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冷却系统在船舶与海洋工程上的应用

作者 :窦海兵更新时间:2021-10-21

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摘要:由于我国船舶与海洋工程系统的快速发展,传统的冷却系统已经无法满足当今船舶与海洋系统的需求。目前,我国的冷却系统由于缺乏相关经验的支持, 在应用的过程中出现了较多的问题,阻碍了船舶以及海洋工程的发展。基于此,本文将对几种目前应用较为广泛的冷却系统进行多个方面的研究对比。进而得出一 个应用价值较高的冷却系统。

关键词:冷却系统:船舶与海洋工程;应用
前言:冷却系统是船舶与海洋工程系统中的重要组成因素,其作 用是将整个海洋系统中的运行设备保持在一个相对稳定的温度范围 内。由于设备运行过程中会产生一定的热量,如果热量无法及时的散 发出去,将会严重影响设备的正常运行,进而对船舶与海洋系统的安 全运行造成一定的影响。由此可以看出,冷却系统对于整个船舶与海 洋工程系统来说具有重要的意义。

一、船舶与海洋工程中冷却系统的运行原理 (一)风冷式冷却系统 风冷式冷却系统的应用原理主要是利用发电机等动力源,带动冷 却系统中的风扇以及散热系统的运行,利用空气间的对流作用,对设 备产生的热量进行散播,将设备产生的多余热量通过风扇进行散发, 达到降低温度的效果。由于水和空气的特殊性质,导致了风冷散热需 要的热量远远大于正常散热需要的热量。 (二)管壳式冷却系统 管壳式的冷却系统大致分为两个部分,一个部分为管程,一个部 分为管壳。管程指的是流体通道在换热管道内,管壳指的是流体通道 在换热管道外。当管程和管壳内的流体温度相差较大时,热量会进行 交换,温度高的流体会将热量传递给温度低的流体,使自身的温度降 低,而温度低的流体会由于吸收了温度高的流体的热量,所以温度会 上升。温度高的流体由于将温度传递给了温度低的流体,所以自身的 温度有所下降,完成了系统的冷却。 (三)板式冷却系统 板式冷却系统主要组成部分包括通道板。端板,盲板等。通道板 被夹在盲板和端板之间,形成了几个相互分隔开的空间。通道板内为 了使传热介质能够从通道板内通过,在通道板的四个角内分别开设了 圆孔。其中,在通道板和端板之间夹着的是密封结构。由于通道板的 圆孔周围设置了密封垫片槽,所以当介质通过通道板时,只能从一个 板腔流到与之相隔的板腔内,并不能在相邻的两个板腔之间进行流 动,从而使被加热介质充分的进行加热,完成热量的传递。另外,由 于板间的流到断面的形状较为复杂,并且具有的导热系数较高,所以, 流体在经过的过程中,流动的速度和方向在不停的变化,当流速降低 时会产生涡流,进一步的对传热效果进行了加强。

二、冷却系统在船舶与海洋工程应用中的功能分析 (一)冷却速率 传热系数的高低决定着冷却速率的大小。板式冷却系统相比于管 壳式冷却系统来说具有较高的传热系数,通常情况下,板式冷却系统 的传热系数与管壳式冷却系统相比会高出四到五倍以上。在换热面积 相同的情况下,板式冷却系统的流通面积相对于管壳式冷却系统来说 会增加五倍左右。板式冷却系统在传导温差方面,小的温差是一到 三度,而管壳式冷却系统的小温差为三到五度。在风冷冷却系统中, 由于制冷需要的能量较大,所以相对于其他两个冷却系统来说,应用 的价值并不是很高[1]。 (二)占地面积 在板式冷却系统和管壳式冷却系统之间相比较,板式冷却系统的 占地面积约为管壳式冷却系统的十分之一,并且在相同体积内的换热 面积是管壳式冷却系统的三到五倍。管壳式冷却系统在运行的过程中 需要预留出一部分的检修场地,这在一定程度上增加了管壳式冷却系 统的占地面积。并且,由于板式冷却系统的板片厚度相比于管壳式冷 却系统来说要薄得多,所以,在运行效率相同的情况下,板式冷却系统的重量要比管壳式冷却系统的重量小很多。但是,风冷式冷却系统 虽然在冷却速率方面相对于前两者来说相差较多,但是,在占地面积 方面比其他两种冷却系统的占地面积都小,适合应用在多种冷却系统 相互组合的下。 (三)纳污系数 板式冷却系统由于板间内的流体的流速较快,流体间的杂质不容 易停留在板间管道内,并且,由于板式冷却系统中的换热面是由不锈 钢制成的,表面较为光滑,导致杂质很难附着在管道表面。而管壳式 的冷却系统由于管道结构较为复杂,流体的流速缓慢,加上对管道的 清洗比较困难,所以,相对于板式冷却系统来说纳污系数较高。 (四)运行成本 由于海上的运行环境较为潮湿,金属极易与空气中的物质发生化 学反应。所以,在选择制造材料的时候要选择具有较高防腐性能的材 料,正是因为这个原因,船舶与海洋工程上的冷却系统制造成本要比 陆地上的制造成本高很多。其中,板式冷却系统的原料价格相对于其 他两种冷却系统来说较低,并且在制造的过程中进行的机械加工较 少,所以相对于管壳式的冷却系统来说制造成本较低。另外,由于板 式冷却系统经过了转化膜的处理,可有效的应对氯离子的腐蚀,所以, 使用寿命相对来说比较长。风冷式的冷却系统相对于其他两种冷却系 统来说结构较为简单,采用的材料一般为全铝式的防腐材料,所以价 格也相对较低。单从经济角度考虑,风冷式冷却系统的运行成本低。
 三、冷却系统在船舶与海洋工程中的应用结构 (一)风冷式冷却系统的结构 风冷式冷却系统的结构具有较强的整体性,其运行方式主要通过 液压马达对散热器进行驱动,制造出较强的空气对流,达到散热的目 的, (二)管壳式冷却系统 管壳式冷却系统放入主要组成结构包括变矩冷却器、燃油冷却器 以及高低水温冷却器三种。冷却原理分为两种,一种是通过高低水温 的交换进行冷却。另一种是通过将燃油冷却器、大泵油冷却器以及变 矩冷却器进行组合,对介质进行冷却。 (三)板式冷却系统 板式冷却系统的主要组成部分是在管壳冷却系统的基础上增加 一个大泵油冷却系统。在板式冷却系统运行的全部过程中,首先要求 冷却系统的设计通过国家规定的相关标准,其次,在对膨胀水进行处 理的之前,要进行密封处理。后,板式冷却系统在正式运行之前要 进行耐压测试,并且对全部零件进行检查,确保管道内没有残留的杂 物等[2]。 结论:本文首先对三种常用的冷却系统的运行原理进行了简单的 介绍。其次,对三种冷却系统的功能进行了具体的分析,包括占地面 积、纳污系数等方面。后,对三种冷却系统的组成结构进行研究。 通过以上几个方面的对比,得出了板式冷却系统具有较高的应价值。 为冷却系统在今后船舶与海洋系统中的应用奠定基础。

参考文献: [1]郑荣才,王强,黎琼,窦玉宝,赵小明.动力定位系统在海洋工程船 舶上的应用[A].中国科学技术协会,2015:5. [2]何兴.母线系统在海洋工程及船舶上的应用[J].广东造 船,2000,Z1:44-46.

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