船舶軸帶制冷壓縮機(jī)暖冰蓄冷空調(diào)方案研究

船舶軸帶制冷壓縮機(jī)暖冰蓄冷空調(diào)方案研究交通運(yùn)輸工程碩士論文初投資費(fèi)大大降低。5.2.6對(duì)降低發(fā)電機(jī)組潤(rùn)滑油消耗的作用采用軸帶壓縮機(jī)蓄冷空調(diào)后，由于發(fā)電柴油機(jī)裝機(jī)容量的減少,使柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)的潤(rùn)滑油消耗量大幅度降低，主要體現(xiàn)在氣缸油消耗的減少和柴油機(jī)系統(tǒng)油充注量的減少，同時(shí)也降低發(fā)電機(jī)組的維護(hù)保養(yǎng)成本。通常情況下發(fā)電柴油機(jī)的氣缸油與系統(tǒng)潤(rùn)滑油是相同的，柴油機(jī)的平均每小時(shí)消耗量可用下式估算：ΔG4=W(ge5+ge6)10-3+G5/N1（5.8）式中ΔG4為平均每小時(shí)柴油機(jī)機(jī)滑油消耗量千克ge5為柴油機(jī)系統(tǒng)油每千瓦小時(shí)的滑油消耗量克ge6為柴油機(jī)氣缸油每千瓦小時(shí)的滑油消耗量克G5柴油機(jī)系統(tǒng)油的充注量千克N1柴油機(jī)系統(tǒng)油的使用壽命小時(shí)由于主柴油機(jī)在達(dá)到90%--100%額定功率時(shí)氣缸油和系統(tǒng)油的消耗量基本穩(wěn)定，其系統(tǒng)滑油和氣缸油的增加量可忽略不計(jì)，因而式5.5估算結(jié)果可認(rèn)為是節(jié)約的滑油量。按目前國(guó)產(chǎn)6250柴油機(jī)每千瓦小時(shí)的系統(tǒng)滑油消耗量0.2—0.3克（取0.2克）、氣缸油消耗量1.5--2克（取1.5克），系統(tǒng)油充注量按100kg,使用壽命500小時(shí)估算，可知每小時(shí)滑油消耗量為ΔG4=W(ge5+ge6)10-3+G5/N1=338（0.2+1.5）10-3+100/600=0.84千克/小時(shí)按每年工作100天計(jì)算,滑油價(jià)格按市場(chǎng)價(jià)14元/千克計(jì)算,則年節(jié)約滑油費(fèi)用為0.842410014=28224元5.2.7對(duì)降低發(fā)電機(jī)損耗、電動(dòng)機(jī)損耗的作用采用軸帶壓縮機(jī)蓄冷空調(diào)后，原動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)之間的能量傳遞由柴油機(jī)—發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)—壓縮機(jī)變?yōu)椴裼蜋C(jī)—壓縮機(jī)，避免了發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的損耗。發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的銅耗、渦流損耗、磁滯損耗、機(jī)械損耗等都將使傳輸效率降低，空載損耗還可能使功率因素降低，影響發(fā)電機(jī)的供電質(zhì)量。發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部損耗根據(jù)負(fù)荷情況、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的功率不同而變化，小型發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)分別可達(dá)20%，200kw左右的電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)損耗大多數(shù)在7-10%左右，由此可以算出傳遞效率僅為85%左右，而柴油機(jī)—壓縮機(jī)的直接傳遞方式的能量損失一般不超過(guò)5%。由此可見(jiàn)軸帶壓縮機(jī)在能量傳遞效率方面的突出優(yōu)點(diǎn)。5.2.8對(duì)改善工作環(huán)境和條件的作用軸帶壓縮裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，船舶僅需配備較小容量的輔機(jī)，有利于擴(kuò)大機(jī)艙的空間，減低機(jī)艙溫度并減少機(jī)艙的噪音，這對(duì)于改善輪機(jī)員的工作環(huán)境，調(diào)整輪機(jī)員的工作積極性保護(hù)有著良好的促進(jìn)作用。5.3軸帶壓縮機(jī)暖冰蓄冷空調(diào)與常規(guī)空調(diào)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性比較暖冰蓄冷空調(diào)用于船舶雖然沒(méi)有陸用時(shí)的峰谷電價(jià)的優(yōu)惠政策帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，也無(wú)相應(yīng)的政策扶持，但通過(guò)合理選擇蓄冷時(shí)間及優(yōu)良的管理，仍然可以帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。主要體現(xiàn)在不同環(huán)境溫度下蓄冷系統(tǒng)的COP值的變化。5.3.1蒸發(fā)溫度與COP值的關(guān)系蒸發(fā)溫度對(duì)應(yīng)于蒸發(fā)壓力的飽和溫度。蒸發(fā)壓力的大小是由蒸發(fā)器單位時(shí)間的產(chǎn)氣量和壓縮機(jī)間的吸氣量之間的平衡來(lái)決定的。如果蓄冷溫度降低、蒸發(fā)器傳熱不良、或供液不足，則蒸發(fā)量減少，蒸發(fā)壓力就降低。反之，如果蒸發(fā)器的產(chǎn)氣量大，則蒸發(fā)壓力就高。冷凝溫度是對(duì)應(yīng)于冷凝壓力的飽和溫度，冷凝壓力的大小是由壓縮機(jī)的排氣流量與冷凝器的單位時(shí)間冷凝量的平衡來(lái)決定的。如果把壓縮機(jī)吸入壓力提高，質(zhì)量流量增大，冷凝壓力就高，另外冷凝器的換熱能力差，則冷凝壓力也會(huì)升高。圖5-1蒸發(fā)溫度t0變化對(duì)理論循環(huán)的影響對(duì)于容積式軸帶壓縮來(lái)說(shuō)，壓縮機(jī)的理論流量主要取決于主機(jī)的轉(zhuǎn)速。實(shí)際流量還取決于壓縮機(jī)的容積效率。主機(jī)的轉(zhuǎn)速、蒸發(fā)壓力、冷凝壓力及壓縮機(jī)的泄漏途徑等會(huì)影響容積效率，也會(huì)影響軸帶壓縮機(jī)的軸功率和制冷量。圖為其他條件相同時(shí)蒸發(fā)溫度對(duì)理論循環(huán)的影響。假設(shè)蒸發(fā)溫度從t0降低到t0，時(shí)循環(huán)由于某種原因234561改變?yōu)?，2，345，6，1。這時(shí)循環(huán)制冷量稍有降低，即q0’<q0同時(shí)吸氣比容增大，即v1’<v1制冷劑的質(zhì)量流量減小，單位壓縮功增大，即w0<w0’，因而COP值由q0/w0下降為q0’/w0’，由此可以看出COP值明顯降低。一般地說(shuō)空調(diào)工況時(shí)某壓力比時(shí)壓縮機(jī)的軸功率達(dá)到最大值（通常在pk/p0=3左右），壓縮機(jī)的軸功率是否增加應(yīng)視壓力比而定。對(duì)于暖冰蓄冷系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力而言，其值與常規(guī)空調(diào)接近，COP值變化不大。但蓄冷器的傳熱能力比空氣的傳熱能力好得多，其傳熱溫差較小，使裝置的結(jié)構(gòu)更加緊湊。圖5-1蒸發(fā)溫度t0變化對(duì)理論循環(huán)的影響5.3.2冷凝溫度與COP的關(guān)系由圖11-4可見(jiàn)，假設(shè)冷凝溫度從tk升高到t，k，則制冷機(jī)的理論循環(huán)就將由1234561變?yōu)?2，3，4，5，6，1。當(dāng)冷凝溫度升高時(shí)，由于循環(huán)的單位制冷量q0減少即q0’<q0，單位壓縮功增大，即w0<w0’，輸氣系數(shù)也因壓力比的增加而減少，而氣體的比容并未改變，所以qv和Q0都將相應(yīng)減小，壓縮功和功率都將增大，裝置的COP值明顯降低。反之，當(dāng)tk降低時(shí)情況相反。上述分析可知，當(dāng)軸帶壓縮機(jī)蓄冷空調(diào)在圖5-2冷凝溫度tK變化對(duì)理論循環(huán)的影響夜間蓄冷時(shí)，外界氣溫和海水的溫度都比白天低，相應(yīng)的冷凝壓力也低得多，因而具有較高的COP值，具有節(jié)能效果。據(jù)測(cè)定，冷凝溫度每下降10C約可節(jié)能2-3%，按日夜溫差80圖5-2冷凝溫度tK變化對(duì)理論循環(huán)的影響5.3.3制冷循環(huán)中制冷劑過(guò)冷度與COP值的關(guān)系圖5-3回?zé)嵫h(huán)在p-h圖上的表示由于蓄冷過(guò)程安排在夜間進(jìn)行，外界氣溫和海水溫度較白天低，制冷劑在冷凝器出口可獲得較大的過(guò)冷度，由圖可知，當(dāng)其他條件不變時(shí)，過(guò)冷度增加時(shí)，制冷循環(huán)由12345變成1234，5，，單位制冷量增加Δq，單位壓縮功不變，壓縮機(jī)的軸功率不變，制冷系統(tǒng)的COP值增大，制冷量也應(yīng)單位制冷量的增加而增加。由此可見(jiàn)，過(guò)冷度增加有利于系統(tǒng)的節(jié)能和提高制冷能力。圖5-3回?zé)嵫h(huán)在p-h圖上的表示5．4安全環(huán)保分析對(duì)于陸用蓄冷空調(diào)而言，蓄冷空調(diào)的移峰填谷作用，使電網(wǎng)負(fù)荷率提高，發(fā)電機(jī)容量減小，發(fā)電機(jī)在最佳工況下運(yùn)行，降低了燃料消耗，減少了有害氣體和粉塵的排放，減輕了大氣污染。據(jù)日本東京電力公司統(tǒng)計(jì)，日本電網(wǎng)負(fù)荷率每提高1%，可減少200~300Kt左右CO2、SO2等有害物質(zhì)的排放。我國(guó)電力負(fù)荷已超過(guò)日本據(jù)世界第二，電網(wǎng)負(fù)荷率各時(shí)段很不平均，電網(wǎng)負(fù)荷率提高存在著很大空間，可有效減少CO2、SO2等有害物質(zhì)的排放。對(duì)于船舶軸帶蓄冷空調(diào)，由于船舶主機(jī)的油耗率比發(fā)電柴油機(jī)低得多，不完全燃燒產(chǎn)物明顯減少，CO2、SO2的排放也低得多。目前，對(duì)船舶主機(jī)的廢氣排放中的有害物質(zhì)控制國(guó)內(nèi)外有眾多學(xué)者在研究，不久的將來(lái)有大量的科研成果應(yīng)用到船舶，主機(jī)CO2、SO2的排放將得到有效的控制。因而，船舶軸帶制冷壓縮機(jī)暖冰蓄冷空調(diào)的應(yīng)用對(duì)環(huán)境保護(hù)有現(xiàn)實(shí)意義。6結(jié)論蓄冷空調(diào)的推廣使用，對(duì)電網(wǎng)有良好的移峰填谷作用，可充分利用現(xiàn)有的電力資源，降低電網(wǎng)的運(yùn)行成本，減少有害氣體和粉塵的排放，具有節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全的綜合效益。本文通過(guò)將蓄冷空調(diào)應(yīng)用于船舶的研究，提出了軸帶制冷壓縮機(jī)暖冰蓄冷空調(diào)方案，該方案的實(shí)施使船舶空調(diào)系統(tǒng)基本脫離了船舶電站的供電，大幅度降低船舶電站的裝機(jī)容量，節(jié)省船舶投資成本；本方案的多種運(yùn)行模式控制可更好地滿足船舶各種空調(diào)負(fù)荷的要求，多層盤設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)短時(shí)間快速供冷能力可較好滿足會(huì)議室等場(chǎng)所的大負(fù)荷應(yīng)急供冷的要求；系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用降低到不足普通空調(diào)的一半，還可減少了有害物質(zhì)的排放量，并有利于排放物的后處理。本文提出了船舶蓄冷工質(zhì)的熱力性能、物理化學(xué)性能、安全性能及經(jīng)濟(jì)性的要求,并對(duì)適合船舶使用的蓄冷介質(zhì)進(jìn)行了選擇。通過(guò)分析比較現(xiàn)有制冷壓縮機(jī)的工作特點(diǎn)、適用功率范圍和運(yùn)行可靠性，指出了活塞式、螺桿式、渦旋式、離心式等制冷壓縮機(jī)用于軸帶壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題并提出了解決的措施。本文提出的主機(jī)與軸帶壓縮機(jī)液壓耦合方案解決了主機(jī)在變速運(yùn)行時(shí)軸帶壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定問(wèn)題。綜上所述，船舶軸帶制冷壓縮機(jī)暖冰蓄冷空調(diào)方案相比現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)是具有節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全等各方面綜合優(yōu)勢(shì)，具有良好的發(fā)展前景。參考文獻(xiàn)KojiMatsumoto,YoshiharuNamiki,MasashiOkada,etal..Continuousiceslurryformationusingafunctionalfluidforicestorage.InternationalJournalofRefrigeration,2004,27(1):73-81.章學(xué)來(lái)，李瑞陽(yáng)，郁鴻凌等.直接接觸式冰蓄冷試驗(yàn)臺(tái)的研制.暖通空調(diào).2002，32（4）：113-121.葛華才，王世平，呂樹(shù)申等.一元醇類添加物對(duì)R12水合物形成的影響.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，29（3）：1-4.畢月虹，郭廷瑋，朱庭英等.添加劑對(duì)氣體水合物蓄冷過(guò)程影響的實(shí)驗(yàn)研究.應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，11（1）：39-45.肖立全，王世平.間接式水合物蓄冷裝置中傳熱傳質(zhì)過(guò)程分析.暖通空調(diào)，2001，31（2）：68-72.MoCormck,R.A..Useofclathratesforoffpeakthermalenergystorage.1990,Proc.25thIECEC,4:300-305.Yamamoto,N.,etal..Actualfieldtestofanovelcombinedsystemofhighefficiencyheatingandcoolingheatpumpandclathratecoolstorageunit.1994,Proc.29thIECEC,3:933-938.YuehongBi,TingweiGao,TingyingZhu,etal..Influenceofvolumetricflowrateinthecrystallizeronthegashydratecoolstorageprocessinanewgashydratecoolstoragesystem.AppliedEnergy.Articleinpress.張華，李芳.高溫相變共晶鹽潛熱蓄冷介質(zhì)的配制與測(cè)試.暖通空調(diào)HV﹠AC，1999，29（6）：62-64.呂樹(shù)申，李芳明，王世平.氣體水合物蓄冷技術(shù)的應(yīng)用前景.流體機(jī)械，1998，20（8）58-60肖立全，王世平.三元近共沸混合工質(zhì)MP52和MP39的水合物蓄冷研究.液體機(jī)械，2000，28（10）47-51.劉永紅，賈晨霞.蓄冷空調(diào)中的一種有效介質(zhì).建筑熱能通風(fēng)空調(diào).1999年第4期：35-37.舒碧芬，郭開(kāi)華，蒙宗信等.新型“暖冰”蓄冷技術(shù)及其蓄冷空調(diào)應(yīng)用方式.制冷學(xué)報(bào)，2000年第3期：36-40.呂樹(shù)聲，王世平，鄧頌九.氣體水合物蓄冷技術(shù).節(jié)能技術(shù)，1995年第4期：5-10張奕，舒碧芬.R141b和R142b水合物結(jié)晶動(dòng)力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)研究.甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，29（1）：57-60.趙鎮(zhèn)南，時(shí)雨荃，張毅等.相變?nèi)闋钜涸谏咝喂苤械牧鲃?dòng)和傳熱特性.工程熱物理學(xué)報(bào).2002，23（6）：730-732.趙鎮(zhèn)南，吳挺，時(shí)雨荃等.相變?nèi)闋钜旱?/p>