一種船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型及其工況模擬驗(yàn)證方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種船舶冷卻系統(tǒng)，尤其涉及一種船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型及其工況模擬驗(yàn)證方法，屬于船舶冷卻系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。一種船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型，其特征在于：包括海水冷卻管路、淡水冷卻管路，中央冷卻單元；所述海水冷卻管路包括海水池，海水柜，海水加熱器，縮比海水泵組單元及相關(guān)閥、附件等，所述縮比海水泵組單元是海水冷卻系統(tǒng)的循環(huán)動(dòng)力源，海水池中的海水經(jīng)海水加熱器加熱后進(jìn)入海水柜，流入中央冷卻單元后排至海水池中；所述淡水冷卻管路包括淡水熱水柜，縮比淡水泵組單元及相關(guān)閥、附件等，所述淡水熱水柜設(shè)有蒸汽加熱盤(pán)管，所述縮比淡水泵組單元是淡水冷卻管路的循環(huán)動(dòng)力源；海水冷卻管路、淡水冷卻管路通過(guò)中央冷卻單元進(jìn)行換熱。
【專利說(shuō)明】一種船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型及其工況模擬驗(yàn)證方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種船舶冷卻系統(tǒng)，尤其涉及一種船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型及其工況模擬驗(yàn)證方法，屬于船舶冷卻系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶中央冷卻系統(tǒng)的工況模擬試驗(yàn)需要達(dá)到和船舶實(shí)際航行工況下相同外界條件，即試驗(yàn)場(chǎng)地的環(huán)境溫度、冷卻設(shè)備及被冷卻設(shè)備的參數(shù)都應(yīng)與被研究對(duì)象相同。
[0003]船舶中央冷卻系統(tǒng)屬于閉式冷卻方式，整個(gè)冷卻系統(tǒng)由海水管路、低溫淡水管路和高溫淡水管路組成，其熱量的交換分兩次進(jìn)行。冷卻系統(tǒng)主要有冷卻水泵(冷卻海水泵、低溫冷卻淡水泵、高溫冷卻淡水泵等)，冷卻器(中央冷卻器、缸套水冷卻器、滑油冷卻器、燃油冷卻器等)、膨脹水箱(高溫淡水膨脹水箱、低溫淡水膨脹水箱等)、冷卻設(shè)備(高溫部件，受熱機(jī)械設(shè)備)、相關(guān)管路、閥門(mén)、附件和控制系統(tǒng)等組成。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)船用中央冷卻系統(tǒng)的研究主要通過(guò)理論分析，加上樣機(jī)驗(yàn)證的方式進(jìn)行。通過(guò)理論知識(shí)對(duì)中央冷卻系統(tǒng)進(jìn)行研究及改進(jìn)，制造樣機(jī)，在現(xiàn)船上或試驗(yàn)場(chǎng)所安裝進(jìn)行驗(yàn)證。
[0005]船舶中央冷卻系統(tǒng)的工況模擬試驗(yàn)主要是將樣機(jī)安裝在新船或改造船上進(jìn)行研究。將樣機(jī)的海、淡水泵及中央冷卻器安裝在實(shí)船上，利用實(shí)船本身的主機(jī)滑油冷卻器、缸套水冷卻器、輔機(jī)冷卻器、空調(diào)壓縮冷凝器等冷卻設(shè)備，通過(guò)這些冷卻設(shè)備在船舶不同航行工況及不同季節(jié)下的冷卻負(fù)荷變化，對(duì)中央冷卻系統(tǒng)的影響來(lái)調(diào)節(jié)樣機(jī)的運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)工況模擬試驗(yàn)的目的。
[0006]由于船舶冷卻系統(tǒng)容量較大，若需要實(shí)現(xiàn)與船舶實(shí)際航行工況下相同的環(huán)境溫度及設(shè)備容量，勢(shì)必要在實(shí)船上安裝該系統(tǒng)，這大大增加了試驗(yàn)費(fèi)用、試驗(yàn)人力及試驗(yàn)周期。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中船舶冷卻系統(tǒng)工況模擬的實(shí)船驗(yàn)證流程圖，可以看出，驗(yàn)證周期長(zhǎng)達(dá)9個(gè)月以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題在于:現(xiàn)有技術(shù)中，由于船舶冷卻系統(tǒng)容量較大，若需要實(shí)現(xiàn)與船舶實(shí)際航行工況下相同的環(huán)境溫度及設(shè)備容量，勢(shì)必要在實(shí)船上安裝該系統(tǒng)，導(dǎo)致試驗(yàn)費(fèi)用高昂、耗費(fèi)大量人力，及試驗(yàn)周期很長(zhǎng)。
[0008]本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0009]一種船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型，包括海水冷卻管路、淡水冷卻管路，中央冷卻單元；所述海水冷卻管路包括海水池，海水柜，海水加熱器，縮比海水泵組單元及相關(guān)閥、附件等，所述縮比海水泵組單元是海水冷卻管路的循環(huán)動(dòng)力源，海水池中的海水經(jīng)海水加熱器加熱后進(jìn)入海水柜，流入中央冷卻單元后排至海水池中；所述淡水冷卻管路包括淡水熱水柜，縮比淡水泵組單元及相關(guān)閥、附件等，所述淡水熱水柜設(shè)有蒸汽加熱盤(pán)管，所述縮比淡水泵組單元是淡水冷卻管路的循環(huán)動(dòng)力源；海水冷卻管路、淡水冷卻管路通過(guò)中央冷卻單元進(jìn)行換熱。
[0010]進(jìn)一步的，所述中央冷卻單元是板式換熱器。
[0011]進(jìn)一步的，所述船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型中的泵組單元、中央冷卻單元相對(duì)于實(shí)船的船舶冷卻系統(tǒng)按照1:40的比例縮小。
[0012]更進(jìn)一步的，所述海水池的海水容量為800m3，所述淡水熱水柜的淡水容量為18m3。
[0013]一種上述的船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型的工況模擬驗(yàn)證方法，海水冷卻管路中，縮比海水泵組單元自海水池吸入海水，經(jīng)過(guò)海水加熱器進(jìn)入海水柜，冷卻控溫至對(duì)應(yīng)季節(jié)環(huán)境條件下的海水溫度，海水泵組單元自海水柜吸入海水，經(jīng)過(guò)中央冷卻器與冷卻淡水循環(huán)回路換熱后返回至海水池冷卻；淡水冷卻管路中，縮比淡水泵組單元自淡水熱水柜吸入熱水，經(jīng)過(guò)中央冷卻單元與海水換熱后返回至淡水熱水柜，其中，淡水熱水柜通過(guò)其內(nèi)的蒸汽加熱盤(pán)管產(chǎn)生蒸汽量的不同，模擬各種船用發(fā)熱設(shè)備的熱負(fù)荷。
[0014]進(jìn)一步的，還包括軟件模擬驗(yàn)證步驟，所述模擬驗(yàn)證步驟通過(guò)軟件系統(tǒng)建模，輸入工況參數(shù)，仿真計(jì)算，獲得計(jì)算結(jié)果，并與所述船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型工況下的制冷參數(shù)進(jìn)行對(duì)比、驗(yàn)證。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:
[0016]I)較之實(shí)船的工況模擬，大大降低了試驗(yàn)的復(fù)雜程度。
[0017]2)縮小了試驗(yàn)場(chǎng)地，提高了試驗(yàn)的可行性。
[0018]3)試驗(yàn)費(fèi)用大大降低，人力耗費(fèi)大大降低。
[0019]4)無(wú)需實(shí)際模擬季節(jié)條件，試驗(yàn)周期大大縮短。
[0020]5)實(shí)船縮比驗(yàn)證與軟件模擬計(jì)算相結(jié)合，提高工況模擬的準(zhǔn)確性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)實(shí)船的中央冷卻系統(tǒng)的工況模擬的循環(huán)走向圖。
[0022]圖2是采用本發(fā)明船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型進(jìn)行工況模擬驗(yàn)證的循環(huán)走向圖。
[0023]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)實(shí)船的中央冷卻系統(tǒng)的工況模擬的流程框圖，試驗(yàn)周期大于9個(gè)月。
[0024]圖4是本發(fā)明船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型進(jìn)行工況模擬驗(yàn)證的流程框圖，試驗(yàn)周期僅I周左右。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026]目前所研究的中央冷卻系統(tǒng)適用于散貨船，系統(tǒng)容量較大，采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)船工況驗(yàn)證，有如下缺點(diǎn):
[0027]首先，對(duì)于在實(shí)船安裝的樣機(jī)，需要找到相當(dāng)冷卻系統(tǒng)容量的船舶以便安裝試驗(yàn)樣機(jī)。且由于冷卻設(shè)備數(shù)量較多，實(shí)船每個(gè)冷卻設(shè)備的數(shù)量與容量與樣機(jī)的隨著不同船東的需求與設(shè)備廠家的配置不同而略有差異，需通過(guò)一定比例的換算，使研究的系統(tǒng)與實(shí)船的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相當(dāng)。此外，實(shí)船的試驗(yàn)若需要驗(yàn)證不同季節(jié)下的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，需采集樣機(jī)在春夏秋冬等各季節(jié)下每個(gè)研究點(diǎn)試驗(yàn)海水溫度下的運(yùn)行數(shù)據(jù)一般由于需要考慮外界海水溫度的變化，試驗(yàn)的周期較長(zhǎng)。而且由于實(shí)船有公務(wù)派遣工作，對(duì)于樣機(jī)的調(diào)試無(wú)法按預(yù)期計(jì)劃進(jìn)行，對(duì)于項(xiàng)目的研究有較大的制約。
[0028]其次，對(duì)于岸上試驗(yàn)場(chǎng)地的樣機(jī)安裝，對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地的要求較高。而且用與樣機(jī)試驗(yàn)用的部分冷卻泵及冷卻設(shè)備，僅適用于樣機(jī)，無(wú)法在其他項(xiàng)目中再次利用，這對(duì)樣機(jī)的投入成本較大，對(duì)于項(xiàng)目研究的費(fèi)用較大。
[0029]所以，針對(duì)以上兩種試驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，本發(fā)明提出采用冷卻系統(tǒng)縮比的模型，在岸上場(chǎng)地模擬不同季節(jié)、不同工況下的系統(tǒng)運(yùn)行情況，保證中央冷卻系統(tǒng)的可靠性、有效性的運(yùn)行，又能使試驗(yàn)方法的成本降低。
[0030]具體的實(shí)施過(guò)程如下:
[0031]本試驗(yàn)樣機(jī)首先將所研究的中央冷卻系統(tǒng)按一定的比例進(jìn)行縮小，該項(xiàng)不僅能大降低樣機(jī)的采購(gòu)成本，同時(shí)也降低了對(duì)岸上試驗(yàn)場(chǎng)地的要求。其次簡(jiǎn)化樣機(jī)的系統(tǒng)配置，所有設(shè)備的配置不考慮船舶備用及維護(hù)性的要求。具體配置如下:
[0032]本試驗(yàn)樣機(jī)與研究對(duì)象系統(tǒng)按照1:40的比例縮小，即海水冷卻泵、淡水冷卻泵、中央冷卻器、淡水冷卻器等設(shè)備容量按照該比例縮小。本樣機(jī)配有2臺(tái)海水冷卻泵(互為備用)，I臺(tái)淡水冷卻泵，I個(gè)中央冷卻器，I個(gè)海水柜，試驗(yàn)場(chǎng)地配有I個(gè)6t的蒸汽鍋爐，I個(gè)管殼式加熱器，I個(gè)海水泵，I個(gè)淡水熱水柜，以及I個(gè)海水池，并連接相應(yīng)管路、閥件及控制附件等。本樣機(jī)包括海水冷卻管路及淡水冷卻管路。
[0033]海水冷卻管路中，海水泵自海水池吸入海水，經(jīng)過(guò)管殼式加熱器進(jìn)入海水柜，并在海水柜中冷卻控溫至對(duì)應(yīng)季節(jié)環(huán)境下的海水溫度，海水冷卻泵自海水柜吸入冷卻海水，經(jīng)過(guò)中央冷卻器與淡水換熱后返回至海水池冷卻。其中，設(shè)置管殼式加熱器根據(jù)需要開(kāi)啟，目的是為了調(diào)節(jié)海水溫度，從而在海水柜中模擬不同的海水溫度；2臺(tái)海水冷卻泵，每臺(tái)100%的容量，其中I臺(tái)備用，以模擬海水泵的切換；由于樣機(jī)不需要設(shè)置中央冷卻器海水側(cè)的反沖洗管，相應(yīng)的管路可省略，利用截止閥的開(kāi)度改變管路的阻力。
[0034]淡水冷卻管路中，淡水泵自淡水熱水柜吸入熱水,經(jīng)過(guò)中央冷卻器與冷卻海水換熱后返回至淡水熱水柜。本淡水回路中采用淡水熱水柜取代淡水回路中的各種冷卻器，淡水熱水柜內(nèi)設(shè)有蒸汽加熱盤(pán)管，通過(guò)蒸汽量的不同以模擬各種不同待冷卻設(shè)備的熱負(fù)載。
[0035]海水冷卻管路及淡水冷卻管路中配套配置相應(yīng)截止閥、截止止回閥等閥件、濾器、溫度計(jì)、壓力表、溫控閥等附件，以及根據(jù)系統(tǒng)需要配置相應(yīng)的壓力傳感器、溫度傳感器等控制元件，以實(shí)現(xiàn)工況模擬的目的。
[0036]海水冷卻管路及淡水冷卻管路同時(shí)運(yùn)行，分別模擬船舶在航行過(guò)程中在不同季節(jié)、不同工況下的運(yùn)行情況，以驗(yàn)證中央冷卻系統(tǒng)的海水管路及淡水管路運(yùn)行有效性及經(jīng)濟(jì)性。
[0037]船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型驗(yàn)證方法主要通過(guò)縮比研究模型，簡(jiǎn)化研究系統(tǒng)的方法，以更少的投入成本與實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況下的系統(tǒng)運(yùn)行情況驗(yàn)證。
[0038]這種模擬驗(yàn)證方法可依此類推應(yīng)用于船舶其他系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)后的驗(yàn)證，如船舶壓載系統(tǒng)、船舶機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)等。使設(shè)計(jì)者在理論研究后，能有條件通過(guò)可靠地試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證系統(tǒng)優(yōu)化后的實(shí)際效果，驗(yàn)證理論研究的有效性。本發(fā)明大幅度的降低了試驗(yàn)的運(yùn)行成本及試驗(yàn)所消耗時(shí)間，使以試驗(yàn)驗(yàn)證理論研究更易實(shí)行。
[0039]復(fù)雜的試驗(yàn)也可通過(guò)合適的研究軟件進(jìn)行驗(yàn)證。船舶冷卻系統(tǒng)也可通過(guò)flowmaster或aft等仿真軟件來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)情況。軟件通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)建模，并輸入已知參數(shù)為前提，仿真系統(tǒng)的運(yùn)行，簡(jiǎn)化理論計(jì)算快速獲得計(jì)算結(jié)果的一種方法。
[0040]由于對(duì)于實(shí)際產(chǎn)品在運(yùn)行過(guò)程中所遇到的安裝問(wèn)題、調(diào)試問(wèn)題及現(xiàn)場(chǎng)解決方法等無(wú)法通過(guò)軟件仿真來(lái)直接確定，所以通過(guò)縮比樣機(jī)模型的實(shí)際運(yùn)行是必須的。同時(shí)結(jié)合仿真軟件的計(jì)算，可以更好的對(duì)船舶中央冷卻系統(tǒng)的工況進(jìn)行模擬驗(yàn)證。
[0041]本發(fā)明主要通過(guò)對(duì)所研究冷卻系統(tǒng)的配置按一定的比例進(jìn)行縮比，并在不影響系統(tǒng)研究功能的情況下，簡(jiǎn)化系統(tǒng)所需配備的設(shè)備及管路。并以最經(jīng)濟(jì)、最直觀的試驗(yàn)?zāi)M所研究的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型，其特征在于: 包括海水冷卻管路、淡水冷卻管路，中央冷卻單元； 所述海水冷卻管路包括海水池，海水柜，海水加熱器，縮比海水泵組單元，所述縮比海水泵組單元是海水冷卻管路的循環(huán)動(dòng)力源，海水池中的海水經(jīng)海水加熱器加熱后進(jìn)入海水柜,流入中央冷卻單元后排至海水池中； 所述淡水冷卻管路包括淡水熱水柜，縮比淡水泵組單元，所述淡水熱水柜設(shè)有蒸汽加熱盤(pán)管，所述縮比淡水泵組單元是淡水冷卻管路的循環(huán)動(dòng)力源； 海水冷卻管路、淡水冷卻管路通過(guò)中央冷卻單元進(jìn)行換熱。
2.如權(quán)利要求1所述的船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型，其特征在于:所述中央冷卻單元是板式換熱器。
3.如權(quán)利要求1所述的船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型，其特征在于:所述船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型中的泵組單元、中央冷卻單元相對(duì)于實(shí)船的船舶冷卻系統(tǒng)按照1:40的比例縮小。
4.如權(quán)利要求3所述的船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型，其特征在于:所述海水池的海水容量為800m3,所述淡水熱水柜的淡水容量為18m3。
5.如權(quán)利要求1所述的船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型的工況模擬驗(yàn)證方法，其特征在于: 海水冷卻管路中，縮比海水泵組單元自海水池吸入海水，經(jīng)過(guò)海水加熱器進(jìn)入海水柜，冷卻控溫至對(duì)應(yīng)季節(jié)環(huán)境條件下的海水溫度，海水泵組單元自海水柜吸入海水，經(jīng)過(guò)中央冷卻器與淡水冷卻管路換熱后返回至海水池冷卻； 淡水冷卻管路中，縮比淡水泵組單元自淡水熱水柜吸入熱水，經(jīng)過(guò)中央冷卻單元與冷卻海水換熱后返回至淡水熱水柜，其中，淡水熱水柜通過(guò)其內(nèi)的蒸汽加熱盤(pán)管產(chǎn)生蒸汽量的不同，模擬各種船用發(fā)熱設(shè)備的熱負(fù)荷。
6.如權(quán)利要求5所述的船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型的工況模擬驗(yàn)證方法，其特征在于: 還包括軟件模擬驗(yàn)證步驟，所述模擬驗(yàn)證步驟通過(guò)軟件系統(tǒng)建模，輸入工況參數(shù)，仿真計(jì)算，獲得計(jì)算結(jié)果，并與所述船舶冷卻系統(tǒng)縮比模型工況下的制冷參數(shù)進(jìn)行對(duì)比、驗(yàn)證。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103943019SQ201410138110
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】陸昌榮, 陸懿東, 張艷, 劉以社, 辛智卿, 袁俊, 張淇鑫 申請(qǐng)人:上海船舶研究設(shè)計(jì)院