船舶制冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制

摘 要：制冷技術(shù)在船舶行業(yè)的應(yīng)用極大的提高了食品運輸?shù)谋憷耘c工作人員的工作環(huán)境，便于溫度的調(diào)節(jié)。在船舶開發(fā)運營中，制冷技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，可以為海洋經(jīng)濟(jì)帶來巨大的效益。從以往的人工控制到現(xiàn)在的智能化狀態(tài)，從局部管控再到自動修改技術(shù)以及全自動化，制冷技術(shù)在船舶中的應(yīng)用越來越成熟。

關(guān)鍵詞：船舶；制冷系統(tǒng)；優(yōu)化控制

一、制冷系統(tǒng)控制原理以及構(gòu)成

（一）制冷控制系統(tǒng)原理。制冷系統(tǒng)在現(xiàn)代船舶中有著重要的作用，對于船舶的運營效益與工作人員的工作環(huán)境以及旅客的愉快出行有著重要的意義，可以說制冷系統(tǒng)控制是船舶上必不可少的設(shè)備。對于船舶上的制冷系統(tǒng)來說，它的發(fā)展經(jīng)歷了早期的局部控制，也就是最原始的利用蒸發(fā)器和相應(yīng)的回路設(shè)置來控制溫度，實現(xiàn)被控制對象的溫度調(diào)節(jié)，屬于雙位半自動狀態(tài)。經(jīng)由技術(shù)的發(fā)展，變成了壓縮機能量變化的調(diào)節(jié)，伴隨著熱負(fù)荷的大小，利用壓縮機排氣口的壓力來改變運行氣缸的能量，從而進(jìn)一步來控制溫度。船舶制冷裝置一般由蒸發(fā)器、膨脹閥、電磁閥、過濾器、過熱（過冷）器、冷凝器等組成（圖1所示）。為了優(yōu)化制冷系統(tǒng)，冷庫溫度的控制應(yīng)當(dāng)采用二位制開關(guān)控制，二位制的開關(guān)控制便于操作，而且可靠簡單，能夠在實際的工作中發(fā)揮最大的效能。設(shè)定值由實際測得的冷庫溫度值和給定值來進(jìn)行比較，進(jìn)而直接改變相應(yīng)回路中的閥門開度。同時也可以根據(jù)出口的壓力，由可編程程序來調(diào)節(jié)冷凝器的冷卻水量大小。重點要做好能量的控制，根據(jù)壓縮機的功率大小合理控制轉(zhuǎn)速，壓力較低的時候表明冷庫的回流量逐漸減小，冷庫的溫度逐漸達(dá)到實際工作要求的溫度，這時就沒有必要開啟高壓的壓縮機進(jìn)行運轉(zhuǎn)，可以稍微降低轉(zhuǎn)速來減小壓縮機出口的回流量，以加大實際的排量。

圖1制冷控制系統(tǒng)原理圖

（二）熱力循環(huán)系統(tǒng)。船舶制冷系統(tǒng)是由壓縮機，冷凝器，膨脹閥和蒸發(fā)器四種核心機械設(shè)備及管道連接而成的一個循環(huán)封閉系統(tǒng)，通常被稱為制冷機的主機冷凝器是制冷系統(tǒng)中的一種熱交換器，其作用是使制冷劑經(jīng)由熱蒸汽狀態(tài)受冷卻凝結(jié)為液體。熱量熱交換器制冷系統(tǒng)的控制優(yōu)化要在特定的制冷系統(tǒng)上進(jìn)行，通過熱力系統(tǒng)的工程計算來實現(xiàn)優(yōu)化。也就是說在船舶運營的實際過程中，在某一特定的溫度下采取熱力系數(shù)計算，以便控制和了解參數(shù)的變化與運行狀況。制冷系統(tǒng)熱力循環(huán)分為以下幾個過程，先進(jìn)行傳熱溫差的等壓冷卻，再經(jīng)由壓縮機將水流量等壓蒸發(fā)并在吸氣管匯總等壓加熱，最后通過等熵壓縮來調(diào)節(jié)熱力循環(huán)系統(tǒng)的最佳運行。在制冷循環(huán)中，氣態(tài)的制冷劑經(jīng)過壓縮機壓縮成高溫、高壓的氣體，經(jīng)冷凝器凝結(jié)成高壓的液體，通過熱力膨脹閥后由高壓液體變成低壓、低溫氣體，在蒸發(fā)器里吸收熱量后流回壓縮機繼續(xù)循環(huán)。根據(jù)這一運轉(zhuǎn)機制，船舶中大多情況下魚庫的冷藏溫度設(shè)定在零下20℃左右，環(huán)境溫度在28℃左右，對水冷式冷凝器傳熱溫差取5～8℃，通過這一數(shù)值可以確定出冷凝溫度的范圍以及相應(yīng)的壓力值。而且通過觀測制冷劑在蒸發(fā)器中吸熱變成干飽和蒸汽需要的溫度，將會得出循環(huán)系統(tǒng)中某一狀態(tài)下的實際溫度。

二、制冷控制系統(tǒng)的優(yōu)化

（一）溫度控制的實現(xiàn)。通過對制冷控制系統(tǒng)中的溫度進(jìn)行控制，并實現(xiàn)系統(tǒng)溫度控制的智能化，可以確保船舶制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定運營。船舶制冷系統(tǒng)的主要裝置分為溫度控制系統(tǒng)和壓縮機自動控制系統(tǒng)兩部分。溫度控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)時刻影響著壓縮機吸入口的壓力變化。在制冷裝置中，根據(jù)船舶的實際需要來選取相應(yīng)的溫度測量元件，比如目前常用的WT-1226就是使用較為廣泛的一種溫度繼電器，這種類型的溫度繼電器實用性較強，非?？煽壳液唵巍．?dāng)船舶相應(yīng)庫內(nèi)的溫度由飽和狀態(tài)變化時，觸動毛細(xì)管和波紋管使得對應(yīng)的橫桿上下移動來控制觸點，從而接通或者斷開供液電磁閥的電路通斷，以保證冷庫的溫度趨于一個合適的范圍內(nèi)。實際運轉(zhuǎn)中簡單的二位控制能夠發(fā)揮最大的工作性能，將溫度控制在設(shè)定值。此外，壓縮機高低壓保護(hù)開關(guān)在制冷系統(tǒng)中也是非常重要的，在制冷裝置中，壓縮機出口的高壓開關(guān)與入口的開關(guān)是并合在一起的。入口的壓力開關(guān)主要是來控制電動機的啟停和轉(zhuǎn)速，按照入口壓力的不同來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和啟停電動機，以便維持冷庫溫度的恒定。而高壓繼電器則是用來保護(hù)壓縮機在高壓狀態(tài)下依然能夠正常運轉(zhuǎn)，防止壓縮機壓力過高出現(xiàn)事故，起到一個高壓狀態(tài)下保護(hù)制冷設(shè)備的作用。

（二）系統(tǒng)軟件設(shè)計的優(yōu)化。通過系統(tǒng)軟件的優(yōu)化設(shè)計，可以保證高壓與低壓反常態(tài)下制冷系統(tǒng)的正常運行，提高船舶電網(wǎng)的運行質(zhì)量。在船舶制冷系統(tǒng)中，壓縮機根據(jù)最大的制冷量來選用。但是不管采用什么型號或者類型的壓縮機，它的功率都是比較大的，而且大多數(shù)都為多氣壓氣缸壓縮機。當(dāng)壓縮機在負(fù)載狀態(tài)的時候，其相應(yīng)的起動力矩非常大，一般會達(dá)到額定狀態(tài)下的三倍左右，這對于船舶電網(wǎng)的影響是非常之大的，會很容易引起電動機過載出現(xiàn)系統(tǒng)故障。因此，在壓縮機的起動設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)采用壓縮機起動時處于卸載狀態(tài)的能量調(diào)節(jié)方式，也就是在壓縮機起動的時候，將兩個氣缸整合為一檔，逐檔起動，對于起動的間隔時間則由可編程程序控制中的計時器來制定合適的時間值，設(shè)定的時間系數(shù)可以由調(diào)整程序中的時間常數(shù)來得到改變。假如需要采取手動方式，此時就可以通過外部的電磁閥來決定氣缸數(shù)的起動數(shù)量。在壓縮機的出口處設(shè)置好高壓保護(hù)壓力開關(guān)，來保護(hù)高壓與低壓反常態(tài)下的工作狀態(tài)，一旦出口處的壓力過高，壓縮機與電動機無法承受，就會斷開高壓開關(guān)，強制性的停止壓縮機的運轉(zhuǎn)。還要讓壓縮機在起動的過程中輕載起動，這樣不但不會對船舶電網(wǎng)造成沖擊，而且還可以進(jìn)行能量的調(diào)節(jié)，提高了運行的經(jīng)濟(jì)性與安全性。

三、結(jié)語

傳統(tǒng)下的遠(yuǎn)洋船舶運輸多數(shù)采用的是繼電接觸器控制，這種方式下的制冷系統(tǒng)存在機械接觸點較多，接線復(fù)雜，出現(xiàn)故障時維修困難等問題。經(jīng)過優(yōu)化之后的船舶制冷系統(tǒng)設(shè)備性可靠性強，操作簡單而且靈活性較高，極大的簡化了系統(tǒng)的操作與控制，實現(xiàn)了系統(tǒng)溫度控制的智能化，提高了系統(tǒng)的安全性與可靠性。

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