某船用加壓艙空調(diào)系統(tǒng)改進設計

董自虎 王自華 張小敏

（1. 海軍駐九江地區(qū)軍事代表室，江西 332000； 2. 九江海天設備制造有限公司，江西 332000）

1 引言

加壓艙空調(diào)系統(tǒng)的主要作用是：在加壓艙進行升壓、穩(wěn)壓和降壓過程中，利用空調(diào)的制冷、制熱性能，調(diào)節(jié)艙內(nèi)溫度，給進艙治療人員營造舒適的治療環(huán)境。某船加壓艙空調(diào)系統(tǒng)原先采用的是半導體制冷空調(diào)，在實際使用過程中，效果不理想，且維護保養(yǎng)非常困難，因此提出改造。本加壓艙在改進設計過程中，主要依據(jù)原有設計基礎上進行改進設計，通過對原空調(diào)有關參數(shù)進行對比、測算，提出切實可行的改造方案。

2 改進的基礎與分析

原空調(diào)設計的制冷量為2×2.3 kW，制熱量為2×2.6 kW。該加壓艙外形尺寸為 φ2100×8000（簡稱8 m艙），設兩主艙和一副艙。

在對現(xiàn)場進行分析及結合相關計算，認為空調(diào)的功率達不到加壓艙所需的要求，故需選用功率較大的空調(diào)冷水機組，制熱則選市場非常成熟的電加熱器，這樣，就可相應提高空調(diào)的制冷、制熱功率。

3 系統(tǒng)改進設計原理

制冷工況設計原理：在制冷剛開始時，冷水機組兩臺壓縮機均投入使用進行快速打冷，運行一段時間后，溫度控制器通過探測回水溫度控制壓縮機投入工作的只數(shù)智能卸載。加壓艙艙內(nèi)安裝有溫控探頭，當其中一個加壓艙艙內(nèi)溫度逐漸接近溫度設定值時，溫度控制器控制三通電磁閥動作，減少經(jīng)過表冷器的流量，而部分冷媒水從旁通管路流過；當某一個加壓艙艙內(nèi)溫度達到設定值時，溫度控制器控制三通電磁閥動作，冷媒水從旁通管路流過，以保證水系統(tǒng)繼續(xù)運行，防止水泵過載，而風機一直工作。循環(huán)水泵一直運行。為防止設備凍裂，系統(tǒng)設置防凍功能，當出水溫度達到3 ℃時，冷水機組自動停機。由于三通電磁閥為線性控制，可輸出4-20 mA電子調(diào)節(jié)信號，可對冷媒水進行恒定流量控制。

制熱工況設計原理：在制熱剛開始時，電加熱器兩組電加熱元件均投入工作進行快速加熱，運行一段時間后，溫度控制器通過探測出水溫度控制電加熱投入工作的級數(shù)，達到節(jié)能降耗的作用。由于此時加壓艙艙內(nèi)的溫度較低，故設置了防冷風功能，只有當電加熱器出水溫度達到45℃時，風機才可開啟。當其中1個加壓艙艙內(nèi)溫度逐漸接近溫度設定值時，溫度控制器控制三通電磁閥動作，減少經(jīng)過表冷器的流量，而部分冷媒水從旁通管路流過；當某1個加壓艙艙內(nèi)溫度達到設定值時，溫度控制器控制三通電磁閥動作，熱媒水從旁通管路流過，以保證水系統(tǒng)繼續(xù)運行，防止水泵過載，而風機一直工作。循環(huán)水泵一直運行。由于三通電磁閥為線性控制，可輸出4-20 mA電子調(diào)節(jié)信號，可對冷媒水進行恒定流量控制。

8 m艙空調(diào)系統(tǒng)管路原理圖見圖1，8 m艙空調(diào)系統(tǒng)電氣原理圖見圖2。

4 系統(tǒng)改造的相關計算

空調(diào)選型計算

主要設計參數(shù)

加壓艙最高工作壓力：P1=1.5 MPa

大氣壓：P0=0.1 MPa

艙體容積：V=10.4 m3

艙內(nèi)表面積：A=24.4 m2

正常升壓速率：v’=0.1 MPa/min

每人散熱量：q0=418 kJ/h

系數(shù)1：m1=0.28

系數(shù)2：m2=31.2

比熱：Cr=0.715 kJ/kg.k

夏季環(huán)境溫度：Tx=35 ℃

夏季空調(diào)設定溫度：Txs=28 ℃

冬季最低環(huán)境溫度：Td=5 ℃

冬季空調(diào)設定溫度：Tds=20 ℃

夏季環(huán)境開氏溫度：TX=308 K

冬季環(huán)境開氏溫度：TXS=301 K

冬季最低環(huán)境開氏溫度：TD=278 K

冬季空調(diào)設定開氏溫度：TDS=293 K

升溫速率或降溫速率： dT≥0.4 /min℃

艙內(nèi)滿員： n=10

圖1 8m艙空調(diào)系統(tǒng)管路原理圖

圖2 8m艙空調(diào)系統(tǒng)電氣原理圖

1）夏天制冷功率計算

加壓后（穩(wěn)壓時），為使艙內(nèi)溫度按照規(guī)定的速率（dT≥ 0.4 /min℃）從TX（35 ℃）降到TXS（28 ℃），則降溫時間不得多于tX=17.5min，據(jù)此計算所需制冷功率：

2）冬天制熱功率計算

加壓后（穩(wěn)壓時），為使艙內(nèi)溫度按照規(guī)定的速率（Dt≥ 0.4 /min℃）從Td（5 ℃）升到TdS（20℃），則升溫時間不得多于td=37.5分鐘，據(jù)此計算所需制熱功率：

因此，選用JTLS-8（Ⅱ）型船用冷水機組，制冷量為9.3 kW，由兩套機組組成，機組具有能調(diào)功能。在剛開機時，冷水機組兩臺壓縮機均投入使用進行快速打冷，當艙內(nèi)溫度達到平衡時，關閉其中一臺壓縮機，使用另一臺壓縮機工作，保持艙室溫度。同時兩套制冷系統(tǒng)為單獨的氟利昂系統(tǒng)，故其中一套系統(tǒng)損壞時，另一套系統(tǒng)仍能使用。選用DRQ-10型加熱器，加熱量為10 kW，由兩組電加熱、溫度控制器、水流量開關、超溫保護器、壓力保護器、不銹鋼殼體、船用電纜等部件組成，加熱分兩極，通過溫度控制器智能控制電加熱投入的數(shù)量，達到節(jié)能降耗的作用。

5 選型設備主要性能指標

5.1 JTLS-8（II）冷水機組

1） 機組型號：JTLS-8（II）

2） 制 冷 量：9.3 kW（蒸發(fā)溫度2 ℃，冷凝溫度42 ℃）

3） 制 冷 劑：R22

4） 冷卻水量：～2.2 m3/h（海水≤ 32 ℃）

5） 冷卻水壓力：0.1～0.3 MPa

6）冷媒水量：1.6 m3/h

7） 冷媒水壓力：0.3 MPa

8） 冷媒水進出溫度：12/7 ℃

9） 壓縮機功率：～1.6×2 kW

10） 電源：AC 3φ 380 V 50 Hz

5.2 DRQ-10型電加熱器

1） 型 號：DRQ-10

2） 加熱量：10 kW(2級)

3） 加熱水量：1.6 m3/h

4） 冷媒水壓力：0.3 MPa

5） 進出口徑：DN25

6） 電源：AC 3φ 380 V 50 Hz

6 驗證結果

按照標準要求，對空調(diào)系統(tǒng)進行了相關試驗驗證，結果如表1。

本加壓艙空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)過改進設計且安裝后，經(jīng)調(diào)試檢測，各項指標均達到設計要求，運行半年來，性能穩(wěn)定，制冷、制熱效果良好，進艙治療人員反響滿意，取得良好社會效益和經(jīng)濟效益。

表1 空調(diào)系統(tǒng)試驗驗證結果

[1] 張和翔等. HJB170《加壓艙通用規(guī)范》.中國人民解放軍海軍司令部批準, 1997-11-1發(fā)布, 1997-11-1實施.

[2] 千峰濤等. HJB171《在用加壓艙系統(tǒng)檢驗、維修和使用規(guī)程》中國人民解放軍海軍司令部批準,1997-11-1發(fā)布, 1997-11-1實施.

[3] 張建榮等.GB/T12130《醫(yī)用空氣加壓氧艙》.中國標準出版社,2005-09-11發(fā)布, 2006-04-1實施.

[4] 葉乾惠等.GB150《鋼制壓力容器》.中國標準出版社,1998-03-20發(fā)布, 1998-10-01實施.

[5] 宮學健等.GJB13A《艦船電氣規(guī)范》.國防科學技術委員會. 1997-06-25發(fā)布, 1997-12-01實施.

[6] GJB763.3,《艦船噪聲極限和測量方法》.

[7] 唐云歧.《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》. 北京: 中國勞動社會保障出版社, 1997.