船舶中央冷却系统节能研究

发布时间：2017-08-10 03:06

  本文关键词：船舶中央冷却系统节能研究

  更多相关文章： 中央冷却系统 海水冷却泵 淡水冷却泵 变频控制技术 热交换

【摘要】：在全球经济经济一体化不断发展的背景下,海上运输已经成为当今国际贸易的主要运输手段,远洋运输能源消耗是人类能源消耗最主要的组成部分之一。随着全球温室气体排放的加剧,全球气候变暖和人类生存环境的恶化,同时化石能源的逐渐枯竭,人类的未来可持续发展面临重大挑战,因此对远洋船舶的节能减排研究具有现实意义。目前中央冷却系统节能技术是通过海水冷却泵的变频调速实现换热器淡水输出温度控制,使换热供应量与需求量始终保持一致并由此达成海水冷却泵节能运行目的。但上述研究没有涉及淡水流量与热负荷设备散热量的关系,节能效果无法达到最优效果。本文依据流体力学和传热学理论,研究了主发动机和辅助机械热负荷变化与淡水流量需求的关系,分析了管系设备的水压分布规律,热负荷、淡水流量变化对换热器换热过程的影响,具体研究工作如下:1.运用流体力学方法对中央冷却系统的管系作简化与模型分析,研究了淡水变流量控制方法动态匹配热负荷设备散热需求的可行性,并分析了影响淡水流量控制的相关管系参数,提出了以淡水冷却泵的变频控制实现淡水流量控制的方法。2.运用传热学方法通过对换热器热交换过程的研究,论证了淡水流量变化对中央换热器的换热效果具有积极影响,并分析了淡水流量变化与海水流量变化间的关联性。3.依据前述研究成果结合实际船舶设计参数模拟计算不同运行工况下淡水流量供应与热负荷设备的散热量动态匹配,同时结合海水冷却泵变频控制,分析海水温度、热负荷变动对淡水冷却泵与海水冷却泵的综合能耗的影响,为后续冷却水泵实施变频控制的节能效果作出了量化评估。4.研究了海水冷却泵与淡水冷却泵自动控制节能运行的改造实施方案,包括泵的转速调节逻辑控制图,泵的转速计算与管系布置原理图等,介绍了各控制参数的设定依据及其作用,并分别介绍了所采用的主要信号采集设备、自动化控制设备和人机互动界面的功能等。5.海水冷却泵与淡水冷却泵自动控制改造方案在实船安装运行后的运行数据收集与分析,包括海水冷却泵与淡水冷却泵的能耗、海水温度、主发动机转速、发电机工作状态和主配电板显示功率,分析了节能效果。上述研究得出了淡水冷却泵可以根据设备冷却水需求量的动态变化调节泵的运行转速而获取能源节约,海水冷却泵可以根据海水温度变化与设备散热量的动态变化调节泵的转速而获取能源节约。淡水冷却泵变频控制不仅可以实现节能运行,还有助于通过中央冷却系统使海水冷却泵的能耗进一步下降。船舶试验证明采用淡水冷却泵与海水冷却泵同步变频运行比单独采用海水冷却泵变频运行可实现节约效率由35%提升至73%。(以灵便型散货船为例,以非自动控制能耗为基数。)
【关键词】：中央冷却系统 海水冷却泵 淡水冷却泵 变频控制技术 热交换
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景11
• 1.2 中央冷却系统简介11-15
• 1.2.1 设备典型布置介绍12-14
• 1.2.2 能耗现状分析14-15
• 1.3 研究现状与意义15-18
• 1.4 论文研究内容18-19
• 第二章 基于简化模型的流体力学分析与能耗研究19-34
• 2.1 船舶辅助机械的管系布置19-20
• 2.2 基于简化模型的流体力学分析20-28
• 2.2.1 模型简化的方法20-23
• 2.2.2 流体力学分析与传热学分析23-26
• 2.2.3 流量控制的方法26-27
• 2.2.4 淡水流量控制逻辑27-28
• 2.3 基于简化模型的节能分析28-32
• 2.3.1 泵功率的数学模型28-29
• 2.3.2 淡水泵的节能分析29-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第三章 基于传热过程的能耗分析34-68
• 3.1 基于简化模型的流量变动对热交换的影响34-35
• 3.2 机舱设备的热平衡分析35-42
• 3.2.1 主辅机设备工作分析36-37
• 3.2.2 热平衡参数分析37-42
• 3.3 机舱设备工作状态与能耗分析42-57
• 3.3.1 工作状态分析42-43
• 3.3.2 淡水流量变动分析43-49
• 3.3.3 基于初始热平衡的能耗分析49-53
• 3.3.4 基于总散热量下降的能耗分析53-54
• 3.3.5 基于散热量与淡水流量下降的能耗分析54-55
• 3.3.6 基于散热量大幅下降的能耗分析55-57
• 3.4 淡水泵自动控制的能耗分析与节能效果评估57-66
• 3.4.1 淡水泵自动控制的能耗分析57-65
• 3.4.2 节能效果评估65-66
• 3.5 本章小结66-68
• 第四章 淡水泵与海水泵同步变频控制改造与试验结果分析68-81
• 4.1 海水单元变频控制改造68-71
• 4.2 淡水单元变频控制改造71-75
• 4.3 样品试制75-78
• 4.4 船舶试验数据分析78-80
• 4.6 本章小结80-81
• 第五章 总结与展望81-83
• 参考文献83-85
• 攻读学位期间作者发表论著、论文85-86
• 主要符号对照表86-89
• 致谢89-90

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本文编号：648536