1、毕业设计开题报告 电气工程及其自动化 船舶制冷系统的动态分析和优化设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 随着科技的发展，制冷技术已广泛的应用到工业，农业，交通运输业等方面，已成为我国生产，生活，经济上不可分割的一个科技范畴。造船和船舶运输时国民经济的重要部门，制冷及时得到了普遍应用。如，船舶运输货物，食品冷藏。由于船舶航距离长，周期长，易腐货物必须冷藏才能保质地运输抵达目的港，同时船上船员在续航期间生活上必须得到保障，需要有制冷技术，一保证一定新鲜食品和饮料的供应。又如船上的空气调 节，在夏天气候炎热，需要通过制冷技术产生冷源以保证生活所必需的人工气候条件。在特种船舶上也有
2、广泛的应用。如在渔船上，渔船出海捕鱼，在先阶段，捕鱼业已向远洋发展，渔场广阔，海上作业周期长，为保证鱼的新鲜完好，则必须在船上设置制冷装置，尤其对较大鱼类，如金枪鱼等，都要实现鱼品的冷冻和加工，才能保证较好的经济效益。 海洋是人类的巨大宝库之一，为开发海洋资源，需要进行海洋考察，建造海洋考察船，深水探测器，以及海上采掘建筑等设施，为保证这些船舶作业条件，需实施安装制冷与空气调节装置。近年来，在国际上出现专门运输天然 气的槽船日益增多，由于它在运输过程中有特殊要求，在这些船上安置气体再液化设备，以实现液化气的安全储运。 在海军建设中更是广泛应用，保证舰艇战斗续航力及某些弹药的安全贮存等等都必须设
3、置制冷装置。 制冷技术在近代船舶上的广泛应用，对船舶的营运效益和船员，旅客工作及愉快旅行都具有正要意义，在目前制冷装置已成为船舶上不可缺少的重要设备。 关于制冷技术，他的发展亦经历着几个阶段，早期是局部控制，如在蒸发器回路上利用温度控制与电磁阀等元件，实现被冷却对象的温度控制属双位式自动状态，后来发展压缩机的能量调节，随着热 负荷大小，可以通过打开压缩机的排气的办法以增减压缩机的运行气缸数以实现对压缩机的能量调节，当然也包括压缩机的起停及自动调节冷却水量的控制。现在已发展全自动过程，探索利用可编程序控制器及变频调速技术进行设备元件的更新。近几年来日本采用变蒸发器温度控制及进行参数的自动修改技术
4、，当然1 负荷大时，使系统运行在较低蒸发温度，这样可以提高蒸发器制冷能力，反之当热负荷较小时提高蒸发温度，蒸发器产冷量减少可使制冷装置的运行电耗大为较低，所以说制冷现代科技的发展已是全面综合的过程，而就目前国内较多实际设备仍是单一的和简单的 ， 因此从局部下手着眼于整体的技术改造思路是可以探索和需要的。 譬如温度控制在制冷技术中是首要达到的，多数都采用二位开关控制，温度达到了指标值，则停止控制，而温度达到设定值以下某个值时，则进行控制，周而复始，二位控制简单可靠，能较好的解决实际问题。若综合起来，利用新技术既考虑温度指标，又考虑节能，从整个规划上考虑，设计良好的系统方案，追求系统的优化。 随着
5、近年来将电动机变频调速技术引入到船舶制冷控制系统中，在设计中仅仅考虑承载压缩机的稳定运转已经不能满足要求，其与负荷的匹配，如何合理利用电能资源，系统动态模 型以及模拟仿真技术等也开始被纳入设计范围内。本文从船舶制冷控制系统的动态分析和数据模型分析出发，对提高船舶制冷控制系统的提出了建议和优化措施。 制冷系统的研究是近年来大家所关心的课题之一。因为随着我国国民经济的迅猛发展，各行各业都离不开制冷和制热的科技问题。尤其在浙江沿海地区，船舶运输、海洋渔业及水产品的精深加工等重要支柱产业需要高质量的制冷技术。特别是近年来电动机变频调速技术的引入，增加了系统的复杂性，使 原动力除了承载压缩机的稳定运转外
6、，还要考虑与负荷的匹配，电能资源的合理利用，所以必然会涉及系统性能和 参数的再分析和再计算。在控制领域上，也要弄清楚系统动态模型以及开展模拟仿真等等。 一 、船舶制冷控制系统的动态分析 （一）目标函数的确定。在设计船舶制冷控制系统时，涉及到了制冷系统状态点的温度、压力、压缩机的入口压力 P1、出口压力 P2、冷循环系统管路的发门开度 U及原动机电动机的转速 n等，对船舶制冷系统 的动态分析，从上述几个方面展开。 （二）控制系统主要部件的压力与温度参数模型分析、仿真。 二、船舶控制系统的优化设计 系统控制的目标函数是以下列工程实用观点来考虑的，即在系统温度达到要求的前提下，尽量减少系统所 消耗的
7、电能为目标，所以温度首先作为一个要求，另一个要求将涉及到控制能量，跟能量直接有关的主要物理量为阀门开度 U和电动机转速 n，开度 U大，2 所消耗冷剂量大，所以需要更多的制冷量。在转速方面，因为在压缩机出、入口处压力差基本处于不变的条件下，功率与排量成正比，而压缩机排量又与电动机转速成比例的，所以转速的高低可以反应功率消耗的大小，再考虑电动机运转的时间长短，功率与时间相乘，即为电能的消耗。压缩机的入口压力是与制冷系统温度控制要求有关，当温度已经达到控制值时，关闭或减少系统的冷剂阀门开度，自然回流量减少，入口压力 随之降低，因为温度己达到设定值，冷剂需要量相对减少，此时电动机可降低转速运行，节省
8、能耗，因此入口压力实际上也是与控制有关联的，而能量控制将依赖于入口压力的波动。可见制冷系统它是一个内含几个闭环系统，例如还有冷却水循环控制系统等，它们互相间关联、交错、重合，系统内部又是非线性的，所以很难用线性的优化控制原理来实现 系统的优化闭合，而本系统采用的是在实现设定的温度控制前提下，在其控制范围内能及时调整电动机转速、以节省能量，在实际运行中再来确定最佳参数搭配与参数选择，实现上述方案，则在本文所讨论，在工程上就认为它 是优化的系统。 二、 研究的基本内容，拟解决的主要问题： 研究的基本内容： 1)目标函数的确定 。 2)控制系统主要部件的压力与温度参数模型分析、仿真 。 3)系统优化
9、分析。 拟解决的主要问题： 1、 压缩机的功率对系统的影响 。 2、电动机的功率对系统的影响。 3、根据目标函数写出优化设计。 三、研究步骤、方法及措施： 步骤及方法： (1)了解船舶制冷系统的发展 。 (2)熟悉船舶制冷系统的工作原理。 (3)重点研究目标函数。 (4)对主要部件压力与温度参数模型分析，仿真 。 (5)设计优化方案，得 出结论。 措施： 图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代3 对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。 四
10、、 参考文献 1胡国清 .机电控制工程理论与应用基础 M.北京 :机械工业出版社 ,2000. 2袁任光 .可编程序控制器 (PC)应用技术与实例 M.广州 :华南理工大学 ,2001. 3刘国平 .船舶制冷系统的优化控制 M.舟山 :船舶工程 ,2002. 4张建一 .制冷装置节能技术 M.北京 :机械工业出版社 ,2000. 5陈伯时 .电力拖动自动控制系统 M.北京 :机械工业出版社 ,2000. 6袁任光 .可编程序控制器（ PC）应用技术与实例 M.广州 :华南理工大学出版社 ,2001. 7钱积新 ,王慧 ,周立芳 .控制系统的数字仿真及计算机辅助技术 M .北京 :化学工业出版社
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