船舶动力装置多回路高可靠高效能冷却系统及调控方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种船舶动力装置多回路高可靠高效能冷却系统及调控方法，包括作为热工质回路的蒸汽

【技术实现步骤摘要】
船舶动力装置多回路高可靠高效能冷却系统及调控方法


[0001]本专利技术属于船舶冷却
，涉及一种船舶动力装置多回路高可靠高效能冷却系统及调控方法，尤其涉及一种具有热工质回路、中转回路及冷源回路的船舶动力装置多回路高可靠高效能冷却系统及调控方法。

技术介绍

[0002]船舶动力系统包括柴油动力、汽轮机动力等，正常运行时需要实时冷却滑油、乏汽等热工质以及缸套、活塞等热部件。为了降低船舶动力系统的能耗、提高船舶运输的经济性，现代船舶动力装置中广泛采用了自流冷却系统。自流冷却系统利用船舶航行时迎面水流所产生的动压头，在一定速度范围内可仅凭自流满足冷凝器所需的冷却水量，从而实现环境水循环泵的停运；环境水循环泵只是在低航速或高航速工况下使用，功耗大大降低，并能有效地减小泵的尺寸，释放空间。
[0003]以船舶汽轮机动力系统为例，传统自流冷却系统存在如下缺点：
①
航行速度较低或较高时自流冷却水不足，仍需投运环境水循环泵；
②
航行速度在中间范围内时，自流冷却水“过量”(即超出汽轮机乏汽冷凝所需换热量)，存在冷却能力“浪费”，易造成凝结水过冷、汽水循环效率降低；
③
由于环境水(冷却水)成分复杂，冷凝器管侧易污染造成换热能力减弱；
④
汽轮机排汽(乏汽)余热利用率为零。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术为了解决上述传统船舶汽轮机动力装置中的自流冷却系统使用过程中存在的上述问题，提供一种船舶动力装置多回路高可靠高效能冷却系统及调控方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种船舶动力装置多回路高可靠高效能冷却系统，包括作为热工质回路的蒸汽
‑
凝结水循环、作为中转回路的淡水循环以及作为冷源回路的环境水循环，淡水循环用于冷却汽轮机乏汽，环境水循环用于冷却淡水；
[0007]蒸汽
‑
凝结水循环具体为：锅炉来蒸汽进入汽轮机逐级膨胀做功，做功后的乏汽在冷凝器被淡水冷凝成凝结水，凝结水再被送往锅炉；
[0008]淡水循环具体为：淡水循环泵将淡水储罐内的淡水输送至冷凝器冷却汽轮机乏汽，冷凝器吸热升温后的淡水流量被三通阀门分成两条支路，其中一条支路流向换热器被环境水冷却，另一条支路被送入热水储罐或直接用于供热水；
[0009]环境水循环具体为：环境水沿与船舶航行相反的方向迎面流入冷却淡水，流经环境水循环泵、换热器后，最终排出。
[0010]进一步，蒸汽
‑
凝结水循环稳态时锅炉来蒸汽、乏汽及凝结水流量相等，设为D
s
，冷凝器内压力设为P
凝
。
[0011]进一步，淡水循环中淡水循环泵将淡水储罐内的淡水输送至冷凝器，吸热升温后
的淡水流量D
淡
被三通阀门分成两条支路，其中流向换热器的流量为D
淡1
，供热水的流量为D
淡2
；淡水流量D
淡1
流经换热器被环境水冷却；淡水流量D
淡2
被送入热水储罐或直接用于供热水；当淡水储罐水位较低时，进行补水，设淡水储罐水温为t
淡1
，冷凝器出口淡水温度为t
淡2
，换热器出口淡水温度为t
淡3
。
[0012]进一步，环境水循环中环境水进出口温度分别设为t
环进
、t
环出
；当船舶长时间处于低速(即航速v<v
低
)或长时间处于高速(即航速v>v
高
)致使淡水储罐内淡水的温度t
淡1
逐渐升高、淡水冷却乏汽的能力不足时，环境水循环泵投运以增大环境水流量，进而降低淡水储罐内淡水的温度t
淡1
。
[0013]进一步，根据冷凝器能量守恒方程得淡水温升：
[0014][0015]其中，m
淡
＝D
淡
/D
s
为淡水冷却倍率，m
淡
越大，则t
淡2
‑
t
淡1
越小；
[0016]淡水储罐的循环周期为：
[0017][0018]其中，V
淡储
、ρ
淡储
分别为淡水储罐的正常储水体积、淡水密度，T越大，则船舶处于低航速或高航速、且环境水循环泵停运时，淡水循环维持冷凝器真空的时间越长；
[0019]根据换热器能量守恒方程可得环境水温升与淡水温降满足：
[0020][0021]其中m
环
＝D
环
/D
淡1
为环境水冷却倍率，m
环
越大，则t
环出
‑
t
环进
越小，t
淡2
‑
t
淡3
越大。
[0022]该船舶动力装置多回路高可靠高效能冷却系统的调控方法，包括以下步骤：
[0023]S1、淡水储罐补水控制：当淡水储罐水位L
淡
低于最低水位阈值L
淡min
时，进行补水，直至L
淡
达到最高水位阈值L
淡max
，即L
淡
＝L
淡max
时停止补水；
[0024]S2、淡水循环泵控制：淡水循环泵用于调节淡水流量D
淡
，当冷凝器内压力P
凝
大于设定值P
凝设
时，提高淡水循环泵转速n，进而增大流量D
淡
；
[0025]S3、供热水控制：当不含热水储罐时，根据热水需求开大或关小三通阀；当含热水储罐时，如果船舶处于中间航速(即航速v
低
<v<v
高
)、且热水储罐水位L
热
低于最低水位阈值L
热min
时，开大阀门以增大供热水流量，直至L
热
增加至中间水位阈值L
热mid
时关闭阀门；如果船舶处于较低或高航速区间(即v<v
低
或v>v
高
)、且热水储罐水位L
热
低于中间水位阈值L
热mid
时，开大阀门以增大供热水流量，直至L
热
增加至最高水位阈值L
热max
时关闭阀门；
[0026]S4、环境水循环泵控制：当淡水循环泵转速n增大至最大值n
max
(即淡水循环泵流量达到最大)时，开启环境水循环泵，直至t
淡1
‑
t
环境
小于阈值Δt1或t
淡1
‑
t
淡3
小于阈值Δt2；
[0027]S5、高航速...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.船舶动力装置多回路高可靠高效能冷却系统，其特征在于，包括作为热工质回路的蒸汽
‑
凝结水循环、作为中转回路的淡水循环以及作为冷源回路的环境水循环，淡水循环用于冷却汽轮机乏汽，环境水循环用于冷却淡水；蒸汽
‑
凝结水循环具体为：锅炉来蒸汽进入汽轮机逐级膨胀做功，做功后的乏汽在冷凝器被淡水冷凝成凝结水，凝结水再被送往锅炉；淡水循环具体为：淡水循环泵将淡水储罐内的淡水输送至冷凝器冷却汽轮机乏汽，冷凝器吸热升温后的淡水流量被三通阀门分成两条支路，其中一条支路流向换热器被环境水冷却，另一条支路被送入热水储罐或直接用于供热水；环境水循环具体为：环境水沿与船舶航行相反的方向迎面流入冷却淡水，流经环境水循环泵、换热器后，最终排出。2.如权利要求1所述的船舶动力装置多回路高可靠高效能冷却系统，其特征在于，蒸汽
‑
凝结水循环稳态时锅炉来蒸汽、乏汽及凝结水流量相等，设为D
s
，冷凝器内压力设为P
凝
。3.如权利要求2所述的船舶动力装置多回路高可靠高效能冷却系统，其特征在于，淡水循环中淡水循环泵将淡水储罐内的淡水输送至冷凝器，吸热升温后的淡水流量D
淡
被三通阀门分成两条支路，其中流向换热器的流量为D
淡1
，供热水的流量为D
淡2
；淡水流量D
淡1
流经换热器被环境水冷却；淡水流量D
淡2
被送入热水储罐或直接用于供热水；当淡水储罐水位较低时，进行补水，设淡水储罐水温为t
淡1
，冷凝器出口淡水温度为t
淡2
，换热器出口淡水温度为t
淡3
。4.如权利要求3所述的船舶动力装置多回路高可靠高效能冷却系统，其特征在于，环境水循环中环境水进出口温度分别设为t
环进
、t
环出
；当船舶长时间处于低速(即航速v<v
低
)或长时间处于高速(即航速v>v
高
)致使淡水储罐内淡水的温度t
淡1
逐渐升高、淡水冷却乏汽的能力不足时，环境水循环泵投运以增大环境水流量，进而降低淡水储罐内淡水的温度t
淡1
。5.如权利要求4所述的船舶动力装置多回路高可靠高效能冷却系统，其特征在于，根据冷凝器能量守恒方程得淡水温升：其中，m
淡
＝D
淡
/D
s
为淡水冷却倍率，m
淡
越大，则t
淡2
‑
t
淡1
越小；淡水储罐的循环周期为：其中，V
淡储
、ρ
淡储
分别为淡水储罐的正常储水体积、淡水密度，T越大，则船舶处于低航速或高航速、且环境水循环泵停运时，淡水循环维持冷凝器真空的时间越长；根据换热器能量守恒方程可得环境水温升与淡水温降满足：其中m
环
＝D
环
/D
淡1
为环境水冷却倍率，m
环
越大，则t
环出
‑
t
环进
越小，t
淡2
‑
t
淡3
越大。6.船舶动力装置多回路高可靠高效能冷却系统的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、淡水储罐补水控制：当淡水储罐水位L
淡

【专利技术属性】
技术研发人员：卿绍伟，刘爱伟，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：