CN103943019A - 一种船舶冷却系统缩比模型及其工况模拟验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶冷却系统，尤其涉及一种船舶冷却系统缩比模型及其工况模拟验证方法，属于船舶冷却系统技术领域。一种船舶冷却系统缩比模型，其特征在于：包括海水冷却管路、淡水冷却管路，中央冷却单元；所述海水冷却管路包括海水池，海水柜，海水加热器，缩比海水泵组单元及相关阀、附件等，所述缩比海水泵组单元是海水冷却系统的循环动力源，海水池中的海水经海水加热器加热后进入海水柜，流入中央冷却单元后排至海水池中；所述淡水冷却管路包括淡水热水柜，缩比淡水泵组单元及相关阀、附件等，所述淡水热水柜设有蒸汽加热盘管，所述缩比淡水泵组单元是淡水冷却管路的循环动力源；海水冷却管路、淡水冷却管路通过中央冷却单元进行换热。

Description

一种船舶冷却系统缩比模型及其工况模拟验证方法

技术领域

本发明涉及一种船舶冷却系统，尤其涉及一种船舶冷却系统缩比模型及其工况模拟验证方法，属于船舶冷却系统技术领域。

背景技术

船舶中央冷却系统的工况模拟试验需要达到和船舶实际航行工况下相同外界条件，即试验场地的环境温度、冷却设备及被冷却设备的参数都应与被研究对象相同。

船舶中央冷却系统属于闭式冷却方式，整个冷却系统由海水管路、低温淡水管路和高温淡水管路组成，其热量的交换分两次进行。冷却系统主要有冷却水泵（冷却海水泵、低温冷却淡水泵、高温冷却淡水泵等），冷却器（中央冷却器、缸套水冷却器、滑油冷却器、燃油冷却器等）、膨胀水箱（高温淡水膨胀水箱、低温淡水膨胀水箱等）、冷却设备（高温部件，受热机械设备）、相关管路、阀门、附件和控制系统等组成。

现有技术中，对船用中央冷却系统的研究主要通过理论分析，加上样机验证的方式进行。通过理论知识对中央冷却系统进行研究及改进，制造样机，在现船上或试验场所安装进行验证。

船舶中央冷却系统的工况模拟试验主要是将样机安装在新船或改造船上进行研究。将样机的海、淡水泵及中央冷却器安装在实船上，利用实船本身的主机滑油冷却器、缸套水冷却器、辅机冷却器、空调压缩冷凝器等冷却设备，通过这些冷却设备在船舶不同航行工况及不同季节下的冷却负荷变化，对中央冷却系统的影响来调节样机的运行工况，实现工况模拟试验的目的。

由于船舶冷却系统容量较大，若需要实现与船舶实际航行工况下相同的环境温度及设备容量，势必要在实船上安装该系统，这大大增加了试验费用、试验人力及试验周期。图3为现有技术中船舶冷却系统工况模拟的实船验证流程图，可以看出，验证周期长达9个月以上。

发明内容

本发明需要解决的技术问题在于：现有技术中，由于船舶冷却系统容量较大，若需要实现与船舶实际航行工况下相同的环境温度及设备容量，势必要在实船上安装该系统，导致试验费用高昂、耗费大量人力，及试验周期很长。

本发明采取以下技术方案：

一种船舶冷却系统缩比模型，包括海水冷却管路、淡水冷却管路，中央冷却单元；所述海水冷却管路包括海水池，海水柜，海水加热器，缩比海水泵组单元及相关阀、附件等，所述缩比海水泵组单元是海水冷却管路的循环动力源，海水池中的海水经海水加热器加热后进入海水柜，流入中央冷却单元后排至海水池中；所述淡水冷却管路包括淡水热水柜，缩比淡水泵组单元及相关阀、附件等，所述淡水热水柜设有蒸汽加热盘管，所述缩比淡水泵组单元是淡水冷却管路的循环动力源；海水冷却管路、淡水冷却管路通过中央冷却单元进行换热。

进一步的，所述中央冷却单元是板式换热器。

进一步的，所述船舶冷却系统缩比模型中的泵组单元、中央冷却单元相对于实船的船舶冷却系统按照1:40的比例缩小。

更进一步的，所述海水池的海水容量为800m³，所述淡水热水柜的淡水容量为18m³。

一种上述的船舶冷却系统缩比模型的工况模拟验证方法，海水冷却管路中，缩比海水泵组单元自海水池吸入海水，经过海水加热器进入海水柜，冷却控温至对应季节环境条件下的海水温度,海水泵组单元自海水柜吸入海水，经过中央冷却器与冷却淡水循环回路换热后返回至海水池冷却；淡水冷却管路中，缩比淡水泵组单元自淡水热水柜吸入热水，经过中央冷却单元与海水换热后返回至淡水热水柜，其中，淡水热水柜通过其内的蒸汽加热盘管产生蒸汽量的不同，模拟各种船用发热设备的热负荷。

进一步的，还包括软件模拟验证步骤，所述模拟验证步骤通过软件系统建模，输入工况参数，仿真计算，获得计算结果，并与所述船舶冷却系统缩比模型工况下的制冷参数进行对比、验证。

本发明的有益效果在于：

1）较之实船的工况模拟，大大降低了试验的复杂程度。

2）缩小了试验场地，提高了试验的可行性。

3）试验费用大大降低，人力耗费大大降低。

4）无需实际模拟季节条件，试验周期大大缩短。

5）实船缩比验证与软件模拟计算相结合，提高工况模拟的准确性。

附图说明

图1是现有技术中，对实船的中央冷却系统的工况模拟的循环走向图。

图2是采用本发明船舶冷却系统缩比模型进行工况模拟验证的循环走向图。

图3是现有技术中，对实船的中央冷却系统的工况模拟的流程框图，试验周期大于9个月。

图4是本发明船舶冷却系统缩比模型进行工况模拟验证的流程框图，试验周期仅1周左右。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

目前所研究的中央冷却系统适用于散货船，系统容量较大，采用现有技术实船工况验证，有如下缺点：

首先，对于在实船安装的样机，需要找到相当冷却系统容量的船舶以便安装试验样机。且由于冷却设备数量较多，实船每个冷却设备的数量与容量与样机的随着不同船东的需求与设备厂家的配置不同而略有差异，需通过一定比例的换算，使研究的系统与实船的系统实验数据相当。此外，实船的试验若需要验证不同季节下的系统运行状态，需采集样机在春夏秋冬等各季节下每个研究点试验海水温度下的运行数据一般由于需要考虑外界海水温度的变化，试验的周期较长。而且由于实船有公务派遣工作，对于样机的调试无法按预期计划进行，对于项目的研究有较大的制约。

其次，对于岸上试验场地的样机安装，对试验场地的要求较高。而且用与样机试验用的部分冷却泵及冷却设备，仅适用于样机，无法在其他项目中再次利用，这对样机的投入成本较大，对于项目研究的费用较大。

所以，针对以上两种试验过程中遇到的问题，本发明提出采用冷却系统缩比的模型，在岸上场地模拟不同季节、不同工况下的系统运行情况，保证中央冷却系统的可靠性、有效性的运行，又能使试验方法的成本降低。

具体的实施过程如下：

本试验样机首先将所研究的中央冷却系统按一定的比例进行缩小，该项不仅能大降低样机的采购成本，同时也降低了对岸上试验场地的要求。其次简化样机的系统配置，所有设备的配置不考虑船舶备用及维护性的要求。具体配置如下：

本试验样机与研究对象系统按照1:40的比例缩小，即海水冷却泵、淡水冷却泵、中央冷却器、淡水冷却器等设备容量按照该比例缩小。本样机配有2台海水冷却泵（互为备用），1台淡水冷却泵，1个中央冷却器，1个海水柜，试验场地配有1个6t的蒸汽锅炉，1个管壳式加热器，1个海水泵，1个淡水热水柜，以及1个海水池，并连接相应管路、阀件及控制附件等。本样机包括海水冷却管路及淡水冷却管路。

海水冷却管路中，海水泵自海水池吸入海水，经过管壳式加热器进入海水柜，并在海水柜中冷却控温至对应季节环境下的海水温度，海水冷却泵自海水柜吸入冷却海水，经过中央冷却器与淡水换热后返回至海水池冷却。其中，设置管壳式加热器根据需要开启，目的是为了调节海水温度，从而在海水柜中模拟不同的海水温度；2台海水冷却泵，每台100%的容量，其中1台备用，以模拟海水泵的切换；由于样机不需要设置中央冷却器海水侧的反冲洗管，相应的管路可省略，利用截止阀的开度改变管路的阻力。

淡水冷却管路中，淡水泵自淡水热水柜吸入热水，经过中央冷却器与冷却海水换热后返回至淡水热水柜。本淡水回路中采用淡水热水柜取代淡水回路中的各种冷却器，淡水热水柜内设有蒸汽加热盘管，通过蒸汽量的不同以模拟各种不同待冷却设备的热负载。

海水冷却管路及淡水冷却管路中配套配置相应截止阀、截止止回阀等阀件、滤器、温度计、压力表、温控阀等附件，以及根据系统需要配置相应的压力传感器、温度传感器等控制元件，以实现工况模拟的目的。

海水冷却管路及淡水冷却管路同时运行，分别模拟船舶在航行过程中在不同季节、不同工况下的运行情况，以验证中央冷却系统的海水管路及淡水管路运行有效性及经济性。

船舶冷却系统缩比模型验证方法主要通过缩比研究模型，简化研究系统的方法，以更少的投入成本与实践，实现复杂工况下的系统运行情况验证。

这种模拟验证方法可依此类推应用于船舶其他系统优化改进后的验证，如船舶压载系统、船舶机舱通风系统等。使设计者在理论研究后，能有条件通过可靠地试验进行验证系统优化后的实际效果，验证理论研究的有效性。本发明大幅度的降低了试验的运行成本及试验所消耗时间，使以试验验证理论研究更易实行。

复杂的试验也可通过合适的研究软件进行验证。船舶冷却系统也可通过flowmaster或aft等仿真软件来进行验证试验情况。软件通过系统设计建模，并输入已知参数为前提，仿真系统的运行，简化理论计算快速获得计算结果的一种方法。

由于对于实际产品在运行过程中所遇到的安装问题、调试问题及现场解决方法等无法通过软件仿真来直接确定，所以通过缩比样机模型的实际运行是必须的。同时结合仿真软件的计算，可以更好的对船舶中央冷却系统的工况进行模拟验证。

本发明主要通过对所研究冷却系统的配置按一定的比例进行缩比，并在不影响系统研究功能的情况下，简化系统所需配备的设备及管路。并以最经济、最直观的试验模拟所研究的内容。

Claims (6)

1.一种船舶冷却系统缩比模型，其特征在于：

包括海水冷却管路、淡水冷却管路，中央冷却单元；

所述海水冷却管路包括海水池，海水柜，海水加热器，缩比海水泵组单元，所述缩比海水泵组单元是海水冷却管路的循环动力源，海水池中的海水经海水加热器加热后进入海水柜，流入中央冷却单元后排至海水池中；

所述淡水冷却管路包括淡水热水柜，缩比淡水泵组单元，所述淡水热水柜设有蒸汽加热盘管，所述缩比淡水泵组单元是淡水冷却管路的循环动力源；

海水冷却管路、淡水冷却管路通过中央冷却单元进行换热。

2.如权利要求1所述的船舶冷却系统缩比模型，其特征在于：所述中央冷却单元是板式换热器。

3.如权利要求1所述的船舶冷却系统缩比模型，其特征在于：所述船舶冷却系统缩比模型中的泵组单元、中央冷却单元相对于实船的船舶冷却系统按照1:40的比例缩小。

4.如权利要求3所述的船舶冷却系统缩比模型，其特征在于：所述海水池的海水容量为800m³，所述淡水热水柜的淡水容量为18m³。

5.如权利要求1所述的船舶冷却系统缩比模型的工况模拟验证方法，其特征在于：

海水冷却管路中，缩比海水泵组单元自海水池吸入海水，经过海水加热器进入海水柜，冷却控温至对应季节环境条件下的海水温度,海水泵组单元自海水柜吸入海水，经过中央冷却器与淡水冷却管路换热后返回至海水池冷却；

淡水冷却管路中，缩比淡水泵组单元自淡水热水柜吸入热水，经过中央冷却单元与冷却海水换热后返回至淡水热水柜，其中，淡水热水柜通过其内的蒸汽加热盘管产生蒸汽量的不同，模拟各种船用发热设备的热负荷。

6.如权利要求5所述的船舶冷却系统缩比模型的工况模拟验证方法，其特征在于：

还包括软件模拟验证步骤，所述模拟验证步骤通过软件系统建模，输入工况参数，仿真计算，获得计算结果，并与所述船舶冷却系统缩比模型工况下的制冷参数进行对比、验证。