漁船用海水流化冰機(jī)設(shè)計(jì)探究

袁久峰 賀瑩煒 殷娟

摘要：海水流化冰機(jī)在漁船進(jìn)行海產(chǎn)品低溫保鮮過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但是當(dāng)前的流化冰機(jī)經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行后，或多或少都會出現(xiàn)冰堵和能耗升高的問題，這就會給其正常運(yùn)行造成嚴(yán)重的不利影響。為了對當(dāng)前的海水流化冰機(jī)進(jìn)行改造升級，本文通過對海水流化冰機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行一定的論述，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合流化冰機(jī)實(shí)際的運(yùn)行特點(diǎn)，對其主要部件進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)，能夠從一定程度上提高流化冰機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量，進(jìn)而確保其始終處于良好的工作狀態(tài)，對于從事相關(guān)工作的技術(shù)人員具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：漁船;海水流化冰機(jī);設(shè)計(jì)

中圖分類號：F407.474? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0211-02

0? 引言

海水流化冰中除了含有海水，還含有一定量以懸浮狀態(tài)存在的冰晶顆粒，進(jìn)而構(gòu)成了一種固液兩相的混合溶液。其中的冰晶顆粒微小綿密，具有良好的流動性，可以通過泵進(jìn)行輸送。相較于傳統(tǒng)的冰種而言，海水流化冰是一種新型的冷卻介質(zhì)，其具有冷卻速度快、換熱面積大以及不會影響海產(chǎn)品品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，在水產(chǎn)品的保鮮過程中獲得了非常廣泛的應(yīng)用。當(dāng)時(shí)當(dāng)前的海水流化冰機(jī)存在一定的問題，經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行后會出現(xiàn)冰堵和能耗升高的問題，這就會影響其正常運(yùn)行。因此，為了改善當(dāng)前海水流化冰機(jī)存在的問題，就需要針對其存在的缺陷進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，進(jìn)而為漁船海產(chǎn)品的保鮮提供可靠保障。

1? 海水流化冰機(jī)設(shè)計(jì)的總體方案

為了滿足不同制冰能力的需求，海水流化冰機(jī)將采用漁船上富余的電力作為驅(qū)動電源，這就需要對有限的電能進(jìn)行充分的利用，所以需要選擇工作效率較高的壓縮機(jī)。制冷系統(tǒng)選用R-404A作為制冷工質(zhì)，制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)器可以分為內(nèi)圓筒和外套兩部分。在海水流化冰機(jī)的工作過程中，通過海水泵將海水輸送至冷凝器中，對冷凝器中的制冷劑進(jìn)行降溫。通過另一個(gè)海水泵將海水輸送至冰桶內(nèi)冷卻，進(jìn)而制得海水流化冰。

2? 海水流化冰機(jī)的主要參數(shù)確定

2.1 冷負(fù)荷

通常來說，海水流化冰機(jī)在工作過程中制冷裝置和管路的能量損害約為7%，對于鹽水系統(tǒng)而言，損失量會增加至12%。本文中所設(shè)計(jì)的海水流化冰機(jī)的冷卻方式為直接冷卻。為了盡可能降低能量的損害，提高能量的利用率，通過在制冰桶的外部設(shè)置一定厚度的隔熱層，進(jìn)而降低輻射和溫差傳熱對冷卻系統(tǒng)造成的不利影響，通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算其冷卻量損失能夠降低至9%左右，進(jìn)而改善冰機(jī)的能量利用率。

2.2 蒸發(fā)溫度和冷凝溫度

在壓縮機(jī)保持不變的情況下，制冷量和理論功率主要受到單位容積制冷量和比體積功的影響，而對于壓縮機(jī)而言，這兩個(gè)參數(shù)主要取決于蒸發(fā)溫度和冷凝溫度，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中需要予以充分的關(guān)注。海水流化冰機(jī)制冷系統(tǒng)工作過程中的蒸發(fā)溫度計(jì)算如下式所示：

Δt-傳熱溫差，通常介于4～6℃范圍內(nèi)，本文選擇5℃。

上式中的蒸發(fā)溫度計(jì)算為-7℃，選取R404A作為制冷工質(zhì)，其工作過程中的蒸發(fā)壓力為450kPa。制冷系統(tǒng)工作過程中的冷凝溫度計(jì)算為：

式中，tw1-海水的進(jìn)口溫度，27℃;

tw2-海水的出口溫度，33℃;

根據(jù)上式，計(jì)算出的冷凝溫度為36℃，所需要的冷凝壓力為1650kPa。

3? 主要部件選型

3.1 壓縮機(jī)選型

壓縮機(jī)作為海水流化冰機(jī)的關(guān)鍵組成部分，其對于流化冰機(jī)的整體性能具有決定性的影響，因此，需要做好壓縮機(jī)的選型工作，確保其能夠滿足海水流化冰機(jī)的工作需求。通過對漁船海水流化冰機(jī)的使用情況進(jìn)行系統(tǒng)全面的調(diào)查研究，可知壓縮機(jī)的工作能源主要來自于漁船正常運(yùn)行外剩余的電力，所制得的海水流化冰主要用于水產(chǎn)品的低溫保鮮工作。因此，選擇了全封閉渦旋式壓縮機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，該壓縮機(jī)具有容積率高、軸力矩變化較小、可靠性高以及絕熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足漁船有限電能的冷卻降溫需求。

3.2 冷凝器選型

通過對當(dāng)前漁船的冷凝器進(jìn)行調(diào)查分析，為了便于漁船使用，本文將選用水冷式冷凝器。為了提高冷凝器的傳熱系數(shù)，減少整個(gè)機(jī)組所占用的空間，并且還要對環(huán)境具有較高的適應(yīng)性，選用了臥式殼管式冷凝器，其具體的結(jié)構(gòu)如圖2所示。同時(shí)，由于海水具有非常強(qiáng)的腐蝕性，為了避免冷凝器長期工作受到腐蝕，選用了耐腐蝕性的材料，能夠在酸、堿、鹽環(huán)境中保持穩(wěn)定，進(jìn)而為冷凝器的正常運(yùn)行建立了良好的基礎(chǔ)。

在冷凝器的工作過程中，冷卻水與相應(yīng)的制冷工質(zhì)在冷凝管中相向運(yùn)動，這樣能夠確保制冷工質(zhì)具有較高的過冷度，并且冷卻水溫也相應(yīng)的升高，進(jìn)而有助于降低水的消耗量，能夠在一定程度上提高傳熱系數(shù)，以此降低海水泵的工作強(qiáng)度，從而達(dá)到節(jié)約電能的目的。

3.3 冰筒工藝

在海水流化冰機(jī)的制冷過程中，其中的制冷工質(zhì)直接與冰筒內(nèi)部接觸，這就對冰筒提出了較高的要求，冰筒既要為流化冰的形成提供有利條件，又要在制冷系統(tǒng)工作過程中承擔(dān)著蒸發(fā)器的作用，為此本文所設(shè)計(jì)的冰筒結(jié)構(gòu)如圖3所示。

通過將不銹鋼材質(zhì)的內(nèi)圓筒與外套進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而構(gòu)成一個(gè)各環(huán)間密封良好的環(huán)形制冷工質(zhì)流通通道，其作為冰筒的重要組成部分，對于制造質(zhì)量要求非常高。本文采用了熱合法成形工藝，確保了內(nèi)圓筒與外套之間的緊密結(jié)合。同時(shí)，在冰筒內(nèi)部還設(shè)置了螺桿式攪拌器，能夠?qū)⒘骰诒矁?nèi)進(jìn)行良好的循環(huán)，當(dāng)冰筒內(nèi)壁導(dǎo)熱結(jié)冰時(shí)，通過攪拌器能夠及時(shí)將流化冰攜帶至筒外。

3.4 其他重要部件

3.4.1 電動機(jī)

為了滿足漁船的制冷需求，選用了YC單相異步電動機(jī)。該電動機(jī)具有高啟動轉(zhuǎn)矩、外形較小、質(zhì)量較小、低噪音以及維修簡單等優(yōu)點(diǎn)，能夠適應(yīng)漁船的運(yùn)行環(huán)境要求。

3.4.2 減速器

為了增加螺桿式攪拌器運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而能夠滿足更大阻力的運(yùn)行需求，這就需要增設(shè)相應(yīng)的減速器。結(jié)合本文所選用的攪拌器，根據(jù)其結(jié)構(gòu)整合原則，優(yōu)選減渦輪減速器，其減速比為25。

3.4.3 控制系統(tǒng)

為了確保整套制冷設(shè)備的高效穩(wěn)定運(yùn)行，這就需要配備一套完善的控制系統(tǒng)。電磁閥作為控制系統(tǒng)的重要組成部分，其發(fā)揮著電路執(zhí)行器的關(guān)鍵作用，本文選用了丹佛斯EVR型電磁閥，其耐介質(zhì)溫度為105℃，12W線圈的電磁閥在工作過程中的壓力差為25bar。

4? 實(shí)踐驗(yàn)證

通過將本文所設(shè)計(jì)的海水流化冰機(jī)應(yīng)用于漁船的制冷工作中，在海水溫度為26～28℃，鹽度為3.3%的環(huán)境中運(yùn)行，制取海水流化冰。其所有的重要部件工作穩(wěn)定，沒有發(fā)生異常情況，能夠連續(xù)、穩(wěn)定的制取含冰率為35～40%的海水流化冰。同時(shí)，所制得的海水流化冰呈現(xiàn)出穩(wěn)定的冰晶狀態(tài)，還具有良好的流動性，并且能夠與水產(chǎn)品之間進(jìn)行有效的接觸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了良好的低溫保鮮，為水產(chǎn)品的保存工作建立了良好的基礎(chǔ)。

5? 結(jié)語

總而言之，海水流化冰機(jī)在水產(chǎn)品的低溫保鮮工作中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，本文結(jié)合漁船水產(chǎn)品的保存需求和漁船的運(yùn)行特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種海水流化冰機(jī)，其改善了當(dāng)前流化冰機(jī)存在的缺陷，能夠?yàn)樗a(chǎn)品提供持續(xù)穩(wěn)定的低溫保鮮，進(jìn)而確保水產(chǎn)品始終處于新鮮的狀態(tài)。

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