1、毕业论文开题报告轮机工程船舶中央冷却系统节能研究一、选题的背景与意义近年来随着船舶营运成本的升高与人们对船舶排气污染关注程度的逐渐加强减少燃油的消耗能减少排气污染总量，这就要求减少船舶燃油的消耗。首先，本论文介绍了目前船舶上应用广泛的几种中央冷却系统，并对它们进行分析。指出了日前中央冷却系统在换热网络布置和设备选型方面的优缺点。在此基础上，根据中央冷却系统的基本要求、设计的一般原则及过程，进行了换热网络优化其次，以节能为目标，运用数学方法对海水泵的选型配置和换热器的海水出口温度进行了优化，并编制了应明程序第三，中央冷却器的选型及对其压力、阻力降进行校核计算并程序化第四，充分利用海水的冷却能力，
2、即随着主机负荷和外界环境温度的变化实时地改变海水流量，减少海水泵的功耗本文以节能为目标，从设计最优化和控制最优化两方面入手来提高船舶动力装置的效率。设计最优化，充分回收余热，减少燃油消耗控制最优化，充分利用海水的冷却能力，在满足冷却要求的情况下，尽量减少海水的流量。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题1中央冷却系统型式多样，根据高、低温淡水回路联接的方式可分为两种基本型式由柴油机缸套水冷却器联接的中央冷却系统和由三通温控阀联接的中央冷却系统。2现行中央冷却系统存在的缺点是设计方面1系统管网布置不尽合理，对能量的回收问题考虑不够2出于安全考虑，各部件所选容量过大，造成运行能耗及初投资增加3一般设
3、置2X100海水泵，没有考虑运行节能问题4冷却水参数选择不尽合理，如流速、温度等。运行方面1系统不能根据工况变化及时、有效地调整冷却水流量2系统对温度的控制不够及时、准确。3对存在的问题进行改进，具体包括设计方面1利用换热网络优化方法对中央冷却系统进行优化，尽量回收能量2对中央冷却器海水出口温度进行优化3对换热器和海水泵的配置、选型进行优化4选择最佳流速。控制方面根据航行工况选择合适的海水泵运行模式，充分利用海水的冷却能力，降低海水泵的功耗。本论文的意义在于改变海水泵的性能充分利用柴油机冷却水废热用数学方法对海水泵的配置优化对海水出口温度进行优化。三、计划进度201011192010125确定
4、论文题目，师生互选，下达毕业论文任务书。201012620101224查阅资料、外文翻译、撰写文献综述、开题报告。201012252011220收集资料，撰写论文，完成论文初稿。2011221320开始实习，论文二稿。20113212011410论文三稿。确定并上传终稿；上交毕业实习相关材料等。20114112011430准备论文答辩，完成论文答辩。四、主要参考文献1李文蛟船舶中央冷却系统主海水泵变频自动调速节能的模拟试验研究及数值计算方法的建立大连海事大学硕士论文，19942詹宗勉，李文蛟，潘延龄对船舶中央冷却系统进行流阻及传热分析暨有效的节能措施全国高校工程热物理第五届学术会议论文集，19
5、947037063詹宗勉，刘春清等异步电机变频调压调速技术的运用1991年亚太地区海运学术讨论会论文集1601674潘新祥，吴恒，潘延龄不同工况下船舶中央冷却系统运行方案的选择J大连海运学院学报，1990，1643933995彭斌船舶节能技术综述武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064,2005年第27卷增刊6鲍文斌中央冷却系统的计算及在船舶中应用工程硕士学位论文,哈尔滨工程大学2001年11月7孙培廷，船舶柴油机变流量冷却系统的研究，中国航海，19978李文娇等，船舶中央冷却系统主海水泵变频自动调速系统的模拟实验及其节能研究，大连海事大学学报，1996,22卷第一期9孙培廷等，船舶中央冷
6、却系统的设计，大连海事大学学报，1998,24卷第三期10孙培廷等，未来船舶中央冷却系统中流量分布的分析，大连海事大学学报，1999,25卷第三期11钱育浩，节能型中央冷却系统的设计及应用，广船科技1993212吕安勤，中央冷却系统节能控制，学位论文，199913黄秀琴，板式换热器波纹通道内流动与传热的数学模型及其求解，彭城职业大学学报，1999,14卷第四期14文继卿等，板式换热器的应用与选型计算，甘肃科学学报，1998,10卷第三期15许淑惠等，板式换热器进出口段流道内的压力分布、流阻及流型显示的实验研究，节能，1996年第八期16NGUYENVM,RIFFATSB,DOHERTYPSDE
7、VELOPMENTOFASOLARPOWEREDPASSIVEEJECTORCOOLINGSYSTEMAPPLTHERMENG2001211576817SRISASTRAP,APHORNRATANAS,SRIVEERAKULTDEVELOPMENTOFACIRCULATINGSYSTEMFORAJETREFRIGERATIONCYCLEINTJREFRIG200831921918HUANGBJ,LEECPLONGTERMPERFORMANCEOFSOLARASSISTEDHEATPUMPWATERHEATERJRENEWENERGY200329633919WANGJINHUA,WUJH,HUS
8、S,HUANGBJPERFORMANCEOFEJECTORCOOLINGSYSTEMWITHTHERMALPUMPINGEFFECTUSINGR141BANDR365MFCAPPLTHERMENG200929190412毕业论文文献综述轮机工程船舶中央冷却系统节能研究一、研究背景及意义虽然运输业的形式很多，船舶运输还是在其中占有很大的比重。随着海运业的不断发展，各式各样的特种船舶广泛的应用。因此，对船舶系统的研究需不断地提高和优化，为船舶动力装置的发展做出努力。船舶的冷却系统是一个比较复杂的系统，合理地选择一种冷却系统对整个船舶航运的经济性，维修性是非常重要的，这与造船成本和船东的使用成本都具
9、有很大的影响。中央冷却系统作为船舶冷却系统的一种冷却形式在现代船舶上的应用越来越广泛，对其的研究及优化是一个重要的课题。在我国的船舶行业中，对中央冷却系统的介绍和研究还不是很多，然而在现行的船舶中，船东特别是大公司的船东越来越倾向于中央冷却系统。中央冷却系统对于船厂来说提高了制造成本，对于船东来说提高了设备的可靠性，降低了维修费用，因此，对中央冷却系统的进一步研究有利于船厂降低成本，提高中央冷却系统的应用深度有很大帮助。在我们以前很多船舶系统的设计中，只是部分采用了中央冷却系统的原理，并没有达到完整。目前船舶上应用广泛的几种中央冷却系统，并对它们进行分析。指出了目前中央冷却系统在换热网络布置和
10、设备选型方面的优缺点。在此基础上，根据中央冷却系统的基本要求、设计的一般原则及过程，进行了换热网络优化其次，以节能为目标，运用数学方法对海水泵的选型配置和换热器的海水出口温度进行了优化，并编制了应明程序第三，中央冷却器的选型及对其压力、阻力降进行校核计算并程序化第四，充分利用海水的冷却能力，即随着主机负荷和外界环境温度的变化实时地改变海水流量，减少海水泵的功耗以节能为目标，从设计最优化和控制最优化两方面入手来提高船舶动力装置的效率。设计最优化，充分回收余热，减少燃油消耗控制最优化，充分利用海水的冷却能力，在满足冷却要求的情况下，尽量减少海水的流量。二、中央冷却系统基本概念自从第一批装有中央冷却
11、系统的船只在六十年代后期下水以来，新造的船只对这种系统的需求每年都在增长。现在己有相当大量的中央冷却船只在行驶着。所有具有采用这种系统的经验船主，当制定他们的新船计划时，都准备采用这种系统。在中央冷却系统中，为满足所有冷却需求机房中进行的是淡水循环而是海水循环，其目的是为避免冷却系统的腐蚀、污染和阻塞。淡水在中央冷却器中冷却，海水在那里作为冷却介质。这样把海水限制在中央冷却器、输入和输出管、海水泵和阀门中使用。三、中央冷却系统的发展冷却系统作为船舶重要的动力系统之一，经过几次更新换代，发展到了现在的中央冷却系统。最初柴油机缸套采用开式海水冷却，即，舷外海水直接进入柴油机的冷却腔，然后排出舷外。
12、这样的系统具有设计简单、所需设备和管路较少、维护管理方便、水源丰富的优点，但也存在诸多缺点。当水质和水温变化较大时，零部件、冷却水腔易结垢和堵塞，从而使受热零部件产生过大的热应力，特别是当海水温度达到5255时，海水中的盐分会大量析出，结垢更加严重。为了解决这些问题，出现了半封闭式的冷却系统，即柴油机冷却腔改用淡水冷却，然后冷却淡水再由海水冷却，其它部分仍由海水冷却，这样就减轻了柴油机冷却腔腐蚀和结垢的问题。这样的中央冷却系统虽然设计简单，但仍存在着管路及其辅助设备腐蚀、结垢的缺点。为了进一步减轻腐蚀、结垢的问题，出现了如今的中央冷却系统。它大大减少了海水管路的长度和由海水冷却的部件，其特点是
13、主柴油机由一个高温冷却水回路冷却，各种冷却器由低温冷却水回路冷却，高、低温冷却水回路山主柴油机缸套水冷却器或三通温控阀联接，低温冷却水再由舷外海水通过中央冷却器冷却。整个系统由高温淡水回路、低温淡水回路和海水回路组成。四、参考文献1李文蛟船舶中央冷却系统主海水泵变频自动调速节能的模拟试验研究及数值计算方法的建立大连海事大学硕士论文，19942詹宗勉，李文蛟，潘延龄对船舶中央冷却系统进行流阻及传热分析暨有效的节能措施全国高校工程热物理第五届学术会议论文集，19947037063詹宗勉，刘春清等异步电机变频调压调速技术的运用1991年亚太地区海运学术讨论会论文集1601674潘新祥，吴恒，潘延龄不
14、同工况下船舶中央冷却系统运行方案的选择J大连海运学院学报，1990，1643933995彭斌船舶节能技术综述武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064,2005年第27卷增刊6鲍文斌中央冷却系统的计算及在船舶中应用工程硕士学位论文,哈尔滨工程大学2001年11月7孙培廷，船舶柴油机变流量冷却系统的研究，中国航海，19978李文娇等，船舶中央冷却系统主海水泵变频自动调速系统的模拟实验及其节能研究，大连海事大学学报，1996,22卷第一期9孙培廷等，船舶中央冷却系统的设计，大连海事大学学报，1998,24卷第三期10孙培廷等，未来船舶中央冷却系统中流量分布的分析，大连海事大学学报，1999,25
15、卷第三期11钱育浩，节能型中央冷却系统的设计及应用，广船科技1993212吕安勤，中央冷却系统节能控制，学位论文，199913黄秀琴，板式换热器波纹通道内流动与传热的数学模型及其求解，彭城职业大学学报，1999,14卷第四期14文继卿等，板式换热器的应用与选型计算，甘肃科学学报，1998,10卷第三期15许淑惠等，板式换热器进出口段流道内的压力分布、流阻及流型显示的实验研究，节能，1996年第八期16NGUYENVM,RIFFATSB,DOHERTYPSDEVELOPMENTOFASOLARPOWEREDPASSIVEEJECTORCOOLINGSYSTEMAPPLTHERMENG200121
16、1576817SRISASTRAP,APHORNRATANAS,SRIVEERAKULTDEVELOPMENTOFACIRCULATINGSYSTEMFORAJETREFRIGERATIONCYCLEINTJREFRIG200831921918HUANGBJ,LEECPLONGTERMPERFORMANCEOFSOLARASSISTEDHEATPUMPWATERHEATERJRENEWENERGY200329633919WANGJINHUA,WUJH,HUSS,HUANGBJPERFORMANCEOFEJECTORCOOLINGSYSTEMWITHTHERMALPUMPINGEFFECTUSI
17、NGR141BANDR365MFCAPPLTHERMENG200929190412本科毕业论文（20届）船舶中央冷却系统节能研究目录0引言11中央冷却系统节能的基本概念211中央冷却系统基本概念2111中央冷却系统的组成2112几种冷却系统比较212中央冷却系统运行能耗的组成与分析213中央冷却系统节能的途径分析3131低温淡水泵3132海水泵3133结论32基于中央冷却系统节能的设备选配分析521中央冷却系统基本要求522中央冷却器选择5221选择种类5222板式换热器的选择623海水泵的选择7231主海水泵的排量计算7232海水压头计算8233泵的级数和台数9234确定泵的类型和型号923
18、5确定泵的驱动方式93基于中央冷却系统节能的运行参数的分析确定1031从节能角度考虑泵的配置10311基于经济工况的海水泵配置优化10312压载泵用于海水泵1032从节能角度考虑泵内流速及出口温度10321确定中央冷却系统热负荷10322选择淡水回路最佳管内流速11323海水泵最佳出口温度1233从节能角度考虑海水回路及海水泵12331海水回路的节能123311海水回路的节能方法123312海水回路节能效果12332主海水泵变频节能133321主海水泵变频节能概念133322主海水泵变频自动调速节能总论134总结与展望14参考文献15摘要船舶中央冷却系统虽然具有一定的优越性，但是在考虑到船舶运
19、行的经济性方面还有很大的节能空间。本文以节能为目标，在简要对比了几种冷却系统，分析了中央冷却系统的海水泵还有很大的节能空间后。对海水泵的出口温度、海水的回路以及海水泵变频三方面进行了优化，以达到中央冷却系统节能目的。最后基于节能的目的提出采用无级调速将是海水回路运行节能的发展方向。关键词中央冷却系统；变频；泵；节能ABSTRACTSHIPPINGCENTRALCOOLINGSYSTEMALTHOUGHHASCERTAINADVANTAGES,BUTINCONSIDERINGSHIPPINGOPERATIONOFTHEECONOMYANDGREATENERGYSAVINGSPACEBASEDON
20、THEENERGYSAVINGASTHEGOAL,AFTERBRIEFLYCOMPAREDWITHSEVERALCOOLINGSYSTEM,ANDANALYZESTHECENTRALCOOLINGSYSTEMONTHESEAWATERPUMPWITHALOTOFENERGYSAVINGSPACETHEEXPORTOFSEAWATERPUMPWATERLOOPANDTEMPERATURE,SEAWATERPUMPFREQUENCYOPTIMIZEDTHREEASPECTS,INORDERTOACHIEVETHECENTRALCOOLINGSYSTEMENERGYSAVINGPURPOSEFINA
21、LLY,BASEDONTHEPURPOSEOFSAVINGENERGYPUTSFORWARDADOPTSSTEPLESSSPEEDREGULATIONWILLBERUNNINGWATERLOOPTHEDEVELOPMENTDIRECTIONOFENERGYCONSERVATIONKEYWORDSCENTRALCOOLINGSYSTEMFREQUENCYCONVERSIONPUMPSAVING00引言冷却系统作为船舶重要的动力系统之一，经过几次更新换代，发展到了现在的中央冷却系统。最初柴油机缸套采用开式海水冷却，即海水直接进入柴油机的冷却腔，然后排出舷外。这样的系统具有设计简单、所需设备和管路较
22、少、维护管理方便、水源丰富的优点，但也存在诸多缺点。当水质和水温变化较大时，零部件、冷却水腔易结垢和堵塞，从而使受热零部件产生过大的热应力，特别是当海水温度达到5255时，海水中的盐分会大量析出，结垢更加严重。为了解决这些问题，出现了半封闭式的冷却系统，即柴油机冷却腔改用淡水冷却，然后冷却淡水再由海水冷却，其它部分仍由海水冷却，这样就减轻了柴油机冷却腔腐蚀和结垢的问题。这样的中央冷却系统虽然设计简单，但仍存在着管路及其辅助设备腐蚀、结垢的缺点。为了进一步减轻腐蚀、结垢的问题，出现了如今的中央冷却系统。它大大减少了海水管路的长度和由海水冷却的部件，其特点是主柴油机由一个高温冷却水回路冷却，各种冷
23、却器由低温冷却水回路冷却，高、低温冷却水回路由主柴油机缸套水冷却器或三通温控阀联接，低温冷却水再由舷外海水通过中央冷却器冷却。整个系统由高温淡水回路、低温淡水回路和海水回路组成。但是现在的中央冷却系统存在很多问题，如在设计方面，冷却水参数选择不尽合理（流速和温度等）；在运行方面，系统不能根据工况变化及时、有效地调整冷却水量，另外，系统系统对温度的控制也不够及时、准确。为此，本文在海水泵的优化方面提出几点可行性措施，如选择最佳流速；对海水泵出口温度进行优化；采用变频调速对海水泵进行节能等。本文的意义在于利用海水泵的节能空间大，对中央冷却系统进行节能优化。11中央冷却系统节能的基本概念11中央冷却
24、系统基本概念111中央冷却系统的组成船舶冷却系统主要是冷却船舶主机、副机系统做功后产生过多热量。到目前为止有很多种类型。船舶冷却水系统常见的有开式海水冷却系统、闭式淡水冷却系统、中央冷却系统。现在的船舶基本上都是中央冷却系统。在该系统中，柴油机缸套、缸盖等冷却腔中循环的是淡水而不是海水，这样是为了避免冷却系统的腐蚀、污染和堵塞。淡水在中央冷却器中冷却，海水在那里作为冷却介质。这样把海水限制在中央冷却器、输入和输出管、海水泵和阀门等易于更换和维修的空间里使用。112几种冷却系统比较A开式海水冷却系统这种系统所需设备和管路少、维护管理方便、水源丰富，是船上应用最早的冷却方式。但是由于开式冷却系统的
25、冷却介质为舷外水，水质和水温变化较大，容易使零部件冷却水腔积垢和堵塞，使受热零部件产生过大的热应力。特别是海水，当水温达到5055时，海水中的盐分会大置祈出，积垢则更为严重，因此水温不可超过45。例如，柴油机用舷外水冷却时，不仅会使燃烧室的组成零件内外温差过大，散热过多，降低柴油机的热效率，而且还可能引起零件产生裂纹、腐蚀和漏水等严重事故。所以，开式冷却系统主要用于某些小型船舶柴油机的冷却。B闭式淡水冷却系统这种系统是用淡水冷却高温部件，然后用海水冷却淡水使之温度降低后再次使用。这是一种间接冷却方式。闭式冷却系统的冷却介质是淡水，水质好，含盐少，可以适当提高水温，通常可以将进水温度提高到607
26、5，出口温度达到7085，最高不超过90，这将有利于降低燃烧室零件的热应力和提高效率。淡水对被冷却的零部件腐蚀性小，加上对淡水的处理，将减弱淡水的腐蚀能力，保护被冷却的部件。由于闭式冷却系统包括高、低温淡水系统和海水系统，使整个冷却系统变得复杂，给管理工作带来麻烦，工作量增加。C中央冷却系统这种系统海水、淡水管路分开，淡水管路腐蚀少且清洁，管理成本低，系统工作可靠性强；高温、低温两路淡水分别冷却不同船舶设备，使系统适应性强，提高设备工作性能。因此这种系统在船上用的比较广泛。12中央冷却系统运行能耗的组成与分析一般船舶的中央冷却系统年成本大致情况为投资费用占2025,泵能耗费用占6570，维修费
27、用占10，如图1所示。可见，泵能耗费用所占比重很大，因此进行系统优化应对其重点考虑。泵能耗费用有高温淡水泵、低温淡水泵和海水泵三者能耗费用组成，它们的费用比例依次为2025，3045，3545。低温淡水回路的运行费用的减少可通过选择管内最佳流速来实现，海水回路运行费用的减少主要依靠优化海水泵来实现。但相对而言，前者节能空间较小。运行费用的多少与节能有着密切的联系，因此，要对中央冷却系统节能就从海水泵的节能考虑。2图1中央冷却系统能耗百分比图13中央冷却系统节能的途径分析131低温淡水泵对于低温淡水回路，由于无盐分的腐蚀与堵塞，可以适当减小流速，同时由于淡水管路用的是碳钢管材，初投资不会因管径增
28、大而明显增加，所以尽量降低流速虽然会使成本略有增加，但可大幅度降低低温淡水泵的能耗。如图2示出了最佳流速的选择。另外，主机冷却水废热除制淡、制冷外较少利用，可以对其能量回收，这样不但提高了动力装置的经济性，而且也减少了所需要的海水量，为海水泵变工况运行提供了可能。132海水泵对于海水回路，海水泵排量是按照船舶在设计工况（柴油机在额定功率下运行、海水温度为32、机舱温度为45）下运行时所需海水量来设计的。实际上，船舶一般在CSR工况下航行（主机负荷为额定功率的87）；海水温度一般低于32，如图3所示，这时海水具有更大的冷却能力；机舱环境温度一般也低于45。因此，实际所需海水量大大低于设计值，如图
29、4，这为海水泵降工况运行提供了可能。133结论因此，通过以上的分析可以判断海水泵的节能空间比较大。中央冷却系统节能途径可从海水泵的节能方向考虑。图2低温回路管内最佳流速选择维修费初投资泵能耗费用3051015202530350151520202525303032图3船舶年航行区域图4所需海水流量随温度变化曲线42基于中央冷却系统节能的设备选配分析在船舶动力装置设计中，需要对各主要机械设备容量进行估算，以便合理、经济地选配。如果设备容量选配不合适，则会导致以下问题A设备投资增加，致使船舶造价昂贵；B设备体积重量增大，造成机舱布置困难和船舶载重量相应减少；C机械设备由于经常处于低于设计点的工况下运
30、行，效率不高；D由于驱动机械设备的电动机容量增加，从而使发动机的体积重量大大增加，电站投资增大；E相反，如果设备容量选配过小，则又会由于不能满足工作要求而影响动力装置的正常安全运行。因此，正确地进行机械设备容量的估算是船舶动力装置设计的一项重要内容，是衡量船舶动力装置设计质量的一个方面，应当予以充分的重视。21中央冷却系统基本要求一个良好的中央冷却系统其设计应能满足下列基本要求首先，船舶主柴油机、辅助柴油机及各种被冷却设备放出的热量必须能顺利地传递给舷外海水。在中央冷却系统中，通常是由一个高温冷却回路对主柴油机进行冷却，其余设备由一个低温冷却回路来冷却；增压空气的冷却要满足两方面的要求即在高负
31、荷工况下对增压空气进行充分的冷却，保证气缸进气量，以改善柴油机的动力性和经济性；在部分负荷工况下，要适当提高进入柴油机的空气温度，以改善部分负荷下缸内的燃烧和柴油机的热状态。这就是说，中央冷却系统的设计首先要能满足它的基本功能一冷却。其次，应根据柴油机负荷大小，对冷却气缸套和气缸盖的高温冷却回路中的冷却水流量和温度进行有效地控制，防止在低负荷下过度冷却，以限制燃烧室部件的热负荷和防止气缸套的低温腐蚀，并保持柴油机冷却水出口温度不变。在现代船舶柴油机中该温度一般为85，有的甚至达90。然后，系统设计应简单、可靠，尽量减少管路及阀件，简化控制系统，以达到减少故障，提高安全可靠性的目的。冷却系统的控
32、制应保证在全负荷工作范围内可靠的工作，减小冷却系统中的温度波动。这对中央冷却系统的安全可靠性提出了较高的要求。22中央冷却器选择221选择种类换热器主要有管式换热器与板式换热器两种类型，但两者相比，板式换热器具有下面诸多优点A传热效率高板片波纹的设计以高传热系数为目标，板片波纹所形成的特殊流道使流体在极低的流速下即可发生强烈的扰动流湍流，因而传热效率很高，而且扰动流又有自净效应可以防止污垢生成。一般来说，板式换热器的传热系数K值在30006000W/M2K范围内。这就表明，板式换热器只需要管式换热器面积的1/21/4即可达到同样的换热效果。B使用安全可靠5在板片之间的密封装置上设计了两道密封，
33、同时又设有信号孔，一旦发生泄漏，可将漏泄的流体排出换热器外部，这样既防止了两种介质相混，又起到了安全报警的作用。C适应性强由于换热板容易拆卸，通过调节传热板的数目或者变更流程就可以得到最合适的容量和传热效果。这样就为用户提供了随时可变更和改变传热系数K值以及灵活设计的可能。D有利于低温热源的利用由于两种介质几乎是全逆流流动，因此有较好的传热效果，板式换热器两种介质的最小温差可以达到1。用它来回收低温余热是最理想的。E占地小，易维护板式换热器的结构极为紧凑，在传热量相等的条件下，所占空间仅为管壳式换热器的1/31/2。并且不像管壳式那样需要预留出很大的空间用来拉出管束检修。而板式换热器只需松开夹
34、紧螺杆，即可在原空间范围内100地接触换热板的表面，且装卸方便。F阻力损失小在相同的传热系数的条件下，通过合理地选择流速，板式换热器的阻力损失可控制在管式换热器的1/3以内。G热损失小因结构紧凑和体积小，换热器的外表面积也很小，因而热损失也很小，通常设备不再需要保温。H冷却水量小板式换热器由于其流道的几何形状及海、淡水都有很高的热效率，故冷却水用量可大为降低，这样就降低了管道、阀门及泵的投资安装费用。根据板式换热器的优点及船舶的设计情况可知中央冷却器适于采用板式换热器。222板式换热器的选择为某一工艺过程设计一台换热器时，应分析其设计压力、允许压降、设计温度、介质特性、经济性等因素，其具体设计
35、的原则有如下几个方面A选择板片的波纹型式板片的波纹型式主要有人字型波纹和平直波纹两种。人字型波纹板片的承压能力可高于10MPA，平直波纹板片的承压能力一般在10MPA左右人字型波纹板片的传热系数和流体阻力都高于平直波纹板片。选择板片的波纹型式，主要考虑板式换热器的工作压力、流体的压力降和传热系数。如果工作压力在16MPA以上，则要采用人字型波纹板片如果工作压力不高又特别要求阻力降低，则选用平直波纹板片较好一些如果由于安装位置所限，需要高的换热效率以减少换热器占地面积，而阻力降可以不受限制，则选用人字型波纹板片。B单板面积的选择单板面积过小，则板式换热器的板片数多，也就使得占地面积增大，流程数增
36、多造成阻力降增大反之，虽然占地面积和阻力降减少了，但难以保证板间通道必要的流速。单板面积可按流体流过角孔的速度为6M/S左右考虑。按角孔中流体速度为6M/S时，则各种单板面积组成的板式换热器处理量见表1所示。C流速的选择流体在板间的流速，影响换热性能和流体的压力降，流速高固然换热系数高，但流体的阻力6降也增大，从而增加泵能耗；反之则情况相反。一般板间平均流速为0208M/S主流线的速度要比平均值高45倍。流速低于02M/S时流体就达不到湍流状态且会形成较大死角区，流速过高则会导致阻力降剧增。具体设计时，可以先确定一个流速，计算其压力、阻力降是否在给定的范围内；也可按给定的压力降来求出流速的初选
37、值。D流程的选取对于一般具有对称型流道的板式换热器，两流体的体积流量大致相当时，应尽可能按等流程布置；若两侧流量相差悬殊时，则流量小的一侧可以按多流程布置。另外，当某一介质温升或温降的幅度较大时，也可以采取多流程布置。相变板式换热器的相变一侧一般均为单程。多流程换热器，除非特殊需要，一般对同一流体在各流程中应采用相同的流程数。在给定的总允许压降下，多流程布置使每一程对应的允许压降变小，迫使流速降低，对换热不利。此外，不等程的多流程布置是平均温差减少的重要原因之一，应尽可能避免。近年出现的非对称型通道的板式换热器，在两流体流量的匹配上对常规的对称型板式换热器提供了补充，使设计者有了更多的选择余地
38、。国外一些厂商从70年代开始采用了所谓“热混合”的板片组合方式。它彻底解决了板式换热器工程设计中的换热量一流量一允许压降三者之间不匹配的问题，同时还节省换热面积。表1单台最大处理量参考值单板面积（M2）01020305081020角孔直径（MM）4050659080100125150175200200250250400单台最大流通能力（M3/H）2742714137108170264381520678673106012002500一般来说，在相变换热时顺流布置与逆流布置平均传热温差的区别比单相换热时小，但由于这时压降大小与流向有密切关系，所以相对流向的选择将主要考虑压降因素，其次才是对数平均传
39、热温差。要特别强调的是，有相变的流体除不宜采用多程外，还要求流体要从板片的上部进下部出，以便排出冷凝液体。E并联流道数的选取一程中并联流道数目的多少视给定流量及选取的流速而定，流速的高低受制于允许压降，在可能的最大流速以内，并联流道数目取决于流量的大小。23海水泵的选择中央冷却系统的海水回路要求压降较小，流量较大而且不允许短时间内有较大的波动，以防造成中央冷却器壁面短时间内高温，从而造成海水严重结垢，堵塞通道。因此，船舶上的主海水泵一般选用压头均匀、流量较大、特性曲线平缓的离心泵。231主海水泵的排量计算海水泵的排量主要依据中央冷却器的热负荷来进行估算。中央冷却器热负荷可以认为是缸套水冷却器，
40、滑油冷却器，空冷器，大气冷凝器，空调及压缩机等热负荷之和。泵排量基本计算公式为7VCP103（41）式中VCP主海水泵排量，M3/HQ中央冷却器由海水带走的热量，KWC海水比热，KJ/KGKT海水在中央冷却器中温的升，K海水的密度，KG/M3K裕度系数上式中的各参数都是指设计工况海水温度为32，压气机进口温度为45,机舱环境温度为45，主机和各辅助设备都在额定功率下运行下的参数。A散热量Q主机和发电柴油机的散热量一般都由工程手册给出，这些散热量是柴油机制造厂在柴油机出厂前进行试验得出的，其目的在于测得柴油机各部件的散热损失和热量分配，以确定柴油机的热效率。所以根据各柴油机热平衡试验资料可以较精
41、确地知道柴油机各部件的散热量。如果当某些柴油机没有热平衡资料时，则散热量可参照同类型柴油机的热平衡数据。另外可以简单估算，现在主机、发电柴油机的热效率都在50（所燃烧燃油热量）左右，如果没有废热利用环节其余50热量的大部分以废热形式由中央冷却器带走。B温差T中央冷却器海水进口设计温度为32，出口温度不超过52温度超过52,就有可能大量析盐。因此，海水设计温差要小于20。设计温差的大小对经济性有很大影响。选择温差过小，就会因海水泵排量过大而增加投资费和电能消耗；选择温差过大，可能导致海水温度过高，析盐严重，堵塞中央冷却器。因此，必须选择合适的T。C裕度系数根据中央冷却系统海水泵的选型原则，其选型
42、参数额定流量与压头应留有57的裕量。查海水物性手册可得海水的密度和比热，根据公式41就可以计算出海水泵在设计工况下的排量。232海水压头计算海水泵的压头取决于海水回路的管路阻力。管路阻力包括沿程阻力和局部阻力，沿程阻力是在管道水力直径基本不变的流程中，由流体的粘性造成流体与管壁之间的摩擦所产生的阻力，这个阻力在整个流程都存在。局部阻力是指流程中，在管道直径突然变化或设有局部装置处，由于流体的粘性和逆压梯度双重作用，造成涡旋而产生的阻力，这个阻力只在流程的局部地区存在。沿程阻力的计算公式为8HF42式中D管子内径，M；一水力阻力系数，）；G重力加速度，M/S2L管路的计算长度，MV平均流动速度，
43、M/S局部阻力计算公式为HM43式中，局部阻力系数HM局部阻力损失，M央冷却系统的海水回路管路较短，沿程阻力在整个阻力之中所占比例较小，一般忽略不计。局部阻力包括管路的弯头，阀件，滤器及中央冷却器的阳力等。可以计算得到设计流量下的海水泵的压头HO，对于计算得到的压头没有考虑海水泵泵吸系数。因此，海水泵实际所需要的压头为HHO/（44）其中HO海水泵计算压头，MH海水泵的设计压头，M泵吸效率233泵的级数和台数对于中央冷却系统海水泵来说，离心泵的一级压头就能满足要求，因此可以选择单级海水泵。对于无限航区的船舶，一般其航行区域纬度跨度较大，海水的温度变化较大，因而，中央冷却系统所需的海水流量也会变
44、化较大。所以，这就要求海水回路能满足变流量的要求。然而，单台定速泵不能满足此要求，这就要求设置多台海水泵。海水泵台数的配置要根据船舶实际情况进行综合考虑，诸如航区，船舶种类以及船东的要求等等。泵的台数与初投资、运行费用都有直接的关系。从投资和运行管理费用方面来看，在满足工作要求的情况下，泵的台数越少，初投资越少，运行费用越多；台数越多，初投资越多，运行费用越少。234确定泵的类型和型号船舶上应用的离心泵，一般是按船用技术要求专门设计和生产的。目前国内外均有很多种船用离心泵的系列产品可供选用。在没有合适的产品可供选用的情况下，往往借陆上通用产品经必要修改后代用。海水泵一般选用流量较大的船用立式泵
45、。235确定泵的驱动方式船上一般优先考虑采用交流电动机驱动。海水泵采用交流电动机驱动。93基于中央冷却系统节能的运行参数的分析确定31从节能角度考虑泵的配置海水泵的选型是否合理，不但直接影响船舶的初投资，还影响到以后的运行效率问题。事实上，现在部分船舶上中央冷却系统的海水泵选型不尽合理，运行效率偏低。海水泵的压头、流量应当随海水系统状况和航区而改变，这就增加了海水泵选型的难度，但这也给海水系统节能提供了契机。船舶实际所需的海水量一般要小于海水泵的设计排水量。传统上，海水泵按2100的方式配置。船舶实际所需的海水量小于设计流量时，泵就要偏离设计工况运行，这样海水泵就有可能不在高效区工作，造成运行
46、费用的增加。通常情况下，环境温度低于45，海水温度也低于32，船舶是在低于设计工况下运行的，海水的需要量也要比设计工况下小了许多。因此，从配置方面对海水泵优化节能是很必要的。311基于经济工况的海水泵配置优化不同的船舶有不同的航行区域，但是对于一艘船舶来说，一般航行在某一固定海域，即海水的温度比较稳定、环境温度及主机负荷比较稳定。在此状况下，船舶产生的废热以及海水的需要量也是比较稳定的。这样就可以利用“海水流量优化计算程序”计算出海水流量，根据此流量设置海水泵的配置。这个配置在大部分时间能满足海水需要量的要求，这样就几乎没有多余的海水流过中央冷却器，达到了节能的目的。因此，它也是一个比较优化的
47、配置。312压载泵用于海水泵人们对由船舶压载水引起的海洋污染越来越重视，现在一般采用海上更换压载水来减轻这种污染。在更换压载水的时候可以考虑使部分压载水通过中央冷却器，这样就可以减少海水泵的运行，达到节能的目的。但是，这样会增加压载水泵的压头，导致压载水泵的功耗及初投资的升高。32从节能角度考虑泵内流速及出口温度321确定中央冷却系统热负荷中央冷却系统服务于主机、辅机及其它辅助设备。在船舶的设计建造过程中，首先是确定船舶的主要设备，冷却系统必须根据这些主要动力设备的冷却要求进行设计安装。船舶正常航行时，一般有下列设备运行主机、两台发电辅机、一台空气压缩机、一台大气冷凝器。在热带地区或夏季还有空
48、调机等。服务于主机的热交换器有主机缸套水冷却器、主机滑油冷却器、主机活塞水冷却器油冷除外、主机空气冷却器。服务于辅机的热交换器有辅机缸套水冷却器、辅机滑油冷却器、辅机空气冷却器。所以，设计工况的总热交换量等于主机在标定工况下运行时，上述各换热器所承担的换热量总和。可根据各个动力设备的额定功率算出部分热负荷，从而确定各换热器的型号及所需的淡水流量，也可得到总的换热量。所以设计工况的总热交换量等于上述各换热器所要求换热量的总和。总的淡水量也等于上述各换热器所需流量的总和。（1）主机、辅机负荷热负荷的大小可以根据所选用的机器型号，从制造商那里或从热平衡图得到环境修正的数值。10同时，每种机型也会给出
49、相应冷却水量的建议值。根据这个值可以确定中央冷却器的选型。（2）辅助设备的热负荷每个船舶上需由中央冷却系统负担热负荷的辅助动力设备不尽相同，对于全中央冷却系统，所有动力设备的冷却均由中央冷却系统承担，如空调、集控室空调、空压机、大气冷凝器等。它们当中的大部分的热负荷均可从制造商那里获得比较准确的数值。个别设备由于负荷较少，即使误差较大，对系统的影响也很小。相比之下，大气冷凝器热负荷的估算误差较大，应根据船舶的具体情况合理确定。下面就给出一艘船舶的具体数据。A主机负荷本船主机为MANB而主机在MCR时的实际负荷为3920KW，即比选用值少140KW左右，因此实11际上需增加160KW，取整数后采用5600KW。322选择淡水回路最佳管内流速如前所述，泵能耗费用在中央冷却系统总费用中所占比例较大。因此，首先应考虑减少泵能耗费用以实现系统优化。泵能耗费用由高温淡水泵、低温淡水泵和海水泵三者能耗费用组成，它们的费用比例依次为2025,3045,3545。其中，高温淡水泵的能耗费用减少极为有限，低温淡水泵的能耗费用的减少可通过选择管内最佳流速来实现。当管内流速由3M/S相应的管路压降P98KPA下降为最佳流速13M/S相应的P196KPA，则低温淡水回路泵能耗费用为年成本的684左右。这一措施
