船舶中央冷却水节能系统技术方案

本发明专利技术公开一种船舶中央冷却水节能系统，包括海水泵、板式换热器和淡水泵，在海水泵与板式换热器之间连接有可变腔容凸轮式脉动发生器，在海水泵上连接有变频器和温度控制器；增加脉动发生器装置后可以产生指定频率的脉动，而强化脉动可以使管内海水的湍流度增加，周期性的压力变化又可以使管内海水产生强制对流，并通过促进旋涡的形成增加有效传热，进而将对流引入边界层，与此同时会产生空化效应，从而既能提高板式换热器的换热率，还能起到抑垢、除垢的作用。

Ship central cooling water energy saving system

【技术实现步骤摘要】
船舶中央冷却水节能系统
本专利技术属于换热系统
，具体涉及一种船舶中央冷却水节能系统。
技术介绍
船舶主动力装置（如主机）是船舶的“心脏”，而冷却系统是船舶动力装置中不可或缺的核心组成部分之一，用于冷却船舶上各个发热部件，保证所有设备在连续运行的工况下能始终正常工作。随着时代的发展与进步，船舶的设计越发追求节能，环保和高效性。中国船级社（CCS）发布的《船舶能量消耗分布与节能指南》中指出，主机的能量消耗高达74.8%，而其中船舶主机冷却水系统的冷却损失占总能量损失的28%。目前已知的有效措施是采用海水泵变频控制技术来达到节能减排的效果，据资料显示，欧亚航线上的20000TEU级集装箱船在安装了变频调速技术之后的节能情况如下：单航次功耗节省约115167Kwh，按年均三航次计算年节约功耗为364330kWh，同时年节约燃油费用约349538元。而变频设备的成本为12万美元（约82.8万人民币），系统的成本回收时间约为2.3年，由此可以看出变频控制技术是非常值得研究和推广的。能源的利用与消耗主要是由热能的形式进行转换，而换热器则是在这一过程中最为重要的部件，通过改进换热器结构或者是加入强化换热技术，不仅可以提高换热效率，还能减少泵的能耗，起到节能环保的作用，从而提高航运的经济性。研究换热器的换交换热效率已成为当前需要解决的重大课题。通过查阅相关资料发现，目前船舶上使用的大多数中央冷却水系统存在无法有效实现海水泵变频调速、变频响应速度慢、换热器换热效率低、管路容易产生积垢等方面的缺陷。申请号为201521109247.3的专利公开了一种主机节能闭式冷却系统，包括：主机、淡水泵、膨胀水箱和冷却水管。主机上的入水口通过管道与淡水泵的出水口相连接，淡水泵的入水口管道与膨胀水箱的出水口相连接，主机的出水口通过管道与冷却水管道的入口相连接，冷却水管的出口通过管道与膨胀水箱的入口相连接，虽然整个系统的结构简单，可以起到很好的冷却效果，但是却不能适应不同的工况，无法根据不同工况调整淡水泵的转速，不能调节冷却水的流量，从而造成大量能源浪费。申请号为201620782799.9的专利公开了一种中央冷却节能控制系统，包括：海水泵组、中央冷却器组、主机负荷设备、低温淡水冷却泵组、自动调节三通阀、变频器电器柜、中央冷却器、温度传感器、压力传感器。通过测量当前船舶主机负荷的大小，由计算可得出所需的冷却水量，然后按照需求来调整电机频率，以达到控制节能的目的。但是该系统在长时间运行后会导致换热器内部存有大量的水垢，如果换热器内部积垢造成换热效率降低时，系统会自动增加海水泵的转速来增加供水量，同样会造成电能的浪费，而且该系统从热平衡被打破到重新建立新的热平衡的时间比较长，在此过程中变频电机需要频繁变速。申请号为202010774060.4的专利公开了一种船舶中央冷却淡水节能系统，包括中央冷却器、监测报警系统、多台淡水冷却泵、第一类冷却水用户和第二类冷却水用户。该系统通过监测系统来控制进水口处的控制阀门，根据压差大小控制关闭一台或多台淡水冷却泵。通过测定某些冷却用户不需要运行时可以自动关闭其对应的电动蝶阀，从而减少中央冷却水系统所需的冷却淡水流量，实现节能。但是该系统的冷却淡水泵不能实现变频控制，在某些工况下会有过量的冷却水就会造成能源浪费，并且换热器容易出现积垢，会大大影响换热效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种经优化的船舶中央冷却水节能系统，可实现变频控制，并且具有抑垢除垢的效果，更加节能减排，安全环保。本专利技术的技术方案为：一种船舶中央冷却水节能系统，包括海水泵、板式换热器和淡水泵，在海水泵与板式换热器之间还连接有可变腔容凸轮式脉动发生器，在海水泵上连接有变频器和温度控制器；可变腔容凸轮式脉动发生器包括四通管、顶盖、连接管和开闭孔组件，四通管的两个侧端口螺纹连接顶盖后闭合、进水端口通过外接管路与海水泵的出水端连接、出水端口与连接管螺纹连接，连接管的外侧端与板式换热器上的海水进口间通过外接管路连接，在连接管内部设有隔板，在隔板上设有数个贯通隔板两侧的出水孔，开闭孔组件设在可变腔容凸轮式脉动发生器内部。进一步地，开闭孔组件包括转轴、凸轮、顶板、套筒、弹簧、活动杆和闭合板，转轴同轴穿套在一个顶盖内部，转轴的外侧端与转动电机的电机轴连接、内侧端上固定连接有凸轮，活动杆同轴套接在隔板上，活动杆与转轴垂直设置，闭合板固定在活动杆的外侧端、顶板固定在活动杆的内侧端，在活动杆的内侧段外部套接一个套筒，套筒的一端固定在隔板内侧面上，弹簧环套在套筒外部，弹簧的一端与套筒远离顶板的一侧端部固定连接、另一端与顶板侧面固定连接。进一步地，在转轴与顶盖内侧的配合面间设有密封环。进一步地，弹簧的内径大小与套筒的外径大小相适应。进一步地，在四通管的进水端口与外接管路的配合面间以及连接管与外接管路的配合面间均设有密封圈。进一步地，可变腔容凸轮式脉动发生器底部滑动连接在滑动轨道上，可变腔容凸轮式脉动发生器与驱动电机的电机轴连接，由驱动电机驱动后可沿滑动轨道滑动进而改变变腔容凸轮式脉动发生器与板式换热器之间的脉动水流导入距离。进一步地，在海水通入管路的进口端、海水流出管路上、淡水通入管路的进口端和淡水流出管路上分别设有温度传感器，该冷却水节能系统中所有电性元件均分别与总控制器电性连接。进一步地，淡水通入管路和淡水流出管路间设有三通阀，三通阀可由温度控制器控制阀门开度。本专利技术的有益效果为：1.本申请公开的船舶中央冷却水节能系统在海水泵和板式换热器间增设了脉动发生器装置，在旋转电机的作用下，该装置可以产生指定频率的脉动，而强化脉动可以使管内海水的湍流度增加，周期性的压力变化又可以使管内海水产生强制对流，并通过促进旋涡的形成增加有效传热，进而将对流引入边界层，与此同时会产生空化效应，因而采用本装置不仅能提高板式换热器的换热率，还能起到抑垢、除垢的作用；2.本申请采用变频海水泵，利用变频技术对海水泵实施变速控制以达到无极调速，可实时检测温度信号使整个系统在动态工况下更加稳定；3.本申请通过设置多个温度传感器进而可对经过换热降温处理的淡水温度进行实时监测，并在与设定值比较后可通过总控制器控制海水泵的转速来调整海水供应量，通过不断检测和反复调整，使得海水泵的转速得到合理控制，最终达到节约能耗的效果；4.本申请通过在淡水通路上设置受温度控制器调控的三通阀，配合其他组件的使用可使低温淡水更为可控的维持在设定的温度范围内，系统调整的稳定性和灵活性进一步提升；5.可变腔容凸轮式脉动发生器安装在滑动轨道上，可由驱动电机驱动以改变其与板式换热器之间的脉动水流导入距离，从而可对换热效果进行调整。附图说明图1是船舶中央冷却水节能系统的系统连接示意图；图2是可变腔容凸轮式脉动发生器的横向剖切示意图；图3是开闭孔组件的结构示意图；图4是换热效率随脉动频率变化关系图；其中，1-海水泵，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶中央冷却水节能系统，包括海水泵、板式换热器和淡水泵，其特征在于，在海水泵与板式换热器之间还连接有可变腔容凸轮式脉动发生器，在海水泵上连接有变频器和温度控制器；/n可变腔容凸轮式脉动发生器包括四通管、顶盖、连接管和开闭孔组件，四通管的两个侧端口螺纹连接顶盖后闭合、进水端口通过外接管路与海水泵的出水端连接、出水端口与连接管连接，连接管的外侧端与板式换热器上的海水进口间通过外接管路连接，在连接管内部设有隔板，在隔板上设有数个出水孔，开闭孔组件设在可变腔容凸轮式脉动发生器内部。/n

【技术特征摘要】
1.一种船舶中央冷却水节能系统，包括海水泵、板式换热器和淡水泵，其特征在于，在海水泵与板式换热器之间还连接有可变腔容凸轮式脉动发生器，在海水泵上连接有变频器和温度控制器；
可变腔容凸轮式脉动发生器包括四通管、顶盖、连接管和开闭孔组件，四通管的两个侧端口螺纹连接顶盖后闭合、进水端口通过外接管路与海水泵的出水端连接、出水端口与连接管连接，连接管的外侧端与板式换热器上的海水进口间通过外接管路连接，在连接管内部设有隔板，在隔板上设有数个出水孔，开闭孔组件设在可变腔容凸轮式脉动发生器内部。


2.如权利要求1所述的船舶中央冷却水节能系统，其特征在于，开闭孔组件包括转轴、凸轮、顶板、套筒、弹簧、活动杆和闭合板，转轴同轴穿套在一个顶盖内部，转轴的外侧端与转动电机的电机轴连接、内侧端上固定连接有凸轮，活动杆同轴套接在隔板上，活动杆与转轴垂直设置，闭合板固定在活动杆的外侧端、顶板固定在活动杆的内侧端，在活动杆的内侧段外部套接一个套筒，套筒的一端固定在隔板内侧面上，弹簧环套在套筒外部，弹簧的一端与套筒远离顶板的一侧端部固定连接、另一端与顶板侧面固定连接。


3.如权利要求2所述的船舶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，侯宇，林小龙，陈再仁，安东，房鹏翔，干羽，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32