CN111942559B - 一种提高自流冷却系统性能的方法、装置及控制单元 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种提高自流冷却系统性能的方法、装置和控制单元，包括读取冷却能力系数和附加阻力系数与引水装置出口格栅角度的关系；输入冷却能力系数和附加阻力系数的权值并求和得到加权能力系数及其余引水装置出口格栅角度的关系；在加权能力系数最大时，获取所对应的引水装置出口格栅角度。本发明提供的提高自流冷却系统性能的方法，以加权能力系数最大时所对应的引水装置出口格栅角度为当前航速工况下自流冷却系统的最佳引水装置出口格栅角度，使自流冷却系统在当前航速工况获得最佳综合性能，而且通过在不同航速工况时调整引水装置出口格栅角度，有效解决了当前自流冷却系统完成设计后其性能难以与不同航速工况的需求相适应的缺点。

Description

一种提高自流冷却系统性能的方法、装置及控制单元

技术领域

本发明涉及船舶冷却系统设计技术领域，尤其涉及一种提高自流冷却系统性能的方法、装置及控制单元。

背景技术

船舶自流冷却系统是利用船舶航行中迎面水流产生的动压来冷却冷凝器及各类冷却用户的系统，从而使船舶在一定航速范围内，无需启动水泵即能为冷凝器及各类冷却用户提供足够的冷却海水。

与传统冷却水系统相比，船舶自流冷却系统降低了船舶冷却水泵产生的辐射噪声，增强了整体效率，提高了船舶安全性和经济性。自流流量和附加阻力是自流冷却系统的两个主要性能指标，在低航速工况和高航速工况，自流冷却系统对提高自流流量的需求更大，由于在中等航速工况时自流流量通常可以满足冷却要求，此时自流冷却系统对降低附加阻力的需求更大。但是，当前自流冷却系统完成设计后其综合性能不能与非设计工况相适应，在以中等航速工况为设计工况时，会出现低航速和高航速工况下自流冷却系统综合性能较差的情况。

发明内容

本发明实施例提供一种提高自流冷却系统性能的方法、装置及控制单元，用以解决当前自流冷却系统完成设计后其综合性能难以满足非设计工况需求的缺点。

本发明实施例提供一种提高自流冷却系统性能的方法，包括：

获取冷却能力系数和附加阻力系数与引水装置出口格栅角度的关系；

输入冷却能力系数和附加阻力系数的权值并加权求和，得到加权能力系数与引水装置出口格栅角度的关系；

在所述加权能力系数最大时，获取所对应的引水装置出口格栅角度。

根据本发明一个实施例的提高自流冷却系统性能的方法，所述获加权能力系数与引水装置出口格栅角度的关系的步骤具体包括：

通过模拟实验获取所述冷却能力系数和所述附加阻力系数与所述引水装置出口格栅角度的关系；

根据不同船舶航速工况确定所述冷却能力系数的权值和所述附加阻力系数的权值；

将所述冷却能力系数和所述附加阻力系数加权求和；

根据本发明一个实施例的提高自流冷却系统性能的方法，所述冷却能力系数为x，所述附加阻力系数为y，所述冷却能力系数的权值为A，所述附加阻力系数的权值为B，所述加权能力系数k_n＝A×x+B×y。

根据本发明一个实施例的提高自流冷却系统性能的方法，所述获取加权能力系数与引水装置出口格栅角度的关系之前还包括：

获取所述冷却能力系数和所述附加阻力系数与所述引水装置出口格栅角度的关系；

其中，所述引水装置出口格栅角度为α，所述冷却能力系数x＝x(α)，所述附加阻力系数y＝y(α)。

根据本发明一个实施例的提高自流冷却系统性能的方法，所述冷却能力系数与所述引水装置出口格栅角度正相关。

根据本发明一个实施例的提高自流冷却系统性能的方法，所述附加阻力系数与所述引水装置出口格栅角度正相关。

根据本发明一个实施例的提高自流冷却系统性能的方法，所述冷却能力系数为归一化的自流流量，所述附加阻力系数为归一化的附加阻力。

本发明实施例还提供一种提高自流冷却系统性能的装置，引水装置和控制装置；

所述引水装置内设有格栅；所述控制装置与所述格栅连接，所述控制装置包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述提高自流冷却系统性能的方法的步骤，以调整所述格栅的角度。

根据本发明一个实施例的提高自流冷却系统性能的装置，所述提高自流冷却系统性能的装置还包括：

驱动杆、齿条、齿轮和连杆；

所述齿条与所述齿轮啮合，所述控制装置依次通过所述驱动杆、所述齿条、所述齿轮、所述连杆与所述格栅连接。

本发明实施例还提供一种非暂态计算机控制单元，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述提高自流冷却系统性能的方法的步骤。

本发明提供的提高自流冷却系统性能的方法、装置及控制单元，通过获取加权能力系数与引水装置出口格栅角度的关系，确定加权能力系数最大时所对应的引水装置出口格栅角度，从而可确定当前航速工况下自流冷却系统最佳的引水装置出口格栅角度，使当前自流冷却系统在不同航速工况下均获得最佳性能，达到提高船舶自流冷却系统性能的目的，而且通过调整引水装置出口格栅角度，有效解决了当前自流冷却系统完成设计后其综合性能难以满足非设计工况的缺点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的提高自流冷却系统性能的方法、装置及控制单元的流程示意图；

图2是本发明一实施例提供的引水装置出口格栅角度与冷却能力系数的关系图；

图3是本发明一实施例提供的引水装置出口格栅角度与附加阻力系数的关系图；

图4是本发明一实施例提供的引水装置出口格栅角度与加权能力系数的关系图；

图5是本发明另一实施例提供的引水装置出口格栅角度与加权能力系数的关系图；

图6是本发明实施例提供格栅未转动时引水装置的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的引水装置的截面示意图；

图8是本发明实施例提供的提高自流冷却系统性能的装置的结构示意图；

图9是本发明实施例提供格栅转动后引水装置的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的控制装置的结构示意图；

图中：

1、引水装置；2、控制装置；3、格栅；4、驱动杆；5、齿条；6、齿轮；7、连杆；210、处理器；220、通信接口；230、存储器；240、通信总线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1描述本发明实施例提供的提高自流冷却系统性能的方法，该自流冷却系统为船舶自流冷却系统，方法包括如下步骤：

步骤S1：获取冷却能力系数和附加阻力系数与引水装置出口格栅角度的关系。

步骤S2：输入冷却能力系数和附加阻力系数的权值并加权求和，得到加权能力系数与引水装置出口格栅角度的关系；

步骤S3：在加权能力系数最大时，获取所对应的引水装置出口格栅角度。

设计过程中，先获取冷却能力系数和附加阻力系数与引水装置出口格栅角度的关系；然后输入冷却能力系数和附加阻力系数的权值并加权求和得到加权能力系数与引水装置出口格栅角度的关系；最后在加权能力系数最大时，获取所对应的引水装置出口格栅角度。

本发明提供的提高自流冷却系统性能的方法，通过获取冷却能力系数和附加阻力系数与引水装置出口格栅角度的关系，输入冷却能力系数和附加阻力系数的权值并加权求和得到加权能力系数与引水装置出口格栅角度的关系，确定加权能力系数最大时所对应的引水装置出口格栅角度，从而可确定不同航速工况下自流冷却系统最佳的引水装置出口格栅角度，使当前自流冷却系统在不同航速工况下均获得最佳综合性能，达到提高自流冷却系统性能的目的，而且通过调整引水装置出口格栅角度，有效解决了当前自流冷却系统完成设计后其冷却能力难以满足非设计工况的缺点。

在根据本发明所提供的一实施例中，冷却能力系数为自流流量与需求流量的比值，为归一化的自流流量。附加阻力系数为附加流动阻力与船舶附体阻力的比值，也为归一化的附加阻力。引水装置出口格栅角度为格栅的转动角度。

本实施例中，引水装置出口格栅角度为α，冷却能力系数x＝x(α)，附加阻力系数y＝y(α)。从上述可知，对于某一范围内引水装置出口格栅角度的每一个值，冷却能力系数都有确定的值和引水装置出口格栅角度对应，附加阻力系数也都有确定的值和引水装置出口格栅角度对应。

具体地，如图2所示，冷却能力系数与引水装置出口格栅角度正相关，在本实施例中，当引水装置出口格栅角度大于80°后，附件阻力系数增加非常缓慢。同样，如图3所示，附加阻力系数与引水装置出口格栅角度正相关，在本实施例中，冷却能力系数随引水装置出口格栅角度增大快速单调增大。

在获取了引水装置出口格栅角度与冷却能力系数和附加阻力系数的关系后，再开始根据不同工况的要求确定冷却能力系数和附加阻力系数的权值并加权求和得到出口格栅角度与加权能力系数的关系。

具体地，通过模拟实验获取冷却能力系数和附加阻力系数与引水装置出口格栅角度的关系，然后根据不同工况的要求确定冷却能力系数的权值和附加阻力系数的权值。

k_n＝A×x+B×y

其中，加权能力系数为k_n，冷却能力系数为x，附加阻力系数为y，冷却能力系数的权值为A，附加阻力系数的权值为B。

在获取到加权能力系数的关系式后，根据该关系式获取加权能力系数最大时所对应的引水装置出口格栅角度。

例如，如图4所示，当冷却能力系数的权值A＝0.6，附加阻力系数的权值为B＝0.4时，加权能力系数k_n＝0.6x+0.4y。

可得到，k_n＝0.6×x(α)+0.4×y(α)，在对应函数已知的情况下，加权能力系数最大值对应的引水装置出口格栅角度为73°。

同理，如图5所示，当冷却能力系数的权值A＝0.8，附加阻力系数的权值为B＝0.2时，加权能力系数k_n＝0.8x+0.2y。

可得到，k_n＝0.8×x(k)+0.2×y(k)，在对应函数已知的情况下，加权能力系数最大值对应的引水装置出口格栅角度为78°。

综上所述，本发明提供的提高自流冷却系统性能的方法，通过获取冷却能力系数和附加阻力系数与引水装置出口格栅角度的关系，确定冷却能力系数和附加阻力系数的权值并加权求和得到加权能力系数，进一步得到加权能力系数最大时所对应的引水装置出口格栅角度，从而可确定当前航速工况下自流冷却系统最佳的引水装置出口格栅角度，使当前自流冷却系统在不同航速工况下均获得最佳综合性能，达到提高船舶自流冷却系统性能的目的，而且通过调整引水装置出口格栅角度，有效解决了当前自流冷却系统完成设计后其冷却能力难以满足非设计工况的缺点。

本发明实施例还提供一种提高自流冷却系统性能的装置，如图6、图7和图8所示，该装置包括：引水装置1和控制装置2。引水装置1出口设有格栅3，控制装置2与格栅3连接。

如图10所示，控制装置2包括存储器(memory)230、处理器(processor)210、通信接口(CommunicationsInterface)220、通信总线240及存储在存储器230上并可在处理器210上运行的计算机程序。

其中，处理器210，通信接口220，存储器230通过通信总线240完成相互间的通信。处理器210可以调用存储器230中的计算机程序，处理器210执行存储器230中的计算机程序时实现上述提高自流冷却系统性能的方法的步骤，以调整格栅3的角度。

其中，提高自流冷却系统性能的方法包括：获取引水装置出口格栅角度与冷却能力系数和附加阻力系数的关系。确定冷却能力系数和附加阻力系数的权值并加权求和得到加权能力系数出口格栅角度的关系。在加权能力系数最大时，获取所对应的引水装置出口格栅角度。具体步骤可参阅上述实施例，在此不再赘述。

本实施例中，提高自流冷却系统性能的装置还包括：驱动杆4、齿条5、齿轮6和连杆7。齿条5与齿轮6啮合，控制装置2依次通过驱动杆4、齿条5、齿轮6、连杆7与格栅3连接。船体外侧的舷外来流经过引水装置1流进舱内，引水装置1的格栅3起隔离和过滤作用，防止引水装置1发生堵塞。格栅3通过连杆7与引水装置1外部的齿轮6连接。控制装置2接收到航速信号后，通过驱动杆4驱动齿条5移动，带动齿轮6转动，从而改变格栅3的角度，完成格栅3角度调整后的引水装置1及格栅3位置如图9所示。

此外，上述的存储器230中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机控制单元上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的提高自流冷却系统性能的方法。

又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机控制单元，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的提高自流冷却系统性能的方法。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机控制单元中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种提高自流冷却系统性能的方法，其特征在于，包括：

读取冷却能力系数和附加阻力系数与引水装置出口格栅角度的关系；输入所述冷却能力系数和所述附加阻力系数的权值并加权求和，得到加权能力系数与所述引水装置出口格栅角度的关系；在所述加权能力系数最大时，获取所对应的所述引水装置出口格栅角度；

所述读取冷却能力系数和附加阻力系数与引水装置出口格栅角度的关系的步骤具体包括：

通过模拟实验获取所述冷却能力系数和所述附加阻力系数与所述引水装置出口格栅角度的关系；

根据自流冷却系统不同航速工况的需求确定所述冷却能力系数的权值和所述附加阻力系数的权值；

所述冷却能力系数为x，所述附加阻力系数为y，所述冷却能力系数的权值为A，所述附加阻力系数的权值为B，所述加权能力系数k_n＝A×x+B×y。

2.根据权利要求1所述的提高自流冷却系统性能的方法，其特征在于，所述读取冷却能力系数和附加阻力系数与引水装置出口格栅角度的关系之前还包括：

获取所述冷却能力系数和所述附加阻力系数与所述引水装置出口格栅角度的关系；

其中，所述引水装置出口格栅角度为α，所述冷却能力系数x＝x(α)，所述附加阻力系数y＝y(α)。

3.根据权利要求2所述的提高自流冷却系统性能的方法，其特征在于，所述冷却能力系数与所述引水装置出口格栅角度正相关。

4.根据权利要求2所述的提高自流冷却系统性能的方法，其特征在于，所述附加阻力系数与所述引水装置出口格栅角度正相关。

5.根据权利要求1所述的提高自流冷却系统性能的方法，其特征在于，所述冷却能力系数为归一化的自流流量，所述附加阻力系数为归一化的附加阻力。

6.一种提高自流冷却系统性能的装置，其特征在于，包括：

引水装置和控制装置；

所述引水装置内设有格栅；所述控制装置与所述格栅连接，所述控制装置包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述提高自流冷却系统性能的方法的步骤，以调整所述格栅的角度。

7.根据权利要求6所述的提高自流冷却系统性能的装置，其特征在于，所述提高自流冷却系统性能的装置还包括：

驱动杆、齿条、齿轮和连杆；

所述齿条与所述齿轮啮合，所述控制装置依次通过所述驱动杆、所述齿条、所述齿轮、所述连杆与所述格栅连接。

8.一种非暂态计算机控制单元，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述提高自流冷却系统性能的方法的步骤。

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