船舶轴带制冷压缩机暖冰蓄冷空调方案研究

【摘要】：随着我国经济的高速发展,能源供应紧张和环境污染问题也日益严重。空调负荷在城市中迅猛增长加剧了电力高峰不足而低谷过剩的矛盾。因此,有显著移峰填谷、节能、环保功能的蓄冷空调系统的研究成为国家扶持热门课题。蓄冷工质与蓄冷系统的研究也从水蓄冷、冰蓄冷发展到第三代的优态盐、气体水合物(暖冰)蓄冷。陆用空调蓄冷技术的不断成熟必将渗透到船舶空调领域。本文根据船舶空调的特点提出了船舶蓄冷介质的要求,并对气体水合物形成过程及特性、表面活性剂气体水合物形成过程的影响的分析,选择了适合船舶使用的蓄冷介质;提出了船舶轴带制冷压缩机暖冰蓄冷空调方案,作为蓄冷技术应用于船舶空调的一种探索。 本文根据轴带制冷压缩机的原动机转速随海况变化的特点,通过对离心式压缩机、活塞式压缩机、螺杆式压缩机、滚动转子式压缩机、涡旋式压缩机的工作特性和运行可靠性分析,确定了不同种类压缩机作为轴带压缩机的条件和适用范围。针对压缩机转速变化时流量、排出压力的变化会影响制冷系统的正常工作的问题,提出了以轴带压缩机转速为控制信号的调速器控制变向变量泵流量的液压耦合器连接方案,利用液压系统的无级变速特性和良好的安全保护性能,使轴带制冷压缩机在主机转速变化时仍能稳速运行,满足轴带离心式压缩机的转速要求。 在分析了现有的多种蓄冷装置工作特性的基础上,设计了一种可进行多种运行模式下工作的新型蓄冷装置,其优良的蓄冷、放冷特性能够满足船舶各种条件下空调负荷的需要。 本文针对船舶空调工作的特殊性,对压缩机功率、蓄冷槽的容量、空调负荷三者的匹配进行了研究,比较全蓄冷和部分蓄冷两种模式的综合效果,得出了利用夜间压缩机的富裕功率进行蓄冷补充白天系统按常规模式运行时制冷量的不足的部分蓄冷方案具有最佳的经济效益。 本文对船舶轴带制冷压缩机暖冰蓄冷空调方案从初投资、燃油消耗率、使用劣质燃料、废热利用、装置的运行效率等多个方面进行了经济性分析,分析结果表明该方案可减少初投资,运行成本不到常规空调的一半,装置的运行可靠性高于常规空调,有害物质的排放量低于常规空调。由此可见,船舶轴带制冷压缩机暖冰蓄冷空调具有良好的应用前景。 【关键词】：轴带制冷压缩机 暖冰 蓄冷空调 液压耦合
【学位授予单位】：上海海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：U664.86
【目录】：

• 1 引言9-13
• 1．1 蓄冷发展的历史9-10
• 1．2 蓄冷空调国内外的发展现状10-11
• 1．3 研究蓄冷空调的目的意义11-12
• 1．4 船舶轴带制冷压缩机暖冰蓄冷空调的应用前景12-13
• 2 船舶蓄冷工质的要求与选择13-29
• 2．1 船舶蓄冷工质的要求13-14
• 2．1．1 船舶蓄冷工质的热力性质的要求13
• 2．1．2 物理化学性能的要求13-14
• 2．1．3 安全性能的要求14
• 2．1．4 经济性的要求14
• 2．2 常见蓄冷介质性能及船舶适用性分析14-29
• 2．2．1 水蓄冷及船舶适用性分析14
• 2．2．2 冰蓄冷及船舶适用性分析14-15
• 2．2．3 优态盐及船舶适用性分析15-16
• 2．2．4 气态水合物(暖冰)及船舶适用性分析16-29
• 2．2．4．1 单质暖冰形成条件和特性17-22
• 2．2．4．2 复合冷剂暖冰形成条件和特性22-24
• 2．2．4．3 添加剂对暖冰蓄冷参数的影响24-29
• 3 船舶轴带制冷压缩机与蓄冷器的匹配29-42
• 3．1 轴带式制冷压缩机的性能要求29
• 3．2 不同种类制冷压缩机的工作性能比较29-37
• 3．2．1 离心式制冷压缩机30-31
• 3．2．2 往复式制冷压缩机31-32
• 3．2．3 回转式制冷压缩机32-37
• 3．2．3．1 滚动转子式制冷压缩机32-33
• 3．2．3．2 涡旋式制冷压缩机33-34
• 3．2．3．3 螺杆式制冷压缩机34-37
• 3．3 轴带式制冷压缩机与蓄冷器的匹配方案37-39
• 3．3．1 全量蓄冷方案37-39
• 3．3．2 分量蓄冷方案39
• 3．4 轴带式制冷压缩机与柴油机的相互耦合39-42
• 4 船舶轴带制冷压缩机暖冰蓄冷系统方案研究42-47
• 4．1 制冷系统方案分析比较42-43
• 4．2 蓄冷系统方案分析比较43-44
• 4．3 运行模式控制44-47
• 4．3．1 制冷系统蓄冷运行模式45
• 4．3．2 蓄冷系统放冷运行模式45-46
• 4．3．3 常规空调运行模式46
• 4．3．4 冷系统制冷与蓄冷槽放冷并联供冷运行模式46
• 4．3．5 制冷系统制冷与蓄冷槽放冷串联供冷运行模式46-47
• 4．3．6 制冷系统蓄冷和蓄冷槽放冷运行模式47
• 4．3．7 常规空调供冷蓄冷槽蓄冷运行模式47
• 5 船舶轴带制冷压缩机暖冰蓄冷系统的可行性分析47-60
• 5．1 运行可靠性分析47-51
• 5．1．1 影响船舶轴带制冷压缩机暖冰蓄冷系统工作的因素48-51
• 5．1．1．1 船舶摇摆及颠簸与蓄冷系统工作的关系48
• 5．1．1．2 船舶摇摆及颠簸与轴带压缩机工作的关系48-49
• 5．1．1．3 柴油机飞车与轴带压缩机工作的相互关系49
• 5．1．1．4 柴油机飞车与制冷系统工作的关系49-50
• 5．1．1．5 蓄冷介质自由液面与船舶稳性的关系50-51
• 5．1．1．6 轴带压缩机与工作可靠性提高的关系51
• 5．1．2 轴带压缩机负荷变化与柴油机转速的关系51
• 5．2 运行经济性分析51-58
• 5．2．1 采用轴带压缩机对燃油消耗率降低的作用51-52
• 5．2．2 减少轻柴油消耗对提高节能的经济性的作用52-53
• 5．2．3 轴带压缩机蓄冷空调负荷对降低主机油耗率的作用53-54
• 5．2．4 对能量综合利用的作用54-55
• 5．2．5 对降低柴油发电机容和初投资成本的作用55-56
• 5．2．6 对降低发电机组润滑油消耗的作用56-57
• 5．2．7 对避免发电机损耗、电动机损耗的作用57
• 5．2．8 对改善工作环境和条件的作用57-58
• 5．3 轴带压缩机暖冰蓄冷空调与常规空调的运行经济性比较58-59
• 5．3．1 蒸发温度与COP值的关系到58
• 5．3．2 冷凝温度与COP值的关系58-59
• 5．3．3 制冷循环中制冷剂过冷度与COP值关系59
• 5．4 安全环保分析59-60
• 6 结论60
• 参考文献60-63
• 致谢63

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