CN105539804A - 适用于船舶中央冷却系统的变频控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于船舶中央冷却系统的变频控制系统及控制方法，节能，通过使用三台50%流量的海水泵，及变频技术，在中、低热负荷时，仅使用一台海水泵变频运行，在高热负荷时，使用两台海水泵变频运行；在低热负荷时，通过调节温控阀旁通量控制淡水温度，在中、高热负荷时，通过调节海水泵转速控制淡水温度，对淡水温度控制的精度高，响应速度快；操作简单，操作人员只需启动一台海水泵，第二台海水泵的启停，以及温控阀旁通量、海水泵转速的调节，全靠电控箱自动完成；可靠性高，温控阀旁通量和海水泵转速的调节分别进行，不会产生冲突。变频器故障时可单独使用温控阀控制淡水温度，温控阀故障时可单独使用变频器控制淡水温度，不会使淡水温度失控。

Description

适用于船舶中央冷却系统的变频控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种冷却控制系统，特别涉及一种适用于船舶中央冷却系统的变频控制系统及控制方法。

背景技术

传统船舶中央冷却系统如图1所示。系统主要包含：海水、低温淡水、高温淡水三个冷却水回路，由海水泵、中央冷却器、低温淡水温控阀、淡水冷却器、高温淡水温控阀等主要设备构成。海水泵从舷外吸入海水后送入中央冷却器，海水在中央冷却器内冷却低温淡水后直接排出舷外。低温淡水在中央冷却器中被海水冷却，然后经过低温淡水温控阀进入被冷却设备和淡水冷却器，低温淡水吸收被冷却设备和淡水冷却器中高温淡水的热量后，一部分进入中央冷却器被海水冷却，一部分重新通过温控阀进入被冷却设备和淡水冷却器，低温淡水温控阀通过控制进入中央冷却器和重新进入被冷却设备、淡水冷却器的低温淡水流量，进而控制进入被冷却设备的低温淡水温度。高温淡水在淡水冷却器中被低温淡水冷却后，通过温控阀进入被冷却设备，高温淡水吸收被冷却设备的热量后，一部分进入淡水冷却器，一部分重新通过温控阀进入被冷却设备，高温淡水温控阀通过控制进入淡水冷却器和重新进入被冷却设备的高温淡水流量，进而控制进入被冷却设备的高温淡水温度。

传统船舶中央冷却系统中海水泵工频运行，淡水侧利用温控阀采用旁通调节方法保证淡水温度稳定在目标值。这种方法虽然可以实现淡水温度的有效控制，但是有较多能量损失在旁通管路和温控阀开度减小后的节流损失上，经济性较差。在中央冷却系统设计时，为了保证船舶可以在所有海域航行，通常假定海水温度为32℃，海水泵还要满足所有被冷却设备满负荷运行时需求的海水流量，但是船舶大部分时间航行在低温海域，同时冷却系统的热负荷也不会长时间处于较高状态，因此，海水泵的冷却能力长期处于过剩状态，浪费大量电能。

针对传统船舶中央冷却系统存在的问题，专利CN202642088U公开一种用三台50%流量的海水泵代替两台100%流量的海水泵，海水泵仍为工频运行的方法；专利CN103448899A公开一种淡水泵变频运行，海水侧采用阀门分级调节海水流量的方法；上述两种方法可以达到节能目的，但是节能效果有限。专利CN201916173U公开利用永磁同步电机加变频驱动技术控制海水泵；专利CN203127133U公开通过安装在热交换器淡水出口的温度传感器反馈的温度信号来控制海水泵的排量从而控制热交换器出口淡水温度的方法；专利CN201330716Y公开了一种变频控制海水泵排量的电路；这一类依靠海水泵变频调速的方法，有一定的节能效果，但是受到海水泵出口压力及海水泵效率的限制，海水泵的转速调节范围较窄，因此节能效果有限，同时海水泵达到最低转速后，无法实现热负荷较低时的冷却水温度控制。专利CN203358863U公开了一种海水泵、淡水泵、温控阀同时调节，共同控制冷却水温的方法，该方法执行机构较多，系统较为复杂，参数整定困难，容易引起冷却水温度震荡，同时该专利采用两台100%流量海水泵，海水泵转速调节范围受到压力、效率限制，节能效果有限。

发明内容

本发明是针对传统船舶中央冷却系统存在的问题，提出了一种适用于船舶中央冷却系统的变频控制系统及控制方法，节能效果明显、温度控制精确、操作简单方便。

本发明的技术方案为：一种适用于船舶中央冷却系统的变频控制系统，包括三个海水泵、三个变频器、中央冷却器、温控阀、被冷却设备、电控箱、海水温度传感器、淡水温度传感器、海水压力传感器，三个海水泵并联连接，并分别由三个变频器一一对应驱动，海水泵将舷外吸入的海水送到中央冷却器，海水吸收中央冷却器中淡水热量后直接排出舷外，在中央冷却器中被海水冷却的淡水经过温控阀进入被冷却设备，吸收热量后，从被冷却设备输出一部分进入中央冷却器被海水冷却，另一部分再次经过温控阀回被冷却设备，电控箱实时接收被冷却设备入口管路上的淡水温度传感器所采集到的淡水温度，电控箱输出控制信号调节温控阀的旁通量或三个海水泵的启停及转速，控制淡水温度，电控箱实时接收中央冷却器排海水口管路上海水温度传感器所采集到的海水温度，电控箱实时接收中央冷却器排海水口管路上海水压力传感器所采集到的海水压力，电控箱实时采集三个海水泵输出压力，作为故障监控信号。

所述适用于船舶中央冷却系统的变频控制系统的控制方法，具体包括如下步骤：

1）系统运行时，先启动1号海水泵并以最低转速运行；

2）电控箱接收中央冷却器排海水口管路上海水温度传感器所采集到的海水温度、中央冷却器排海水口管路上海水压力传感器所采集到的海水压力，以及三个海水泵输出压力，如果上述海水压力、温度均正常，则继续，如果任意海水压力、温度不正常，则系统发出报警；

3）电控箱接收被冷却设备入口管路上的淡水温度传感器采集到的淡水温度并进行判断：

如果淡水温度等于36℃，则保持温控阀旁通量及1号海水泵转速；

如果淡水温度大于36℃，则减小温控阀旁通量，如果温控阀旁通量最小后，淡水温度仍大于36℃，则升高1号海水泵转速，如果1号海水泵达到额定转速后，淡水温度仍大于36℃，则启动2号海水泵，1号海水泵和2号海水泵同时在最低转速运行，如果淡水温度仍大于36℃，同时升高1号海水泵和2号海水泵的转速；

如果淡水温度小于36℃，如果1号海水泵和2号海水泵在同时运行，则同时降低两台海水泵转速，如果两台海水泵全部降到最低转速，淡水温度仍小于36℃，则停止2号海水泵，1号海水泵升高到额定转速，如果淡水温度仍小于36℃，则降低1号海水泵转速，如果1号海水泵降到最低转速，淡水温度仍小于36℃，则增加温控阀旁通量；

3号海水泵作为备用泵，1号海水泵或2号海水泵发生故障时，3号海水泵启动。

所述适用于船舶中央冷却系统的变频方法，当温控阀发生故障时，手动将温控阀的旁通量调至最小，所有淡水全部进入中央冷却器，单独通过调节海水泵的运行数量及转速进而控制淡水温度，此时冷却量的调节范围为一台海水泵最低转速运行时的冷却量至两台海水泵并联运行最高转速时的冷却量。

本发明的有益效果在于：本发明适用于船舶中央冷却系统的变频控制系统及控制方法，节能效果显著。通过使用三台50%流量的海水泵，以及应用变频控制技术，在中、低热负荷时，仅使用一台海水泵变频运行，在高热负荷时，使用两台海水泵变频运行，节能效果非常明显；温度控制精度高，在低热负荷时，通过调节温控阀旁通量控制淡水温度，在中、高热负荷时，通过调节海水泵转速控制淡水温度，对淡水温度控制的精度高，响应速度快；操作简单方便，操作人员只需启动一台海水泵，第二台海水泵的启停，以及温控阀旁通量、海水泵转速的调节，全靠电控箱自动完成；可靠性高，温控阀旁通量和海水泵转速的调节分别进行，不会产生冲突。变频器故障时可以单独使用温控阀控制淡水温度，温控阀故障时可以单独使用变频器控制淡水温度，不会使淡水温度处于不可控状态。

附图说明

图1为传统船舶中央冷却系统结构示意图；

图2为本发明适用于船舶中央冷却系统的变频控制系统结构示意图；

图3为本发明适用于船舶中央冷却系统的变频控制系统工作流程图。

具体实施方式

如图2所示适用于船舶中央冷却系统的变频控制系统结构示意图，系统主要由电控箱1、海水温度传感器2、1号变频器3、1号海水泵4、2号变频器5、2号海水泵6、3号变频器7、3号海水泵8、3号压力传感器9、2号压力传感器10、1号压力传感器11、中央冷却器12、温控阀13、淡水温度传感器14、被冷却设备15、海水压力传感器16等设备构成。

1号海水泵4、2号海水泵6、3号海水泵8并联连接，并分别由1号变频器3、2号变频器5、3号变频器7驱动，海水泵将舷外吸入的海水送到中央冷却器12，海水吸收中央冷却器12中淡水热量后直接排出舷外。

在中央冷却器12中被海水冷却的淡水经过温控阀13进入被冷却设备15，吸收热量后，从被冷却设备15输出一部分进入中央冷却器12被海水冷却，另一部分再次经过温控阀13回被冷却设备15。

电控箱1实时接收被冷却设备15入口管路上的淡水温度传感器14采集到的淡水温度，调节温控阀13的旁通量或1号海水泵4、2号海水泵6、3号海水泵8的启停及转速，最终将淡水温度控制在目标温度。

电控箱1实时接收中央冷却器12排海水口管路上海水温度传感器2采集到的海水温度，根据设定做出海水温度高报警。

电控箱1实时接收中央冷却器12排海水口管路上海水压力传感器16采集到的海水压力，根据设定做出中央冷却器12堵塞报警。

1号压力传感器11、2号压力传感器10、3号压力传感器9分别采集1号海水泵4、2号海水泵6、3号海水泵8输出口压力，电控箱1实时接收1号压力传感器11、2号压力传感器10、3号压力传感器9采集到的海水压力，根据设定做出1号海水泵4、2号海水泵6、3号海水泵8故障报警。

该实施例的工作流程如图3所示。系统运行时，先启动1号海水泵4并以最低转速运行。

电控箱接收海水温度传感器2采集到的海水温度、海水压力传感器16采集到的海水压力、1号压力传感器11、2号压力传感器10、3号压力传感器9采集到的海水压力。

如果上述海水压力、温度均正常，则继续，如果任意海水压力、温度不正常，则系统发出报警。

电控箱接收淡水温度传感器14采集到的淡水温度并进行判断。

如果淡水温度等于36℃，则保持温控阀13旁通量及1号海水泵4转速。

如果淡水温度大于36℃，则减小温控阀13旁通量，如果温控阀13旁通量最小后，淡水温度仍大于36℃，则升高1号海水泵4转速，如果1号海水泵4达到额定转速后，淡水温度仍大于36℃，则启动2号海水泵6，1号海水泵4和2号海水泵6同时在最低转速运行，如果淡水温度仍大于36℃，同时升高1号海水泵4和2号海水泵6的转速。

如果淡水温度小于36℃，如果1号海水泵4和2号海水泵6在同时运行，则同时降低两台海水泵转速，如果两台海水泵全部降到最低转速，淡水温度仍小于36℃，则停止2号海水泵6，1号海水泵4升高到额定转速，如果淡水温度仍小于36℃，则降低1号海水泵4转速，如果1号海水泵4降到最低转速，淡水温度仍小于36℃，则增加温控阀旁通量。

3号海水泵8作为备用泵，1号海水泵4或2号海水泵6发生故障时，3号海水泵8启动。

当变频器发生故障时，可将海水泵电动机电缆直接接到配电板上，此时，海水泵由船舶电网直接供电，工频运行，单独由温控阀调节旁通量进而控制淡水温度，这样既转换为传统船舶中央冷却系统的工作模式。当温控阀发生故障时，可手动将温控阀的旁通量调至最小，所有淡水全部进入中央冷却器，单独通过调节海水泵的运行数量及转速进而控制淡水温度，此时冷却量的调节范围为一台海水泵最低转速运行时的冷却量至两台海水泵并联运行最高转速时的冷却量。

Claims (3)

1.一种适用于船舶中央冷却系统的变频控制系统，其特征在于，包括三个海水泵、三个变频器、中央冷却器、温控阀、被冷却设备、电控箱、海水温度传感器、淡水温度传感器、海水压力传感器，三个海水泵并联连接，并分别由三个变频器一一对应驱动，海水泵将舷外吸入的海水送到中央冷却器，海水吸收中央冷却器中淡水热量后直接排出舷外，在中央冷却器中被海水冷却的淡水经过温控阀进入被冷却设备，吸收热量后，从被冷却设备输出一部分进入中央冷却器被海水冷却，另一部分再次经过温控阀回被冷却设备，电控箱实时接收被冷却设备入口管路上的淡水温度传感器所采集到的淡水温度，电控箱输出控制信号调节温控阀的旁通量或三个海水泵的启停及转速，控制淡水温度，电控箱实时接收中央冷却器排海水口管路上海水温度传感器所采集到的海水温度，电控箱实时接收中央冷却器排海水口管路上海水压力传感器所采集到的海水压力，电控箱实时采集三个海水泵输出压力，作为故障监控信号。

2.根据权利要求1所述适用于船舶中央冷却系统的变频控制系统的控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）系统运行时，先启动1号海水泵并以最低转速运行；

2）电控箱接收中央冷却器排海水口管路上海水温度传感器所采集到的海水温度、中央冷却器排海水口管路上海水压力传感器所采集到的海水压力，以及三个海水泵输出压力，如果上述海水压力、温度均正常，则继续，如果任意海水压力、温度不正常，则系统发出报警；

3）电控箱接收被冷却设备入口管路上的淡水温度传感器采集到的淡水温度并进行判断：

如果淡水温度等于36℃，则保持温控阀旁通量及1号海水泵转速；

如果淡水温度大于36℃，则减小温控阀旁通量，如果温控阀旁通量最小后，淡水温度仍大于36℃，则升高1号海水泵转速，如果1号海水泵达到额定转速后，淡水温度仍大于36℃，则启动2号海水泵，1号海水泵和2号海水泵同时在最低转速运行，如果淡水温度仍大于36℃，同时升高1号海水泵和2号海水泵的转速；

如果淡水温度小于36℃，如果1号海水泵和2号海水泵在同时运行，则同时降低两台海水泵转速，如果两台海水泵全部降到最低转速，淡水温度仍小于36℃，则停止2号海水泵，1号海水泵升高到额定转速，如果淡水温度仍小于36℃，则降低1号海水泵转速，如果1号海水泵降到最低转速，淡水温度仍小于36℃，则增加温控阀旁通量；

3号海水泵作为备用泵，1号海水泵或2号海水泵发生故障时，3号海水泵启动。

3.根据权利要求2所述适用于船舶中央冷却系统的变频方法，其特征在于，当温控阀发生故障时，手动将温控阀的旁通量调至最小，所有淡水全部进入中央冷却器，单独通过调节海水泵的运行数量及转速进而控制淡水温度，此时冷却量的调节范围为一台海水泵最低转速运行时的冷却量至两台海水泵并联运行最高转速时的冷却量。