтому новую конструкцию системы вытяжки можно и нужно внедрить для всех остальных пассажирских модификаций самолёта Ту-204.