1、本科毕业论文（20 届）“育鲲”轮空调装置简介及噪声浅析和控制方法所在学院专业班级 轮机工程学生姓名指导教师完成日期内容摘要摘要：本文主要介绍了“育鲲”轮空调装置的基本构成和工作原理，结合实际的部件(如电子膨胀阀，半封闭螺杆式压缩机和风机等)做了一些必要的分析和解释。根据有关规则，阐述了舒适型空调空气参数的相关要求，如温度，湿度，噪声等。本轮空调装置工作时，在出风口（即布风器处）出现噪声较大现象，据此分析了空调的三大噪声源：一，风机空气动力性噪声；二，风管的振动噪声和管件的气流噪声；三，出风口的气流噪声。最后针对噪声源提出了一些噪声控制方法。关键词: 空调装置 电子膨胀阀 噪声源 气流噪声 噪
2、声控制方法ABSTRACT: This article mainly introduced the “YUKUN” vessels air conditioning system basic constitution and the principle of work, unified the actual part ，such as electronic expansion valve, semi-hermetic screw Compressor and fan,etc,to make some essential analyses and the explanation. Accordi
3、ng to some rules,this article describe the interrelated demands of air-condition related to the air parameters amenity,for example temperature,humidity,noise,etc.when air-condition of this ship works,it has the phenomena of much noise near the air outlet(thats Air-distributor),and analysis three noi
4、se sources of Air-condition:firstly,air dynamic noise of fan;second,air pipes vibrating noise and airflows noise;at last, airflows noise at the air outlet.In the end,aiming at the noise sources,it presents some improvement measures and advises.Keywords: air-conditioning system electronic expansion v
5、alve noise source airflow noise methods of controling Air-conditions noise目录1.前言 .52.船舶舒适型空调空气参数的要求 .52.1 温度 .52.2 湿度 .52.3 空气清新度 .52.4 气流速度和噪声控制 .53 .“育鲲” 轮空调装置介绍 .63.1 空调装置冷水机组 .63.1.1 冷水机组的构成 .63.1.2 冷水机组工作原理 .73.1.3 HSK7471-90-40P 型的半封闭式双螺杆压缩机概述 .83.1.4 热交换器 .93.1.5 电子膨胀阀 .103.2 单风管中央空调系统 .103.2
6、.1 集中式单风管系统 .103.2.2 本轮各处空调器分布简要介绍 .113.2.3 本轮中央空调器结构组成和工作原理 .113.2.4 供风管道和布风器 .134. 空调系统噪声浅析 和建议 .134.1 空调系统噪声源及其特性 .134.1.1 风机空气动力性噪声 .134.1.2 风管的振动噪声和管件的气流噪声 .134.1.3 出风口的气流噪声 .144.2 噪声控制方法 .154.2.1 在风机进出口安装消声器 .154.2.2 风管降噪控制方法 .154.2.3 出风口及舱室噪声控制方法 .165. 结论 .16【参考文献】 .16“育鲲”轮空调装置简介及噪声浅析和控制方法1.前
7、言大多数船舶在营运过程中，将航行于各个海域，气象条件复杂多变，同时，船上人员和机械设备不断散发出大量的热量和湿气。为了能给船上人员提供舒适的工作和生活条件，需要空调装置来创造人工气候。由于“育鲲”轮是实习船，人员较多且在航行期间担负着大量的教学任务，因而它的空调装置与客船相似，布置相对较复杂，且系统的部件都较先进，它可以叫全面的反映现代船舶空调的技术状况（如 PLC 自动控制和电子阀件） 。船舶空调系统是各类船舶的生活保障系统，由于船舶空调主要用于满足人们对舒适性和卫生的需求，故常称之为舒适性空调。舒适型空调对温度、湿度、噪声等条件的要求并不十分精确，允许有较大范围的波动。但是，有些参数条件如
8、噪声等级，往往在船舶设计和建造中被忽视，再加上船舶在营运期间欠于科学的噪声控制措施，导致噪声等级超出规定要求，危害到人员的正常工作和生活。2.船舶舒适型空调空气参数的要求2.1 温度人体对温度的要求比较苛刻，气温是影响人体热平衡的重要条件。一般人在着衣时感到满意的温度是：冬季在 1822，夏季在 2729。从节能考虑，空调设计参数可偏近舒适范围的上限。舱室的适宜温度尚需要考虑室内外温差的差异，因为在夏季人们的着衣比较单薄，若舱内外温差太大，则会有骤冷骤热的不舒适感，并易使人感冒。一般认为温差保持在 610比较合适。2.2 湿度在相同的温度下，如果相对湿度太高，则空气潮湿，汗液不易蒸发，就会使人
9、感到闷热，反之，若相对湿度太低，则会使人感到口干舌燥。相对湿度在 50%左右为宜，在30%70%的范围内都不会明显感到不适。在夏季空调靠冷却除湿把室内湿度控制在 40%60%；在冬季靠喷水或蒸汽来加湿，把湿度控制在 30%40%。2.3 空气清新度清新度包括两层含义：一是含氧比例，即新鲜程度；二是所含粉尘和有害气体的浓度，即洁净程度。此要求是依靠空调不断供入经过过滤的新鲜空气，以排出室内污浊空气来达到的。在满足人体氧的需要和控制二氧化碳及烟气等有害气体浓度情况下，国标规定每人所需新鲜空气量(m 3/h)是：28(船员舱室按定员计)，2025(办公室按 24 人计，公共舱室按座位计)，30(娱乐
10、室按 4 人计)；或不小于空调总风量的 40(有限航区) 50(无限航区)；以上两种算法中取所得数值较大者。2.4 气流速度和噪声控制在室内人的活动区域，要求空气有轻微的流动，以使室内温、湿度均匀和人不感到气闷。室内气流速度以 015020 m s 为宜，最大不超过 035 m s。此外，距室内空调出风口 1 m 处测试的噪声应不大于 5560 dB(A)。表一 空调空气参数要求项目 冬季取暖 夏季取暖温度 1822 2729相对湿度 30%40% 40%60%室内外温差 610室内高度温差 不超过 3风速 0.25ms 以下新鲜空气供给量 3050 m3/h/人噪声 6065 dB(A)以下
11、3 .“育鲲”轮空调装置介绍“育鲲“轮空气调节装置由冷水机组和中央空调器单风管系统两部分组成。其中冷水机组设置在副机舱中，它设有 6 台结构相同的半 封 闭 螺杆式压 缩 机 组 ，并确将其组装在 3 个台架上，即每 2 台组成一个冷水机组，除蒸发器是共用的外，各自的压缩机组都是独立的。每台机组容量为设计负荷的 50%。中央空调系统采用的是集中式中压单风管空调器系统，共设有六台中央空调器用于分区调节全船各处舱室。普通船员餐厅、高级船员餐厅和厨房设有制冷、加热式风机盘管，集控室内设有两台柜式空调器，这里不做详细介绍。3.1 空调装置冷水机组3.1.1 冷水机组的构成每台机组包括：半封闭式螺杆压缩
12、机（比泽尔 型号：HSK7471-90-40P） 、滑油分离器（比泽尔 0A4088） 、冷凝器（比泽尔 K3803T2） 、滤器、热交换器 (WTT AE7-24)、电子膨胀阀（西门子 MVL661.25-6.3 ）以及共用的壳管式蒸发器（ Alfa Laval DXD450） 。系统也包括三台三台冷媒水泵，各 50%的容量，一台备用。冷水机组由控制箱智能控制起停，安全保护，监视采集数据等。如图一：3.1.2 冷水机组工作原理结合图一分析，制冷剂 R404a 经电子膨胀阀节流降压后变成低温的湿蒸气进入蒸发器，在较低压力下制冷剂逐渐汽化蒸发，并从冷媒水中吸收汽化潜热，而实现冷媒水的制冷。为了维
13、持制冷剂在蒸发器中低压状态，并保持冷凝器出口的液态制冷剂处于高压，从蒸发004、005、014、015、023-温度传感器；006-流量开关；007、016-低压开关；008、010、017、019、024-压力传感器；009、018-高压开关；011、020-油流量开关；012、021-油温控制器；013、022-油位控制器；201、206-膨胀阀；202、203、207、208-能量控制阀；204、209-回油阀；205、210-热交换阀；301、303-蒸发控制器；302、304-加热器；319-NO.1 压缩机控制箱;320-NO.2 压缩机控制箱图一“育鲲”轮空调装置制冷机组原理图器
14、出来的过热蒸汽被半封闭螺杆式压缩机吸出并压送到冷凝器。压缩机出口的冷剂处于高温高压状态，由低温冷却淡水在冷凝器内冷却成低温高压的过冷液体，然后经过热交换器对冷剂进一步过冷。过冷液体经膨胀阀节流送入蒸发器气化吸热，从而实现连续的制冷循环。每台机组包括：R404a 直接蒸发系统； 一个冷媒循环水系统，含循环水泵；冷却淡水系统。冷水机组与循环冷媒水系统连接，并联工作。冷水机组由控制箱内的 PLC 自动控制，机组负荷通过 PLC 根据相应的压力和温度控制。如果其中一个传感器感受到了过高的压力或温度，相应的压缩机会有相应的动作。PLC 控制对机组提供预防性的监测，通过以下几点提高其可靠性： 在特定启动情
15、况和反复起动情况下，自动减少压缩机的启停次数；压缩机等时运行；有效减少了控制部件的毛细管和手动控制部件。功能包括：两台机组能根据热负荷顺序启动，即主的机器首先起动，辅机组只有在主机组制冷量不能满足要求的情况下起动；通过 PLC 能够将任一台机器设定为主机组；机组的手动及自动控制功能；当一台冷水机组故障停机时，备用机组可自动起动亦可手动起动。由图一知，冷水机组的功能是将用于空调系统的循环冷媒水冷却。冷媒水系统中设有闭式膨胀水箱，以满足系统的补水、放气需要。3.1.3 HSK7471-90-40P 型的半封闭式双螺杆压缩机概述1.半封闭式双螺杆压缩机的特点和选择与活塞式压缩机相比，螺杆式由以下特点
16、：1) 无往复惯性力，工作平稳，无气阀，转速较高，单位制冷量尺寸小，重量轻。2) 无易损件，磨损轻微即运行可靠，检修时间可长达 3 万到五万小时。3) 吸气阻力和预热损失少，且气态工质带液体对于湿行程不敏感，可喷油或喷液冷却和改善密封性，因而高压力比时仍可采用单机压缩，输气系数较高，排气温度不超过 100。4) 性能系数一般不及往复式，螺杆转子加工难度大，价格高。半封闭式机型后还可以解决耗油量大和噪音大的缺点。因本轮采用分区的空调装置，它一般采用间接冷却，这是为了缩短制冷剂管路的长度，减少装置制冷剂的需求量及泄漏量。为了保持中间介质冷媒水温度的稳定，这就要求制冷压缩机能够长时间持续稳定的运转、
17、检修期要长、输气量要足够大。与往复式缺点相比，螺杆式优点非常突出，这就是本轮选择半封闭式螺杆压缩机的原因。2.半封闭式双螺杆压缩机工作原理双螺杆压缩机的主要运动部件是设在机体气缸内的一对互相啮合的螺旋式转子。其中齿凸起的称阳转子，齿槽凹进的称阴转子。一般阳转子是主动转子，工作时阴转子是被所压缩的气体驱动反向旋转，而不是靠阳转子机械接触所驱动。两转子的每一对相通的齿槽和与转子贴合的缸壁圆柱面及两头端盖之间形成的容积称为基元容积，其容积和位置随转子转动而变化。图二示出螺杆式压缩机的工作原理图，其中(a) 、(b)为一对转子从吸气端向下看的俯视图。在左侧吸气端，两转子的齿分别从对方的齿槽中逐渐退出，
18、刚形成的基元容积与轴向和径向的吸气口相通，随转子转动而容积不断增大，吸人气体。图(c)、(d)、(e) 、(f)为一对转子从吸气端向上看的仰视图。其中 (c)表示带剖面线的基元容积与吸气口脱离，吸气结束。转子继续转动，则阴、阳转子另外的齿开始挤进彼此的齿槽(图 d)，使该基元容积不断缩小，其中气体被压缩。当该基元容积和排气口相通时，压缩结束，排气开始( 图 f)，直至排尽。在工作中，相继形成的每个基元容积都要相继经历吸气、压缩、排气三个过程。3.HSK7471 型螺杆压缩机的喷液冷却双螺杆式压缩机的转子之间及与气缸壁之间有微小的间隙，虽然运转过程中不会直接的摩擦，但会发生气体的泄露。由于螺杆压
19、缩机对湿行程不敏感，为了保证良好的密封和冷却，可以在工作时向转子的啮合空间喷液，此时还可以冷却压缩的气体和滑油，以保证工作中的排气温度，本轮的喷液冷却的喷液管是由热交换器装置引出，其喷液冷却液体来自热交换器的一路，并经过节流降压降温后，喷入转子合适部位。这可以减小油分离器的体积，并取消油冷却器，使系统简化。3.1.4 热交换器本轮的热交换器不同于一般制冷装置的热交换器，由图一可知：热交换器设置在冷凝器出口，对来自贮液器温度较高的液态制冷剂进行过冷的较低温度制冷剂不是来自蒸发器出口，而是从冷凝器出口一小部分液态制冷剂经过电磁阀和外平衡式热力膨胀阀节流降压后进入热交换器。这样就提高了另一大部分液态
20、制冷剂的过冷度，增加其单位制冷量，防图二 螺杆式压缩机的工作原理图止“闪气”现象发生。同时经过降压的一小部分液态冷剂在换热器换热后变成湿蒸气，通过螺杆压缩机的喷液管喷入转子啮合部位，进行喷液冷却。热交换器的设计理念集合了螺杆式压缩机喷液冷却和蒸发式过冷器的特点，合理的将二者融为一体，通过 PLC 控制电磁阀和改变热力膨胀阀的设定来均衡两回路的工作状态，改良了装置的性能。3.1.5 电子膨胀阀电子膨胀阀按驱动方式的不同可以分为四种：热电式，参考压力型，电磁式及电动式电子膨胀阀。本装置使用的是西门子 MVL661.25-6.3 电磁式电子式膨胀阀，由控制设备来的控制信号经 D/A 转化为直流电压或
21、直流电流，施加在膨胀阀的电磁线圈上，如图三所示。由磁性材料制成的阀杆受磁力的作用产生位移，带动针阀上下运动，来改变膨胀阀的开度。MVL661 系列电子膨胀阀可以由能发出 DC 0/2.10 V 或 DC 0/4.20 mA 输出信号的西门子或第三方的控制器驱动。为了实现最优控制性能，推荐在控制器和膨胀阀之间 4 线连接。阀的开度与控制信号成比例。MVL661 系列电子膨胀阀有如下特点和作用：1） 较高的控制精度，精确的位置控制和位置反馈信号；2） 对信号变化的响应速度快，动作到位时间小于 1s；3） 对于设定值和测量值，有四种可选择的标准信号；4） 阀的行程能自动校准；5） 可以强制输入“全开
22、”和“全关”信号；6） 在控制器失电时，阀处于关闭状态。3.2 单风管中央空调系统3.2.1 集中式单风管系统船舶空调装置一般都是将空气集中处理后再分送到各个舱室，称为集中式空调装置或中央空调。如图三为集中式单风管空调系统简图。由舱室来的部分回风与新风经过一定比例混合后，进入空气调节器进行集中处理，符合要求的空气由各支管分送至各舱室的布风器。由于各舱室的供风参数相同，所以，对舱室的个别调节只能靠调节布风器的风门开度来进行变量调节实现。这种系统比较简单，初装费较低，在货船上用得很普遍。但因采用变量调节，调节幅度不宜过大，否则难以保证舱室的新风供给量和室内空气参数均匀；此外，调节时还会对其他舱室的
23、送风量产生干扰。图三 电子膨胀阀端口连接原理图本轮大部分舱室采用的便是集中式单风管空调系统，某些特殊舱室采用的是独立式空调系统。3.2.2 本轮各处空调器分布简要介绍由于“育鲲轮”的舱室较多，各处的热负荷分布不均匀，这样空调器就需要采用分区布置以对空气进行调节。本轮有 6 台中央空调器，采用的是中压单风管系统，各个空调器的情况如下：AC1:服务驾驶甲板和船长甲板AC2:服务救生甲板和工作甲板 102 号肋位前区域AC3:服务游步甲板的学生餐厅AC4:服务主甲板 79 号肋位后区域AC5:服务主甲板 79 号肋位前区域，二甲板和游步甲板教室AC6:服务于健身房和活动区域其中 AC1 、AC2 位
24、于船长甲板左舷后部的房间内，AC3、 AC4 位于主甲板左舷尾部和冰机置于一个房间内，AC5 位于主甲板左舷烘衣间前的舱室，AC6 位于主甲板水手工艺室内左侧房间内。各个空调器参数如表二所示：No. of AHUFresh air ratio (%)新风比Cooling cap. (kW)制冷量Heating cap. (kW)加热量Humidifying (kg/h)加湿量Static pres. (Pa)静压Air flow (m3/h)风量Power (kW)马达功率A/C 1 50 125 100 37 1500 8750 7.5A/C 2 50 201 161 60 1600 14050 15.5A/C 3 50 102 82 24 1600 7080 7.5A/C 4 50 95 75 24 1600 6560 7.5A/C 5 50 195 154 13 1600 13460 15.5A/C 6 50 100 80 14 1600 6910 7.51-空气滤器；2- 空气加热器；3- 加 湿器；4-风机；5-空气冷却器；6-挡水器；7-主风管；8-布风器图三 集中式单风管空调系统简图87 87 8 7 8 7 87 87 77765回风新风1 2 3 4
