船舶教学实验冷库的设计与建造

２００８年第２期　青岛远洋船员学院学报　ＶＯＬ．２９　ＮＯ．２　文章编号：１６７１—７９９６（２００８）０２—００６３—０４　船舶教学实验冷库的设计与建造　何昌伟　叶晓华　（青岛远洋船员学院机电系，山东青岛２６６０７１）　提要：本文结合船舶教学实验冷库的设计与建造实践，阐述了冷库的设计思路、船舶教学　冷库设计应考虑的问题及设计原则，进行了制冷系统的设计计算，以及系统的安装和调试。新　冷库设计安装完成后的热工性能实验表明，新冷库系统比原有冷库匹配合理，制冷效果和降温　试验满足相关要求。学员通过新冷库的实操训练，能够达到ＳＴＣＷ７８／９５公约所规定的对船舶　伙食冷库使用和管理的基本要求。　关键词：船舶冷库船舶制冷设计建造　中图分类号：Ｕ６６４　文献标识码：Ａ　船舶伙食冷库作为重要的船舶辅助机械，其能　电磁阀，分别由温度继电器控制。　否正常运行，影响到全体船员的正常生产生活，根　该系统采用电热融霜，融霜时间及时间间隔　据＜＜ＳＴＣＷ７８／９５））公约的要求，轮机员不仅应能正确　由融霜定时器控制，融霜时也可根据实际情况进　地进行冷库运行的基本操作，还要能准确判断及排　行手动操作。本系统压缩机的启停由低压继电器　除系统可能发生的故障，这对轮机员来说往往是一　控制，系统中设有高压及油压保护。　个不小的困难。我院作为中远集团船员培训基地，　担负着为中远输送远洋船员和培训在职船员的双　重任务，因此投资建设一个教学实验冷库，对提高　教学及培训质量非常必要。基于这样一个冷库设　计与建设的实践，本文主要探讨船舶冷库设计与建　造中应考虑的原则及应注意的问题。　１新冷库设计方案　考虑到一机带多库是大多数船舶冷库制冷系　统采用的方式，新建冷库的制冷系统采用一机带　两库，即一个高温库和一个低温库的制冷方式。　冷库间采用土建式冷库间。其制冷系统如图１所　图１　新冷库的制冷系统原理图　示。该制冷系统采用两台活塞式制冷压缩机组，　２冷库热负荷计算　压缩机、滑油分离器和气液分离器安装在冷凝器　冷库热负荷的计算是选用制冷机组及其它有　上，组成压缩冷凝机组，冷却水由专用冷却水泵供　关设备的依据。　给。运行时一台工作，另一台备用。蒸发器均采　船舶伙食冷库为非生产性冷库，仅用于食品的冷　用冷风机式，高温库回气管上设有背压阀，以提高　藏储存，其流入冷库的负荷可归纳为以下几种¨］：　高温库的蒸发压力，低温库回气管路上设有止回　①渗入热Ｑ　。由于室内外温差通过围护结构　阀。在各冷库间蒸发器的供液管路上都设有供液　流人冷库间的热量，称为渗入热，用Ｑ　表示，单位　收稿日期：２００８—０５—２６　第一作者简介：何昌伟（１９７０一　）。男，硕士。副教授　・６３・　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第２期　青岛远洋船员学院学报　ＶＯＬ．２９　ＮＯ．２　Ｗ。　制冷量应为７．２　ｋＷ。压缩机的设计运行工况为ｔ　②货物热Ｑ：。由于货物在库内冷却和储存时　＝４０℃，ｔ。＝一２５℃。在该工况下与制冷量７．２ｋＷ最　释放的热量，称为货物热，用Ｑ：表示，单位ｗ。　接近的压缩机型号为ＬＡ６０—０５００型，该型号的压　③换气热Ｑ，。冷库通风换气和打开库门时外　缩机在ｔ　＝０℃，ｔ。＝一２５℃的工况条件下的制冷　界空气带人的热量，用Ｑ　表示，单位ｗ。　量为７．１９ｋＷ，因此我们选用该型号的压缩机。　④操作热Ｑ　。库内循环风机、照明设备所产　５冷凝器的选型　生的热量，用Ｑ　表示，单位ｗ。　由于水源充分，船舶冷库一般选用卧式壳管　以上四种热量组成了船舶冷库的热负荷Ｑ＝　式冷凝器，因此该教学实验冷库也采用这种形式。　Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＋Ｑ４。　冷凝器的选择计算包括确定冷凝器的传热面积，　船舶冷库的热负荷与环境温度、冷库的隔热　冷却水流量及冷却水在冷凝器中的阻力损失。冷　性能及装载货物的情况等因素有关。根据冷库的　凝器选择的总原则是传热面积Ｆ应能满足实际运　具体尺寸，并查阅相应的冷库设计规范，求得冷库　行的最大负荷工况要求，并有一定的裕量。根据　的热负荷为：　这一原则我们选择的冷凝器型号为：ＷＮ一２．０２型　低温库的热负荷为：Ｑ：４．１ｋＷ；高温库的热　号的冷凝器。　负荷为：Ｑ＝２．２ｋＷ。　６热力膨胀阀选型　３蒸发器的选型　热力膨胀阀的选型原则为：　船舶冷库一般采用空气自然对流的冷却排管　（１）根据蒸发器中压力降的大小及有无分液　式蒸发器和空气强制对流的冷风机式蒸发器。冷　头来确定热力膨胀阀的型式。　风机式蒸发器具有冷却效率高，降温速度快，冷库　考虑到我们的教学实验冷库蒸发器均采用冷　内部温度均匀，结构紧凑，材料消耗少，制冷剂充　风机的型式，其制冷剂在管内流动阻力较大，且带　注量少等优点。目前新造船舶冷库采用带有自动　有分液器，因此新冷库采用外平衡式热力膨胀阀　融霜装置的冷风机替代老式的蛇形盘管式蒸发　作为节流机构，同时用手动节流阀与之并联，作为　器，用风机强制空气循环的方式冷却食品，已成为　备用节流机构。　船舶冷库蒸发器选用的趋势。因此新冷库的蒸发　（２）膨胀阀的容量应与其所对应的蒸发器容　器我们选用冷风机式。　量相匹配。　冷风机在使用不同的制冷剂种类及不同的工　根据这一原则，我们选择高温库的膨胀阀型　况下，其制冷量是不同的。即它的制冷量不仅与　号为ＴＥＸ２～０．７，流口编号为０１。低温库的膨胀　制冷剂种类有关，还与进风温差△ｔ及冷库内空气　阀型号为ＴＥＸ２—０．８，流口编号为０３。　的湿度有关。在综合考虑这些因素及冷库热负荷　７冷库制冷系统的安装　大小的情况下，我们选择的冷风机的型号分别为：　由于压缩冷凝机组是由压缩机、滑油分离器、　低温库冷风机的型号为：ＤＬ一３．０／１５，其名义　冷凝器、储液器等组成的一个整体机组，因此冷库　制冷量为３　ｋＷ；冷却面积１５ｍ　；　制冷系统的设计安装主要是管路的设计安装。设　高温库冷风机的型号为：ＤＤ一５．６／３０，其名义　计安装的原则是，既要有利于提高装置的制冷性　制冷量５．６　ｋＷ；冷却面积３０ｍ　。　能，又要便于教学训练的实施。　４压缩机的选型　管路的设计是指管路布置、管路走向和坡度　制冷压缩机在不同的运行工况下，其制冷量　的确定、管件配置以及管径的确定。其中管路的　是不一样的。对压缩机进行选型，必须首先确定　布置要考虑到训练的方便，应尽可能地将管路中　压缩机的运行工况，其中主要是蒸发温度和冷凝　的阀件安装在一个阀板上，增加教学的直观性和　温度的确定。同时应求出压缩机在该工况下的制　操作的方便性。而管路中管件的配置及管径大小　冷量。　的确定是管路设计的重要方面，也是影响制冷性　由于船舶冷库的制冷压缩机一般设计成间断　能的重要因素。从管路系统的造价来看，希望管　工作的方式，因此选用压缩机的制冷量应比计算出　径愈小愈好；但是管径越小，管路压力降就越大，　来的各库热负荷之和要大。经计算制冷压缩机的　从而造成系统制冷量下降，性能系数下降。另外　・６４．　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第２期　青岛远洋船员学院学报　ＶＯＬ．２９　ＮＯ．２　管径大小还会影响系统中的润滑油能否顺利返回　８教学实验冷库的试运转　压缩机。如果管径选的太大，则管内流速不够大，　教学实验冷库制冷系统的设备及管道安装完　不能将润滑油携带回压缩机，这将会导致压缩机　毕后，需要进行试运转，以便对整个系统进行检查　缺油，造成压缩机的损坏。　和验收。在试运转前需进行系统排污、气密试验、　安装完毕后的冷库系统如图２所示。　真空试验、充注冷剂等操作。并进行运转前的调　试，包括自控元件控制参数的设定，自控元件灵敏　度的测定，制冷装置运行参数的调试等，使蒸发压　力，冷凝压力和过热温度等稳定在合适的范围内，　以提高装置的制冷量和制冷系数，使冷库温度符　合要求。　９教学实验冷库热工性能实验及其分析　为了检验所设计的冷库制冷系统匹配是否合　理，冷库建造安装是否恰当，应对新建冷库进行空　库降温试验。试验目的在于检验冷库能否冷却到　预定温度，以检验系统设计容量匹配情况是否合　理；同时检测新冷库空库降温速度是否符合要求。　各种库温下空库的降温速度应符合表１的规　图２安装完毕后的新冷库系统　定。　Ｔａｂ．１　Ｆａｌｌｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｅｍｐｔｙ　ｃｏｌｄ　ｓｔｏｒｅ　＼库温℃　＼＼　一２～＋１２　—１０～一２　—２０～一ｌ０　—３０～一２０　库容ｍ。＼＼＼　１ｏｏ　１（小时）　１．５（小时）　２．５（小时）　３．５（小时）　１０１　５０ｏ　２．０（小时）　２．５（小时）　３．５（小时）　５．０（小时）　我们专门对新建冷库进行了空库降温试验。　大，能满足冷库降温速度要求。　试验数据测试和采集系统略，试验结果见冷库降　另外，在降温过程中，本试验在最低负荷时的　温曲线图（图３）。　吸气压力约为０．０５ＭＰａ，仍大于０　ＭＰａ，说明压缩　机的制冷量不是太大，避免了低负荷时“大马拉小　车”所造成的在库温未达下限时频繁停车的现象。　因此该系统制冷量的匹配是合理的。　１０结论　新建冷库具有以下结构性能特点：　（１）新冷库制冷系统经试验验证能达到设计　库温的要求，空库降温速度基本符合要求，运行参　数在正常范围内，说明整个制冷装置的性能匹配　较为合理。　（２）新冷库采用电热融霜，可实现自动融霜，　融霜操作更加方便。　图３冷库降温曲线　（３）新冷库压缩机采用半封闭式活塞压缩机，　由试验结果可知，低温库在２小时４０分钟内　密封性能较旧冷库压缩机好，同时噪音较低。　库温由２０￣Ｃ降到一１８￣Ｃ；高温库在１小时内，库温　（４）新冷库采用冷风机式蒸发器，使得冷库的　由２０￣Ｃ降到Ｏ￣Ｃ。由此可见，压缩机制冷量足够　降温速度较快。　・６５・　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第２期　青岛远洋船员学院学报　ＶＯＬ．２９　ＮＯ．２　（５）新冷库的结构布局更加开阔，适合于教学　９５公约和９７规则所规定的对船舶伙食冷库使用　的需要。　和管理的基本要求。　新冷库能够完成以下实验及操作训练内容：　１）实操训练项目：　参考文献：　（１）制冷装置的启动与停用。　［１］费千．船舶辅机［Ｍ］．大连：大连海事大学出版　（２）制冷剂的充人、转移与部分取出。　社，２０００．　（３）滑油的添加与更换。　［２］卢永华．船用冷风机及冷库设计［Ｍ］．机电设　（４）系统中不凝性气体的排除。　备．２０００，５．　（５）干燥剂的更换。　［３］吴业正．小型制冷装置设计指导［Ｍ］．北京：机　（６）冷风机的手动融霜操作。　械工业出版社，１９９８．　（７）热力膨胀阀初始过热度的调整。　［４］冯玉琪．新编实用空调制冷设计、选型、调试维　２）实验项目：　修手册［Ｍ］．北京：电子工业出版社，１９９７．　（１）制冷系统热力经济指标的测试。　［５］徐庆磊．中国冷藏库建造技术的进展［Ｊ］．冷藏　（２）温度条件对制冷系统工作的影响。　技术．２００５，６　（３）制冷系统冰塞和脏堵对制冷工作的影响。　［６］郭庆堂．实用制冷工程设计手册［Ｍ］．北京：中　（４）制冷系统的安全保护实验。　国建筑工业出版社，１９９３．　通过这些训练实践，学员能够达到ＳＴＣＷ７８／　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｂｕｉｌｄ　ｏｆ　Ｔｅａｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｍａｒｉｎｅ　Ｃｏｌｄ　Ｓｔｏｒｅ　ＨＥ　Ｃｈａｎｇ——Ｗｅｉ　ＹＥ　Ｘｉａｏ——ｈｕａ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍａｒｉｎｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｏｃｅａｎ　Ｓｈｉｐｐｉｎｇ　Ｍａｒｉｎｅｒｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，　Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０７　１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｇｉｖｅｓ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｓｃｅｎａｒｉｏ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｂｕｉｌｄ　ｏｆ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｘ—　ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｍａｒｉｎｅ　ｃｏｌｄ　ｓｔｏｒｅ．Ｗｉｈｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｔｅ　ｌａｔｅｓｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｔｅ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｔｅａｃｈｉｎｇ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｎｅｗ　ｃｏｌｄ　ｓｔｏｒｅ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｌｏａｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｌｄ　ｓｔｏｒｅ．Ｔｈｅ　ｓｕｉｔｅｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ，ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ，ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ　ａｎｄ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｖａｌｖｅ　ａｒｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｄｅｓｉｎｇｅｄ．Ａｆｔｅｒ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｕｎｉｔ　ｉｓ　ｉｎｓｔｌａｌｅｄ　ａｎｄ　ａｄｊｕｓｔｅｄ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ｓｕｒｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｐｒｏｐｉｔｉｏｕｓ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ　ｆｏｒ　ｔｒａｉｎｉｎｇ．Ｆｉｎａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｃｏｌｄ　ｓｔｏｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｔｅｓｔｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｍｐ￣ｅｄ　ｗｉｈｔ　ｔｈｅ　ｏｌｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｅｓｔ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍａｔｃｈｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｒｅ—　ｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｎａｄ　ｈｔｅ　ｎｅｗ　ｃｏｌｄ　ｓｔｏｒｅ　ｉｓ　ｕｐ　ｔｏ　ｈｔｅ　ｍｕｓｔａｒｄ．Ｗｉｈｔ　ｔｈｅ　ｈｅｌｐ　ｏｆ　ｒｔａｉｎｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｌｄ　ｓｔｏｒｅ，ｔｈｅ　ｓｔｕｄｅｎｔｓ　ｗｉｌｌ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｅｓｓｅｎｔｉａｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ＳＴＣＷ　７８／９５　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ　ｏｎ印ｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅ—　ｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｒｉｎｅ　ｃｏｌｄ　ｓｔｏｒｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｒｉｎｅ　ｃｏｌｄ　ｓｔｏｒｅ，ｍａｒｉｎｅ　ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ，ｄｅｓｉｇｎ，ｂｕｉｌｄ　・６６・