船舶制冷系統的優化控制

摘 要：制冷技術在船舶行業的應用極大的提高了食品運輸的便利性與工作人員的工作環境，便于溫度的調節。在船舶開發運營中，制冷技術的應用越來越廣泛，可以為海洋經濟帶來巨大的效益。從以往的人工控制到現在的智能化狀態，從局部管控再到自動修改技術以及全自動化，制冷技術在船舶中的應用越來越成熟。

關鍵詞：船舶；制冷系統；優化控制

一、制冷系統控制原理以及構成

（一）制冷控制系統原理。制冷系統在現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境以及旅客的愉快出行有著重要的意義，可以說制冷系統控制是船舶上必不可少的設備。對于船舶上的制冷系統來說，它的發展經歷了早期的局部控制，也就是最原始的利用蒸發器和相應的回路設置來控制溫度，實現被控制對象的溫度調節，屬于雙位半自動狀態。經由技術的發展，變成了壓縮機能量變化的調節，伴隨著熱負荷的大小，利用壓縮機排氣口的壓力來改變運行氣缸的能量，從而進一步來控制溫度。船舶制冷裝置一般由蒸發器、膨脹閥、電磁閥、過濾器、過熱（過冷）器、冷凝器等組成（圖1所示）。為了優化制冷系統，冷庫溫度的控制應當采用二位制開關控制，二位制的開關控制便于操作，而且可靠簡單，能夠在實際的工作中發揮最大的效能。設定值由實際測得的冷庫溫度值和給定值來進行比較，進而直接改變相應回路中的閥門開度。同時也可以根據出口的壓力，由可編程程序來調節冷凝器的冷卻水量大小。重點要做好能量的控制，根據壓縮機的功率大小合理控制轉速，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行運轉，可以稍微降低轉速來減小壓縮機出口的回流量，以加大實際的排量。

圖1制冷控制系統原理圖

（二）熱力循環系統。船舶制冷系統是由壓縮機，冷凝器，膨脹閥和蒸發器四種核心機械設備及管道連接而成的一個循環封閉系統，通常被稱為制冷機的主機冷凝器是制冷系統中的一種熱交換器，其作用是使制冷劑經由熱蒸汽狀態受冷卻凝結為液體。熱量熱交換器制冷系統的控制優化要在特定的制冷系統上進行，通過熱力系統的工程計算來實現優化。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計算，以便控制和了解參數的變化與運行狀況。制冷系統熱力循環分為以下幾個過程，先進行傳熱溫差的等壓冷卻，再經由壓縮機將水流量等壓蒸發并在吸氣管匯總等壓加熱，最后通過等熵壓縮來調節熱力循環系統的最佳運行。在制冷循環中，氣態的制冷劑經過壓縮機壓縮成高溫、高壓的氣體，經冷凝器凝結成高壓的液體，通過熱力膨脹閥后由高壓液體變成低壓、低溫氣體，在蒸發器里吸收熱量后流回壓縮機繼續循環。根據這一運轉機制，船舶中大多情況下魚庫的冷藏溫度設定在零下20℃左右，環境溫度在28℃左右，對水冷式冷凝器傳熱溫差取5～8℃，通過這一數值可以確定出冷凝溫度的范圍以及相應的壓力值。而且通過觀測制冷劑在蒸發器中吸熱變成干飽和蒸汽需要的溫度，將會得出循環系統中某一狀態下的實際溫度。

二、制冷控制系統的優化

（一）溫度控制的實現。通過對制冷控制系統中的溫度進行控制，并實現系統溫度控制的智能化，可以確保船舶制冷系統的穩定運營。船舶制冷系統的主要裝置分為溫度控制系統和壓縮機自動控制系統兩部分。溫度控制系統的工作狀態時刻影響著壓縮機吸入口的壓力變化。在制冷裝置中，根據船舶的實際需要來選取相應的溫度測量元件，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，非常可靠且簡單。當船舶相應庫內的溫度由飽和狀態變化時，觸動毛細管和波紋管使得對應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。實際運轉中簡單的二位控制能夠發揮最大的工作性能，將溫度控制在設定值。此外，壓縮機高低壓保護開關在制冷系統中也是非常重要的，在制冷裝置中，壓縮機出口的高壓開關與入口的開關是并合在一起的。入口的壓力開關主要是來控制電動機的啟停和轉速，按照入口壓力的不同來調節轉速和啟停電動機，以便維持冷庫溫度的恒定。而高壓繼電器則是用來保護壓縮機在高壓狀態下依然能夠正常運轉，防止壓縮機壓力過高出現事故，起到一個高壓狀態下保護制冷設備的作用。

（二）系統軟件設計的優化。通過系統軟件的優化設計，可以保證高壓與低壓反常態下制冷系統的正常運行，提高船舶電網的運行質量。在船舶制冷系統中，壓縮機根據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，而且大多數都為多氣壓氣缸壓縮機。當壓縮機在負載狀態的時候，其相應的起動力矩非常大，一般會達到額定狀態下的三倍左右，這對于船舶電網的影響是非常之大的，會很容易引起電動機過載出現系統故障。因此，在壓縮機的起動設計中，應當采用壓縮機起動時處于卸載狀態的能量調節方式，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，設定的時間系數可以由調整程序中的時間常數來得到改變。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的起動數量。在壓縮機的出口處設置好高壓保護壓力開關，來保護高壓與低壓反常態下的工作狀態，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，強制性的停止壓縮機的運轉。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造成沖擊，而且還可以進行能量的調節，提高了運行的經濟性與安全性。

三、結語

傳統下的遠洋船舶運輸多數采用的是繼電接觸器控制，這種方式下的制冷系統存在機械接觸點較多，接線復雜，出現故障時維修困難等問題。經過優化之后的船舶制冷系統設備性可靠性強，操作簡單而且靈活性較高，極大的簡化了系統的操作與控制，實現了系統溫度控制的智能化，提高了系統的安全性與可靠性。

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