海水集中换热器自流冷却范围确定方法及船舶

技术领域

本发明是关于船舶数字化控制技术领域，特别是关于一种海水集中换热器自流冷却范围确定方法及船舶。

背景技术

船舶机械、电力、电子、制冷等设备在运行过程中不断产生热量，需要通过船舶通海冷却系统带走，使这些设备在一定温度范围内正常可靠运行。机械类设备主要包括柴油机气缸、活塞、轴承等；电力类设备主要包括推进电机、电动泵、变频器等；电子类设备主要是芯片、电路板等；制冷类设备主要是空调等。此外，轴承润滑需要的润滑油也需要通过通海冷却系统进行冷却。为了减少海水对船舶设备和管路的腐蚀和污损，现代船舶逐渐采用了分级冷却技术，称为中央冷却系统，其特征是增加中间淡水回路，以淡水冷却舱室内设备，通过海水集中换热器来冷却淡水。采用集中冷却后，船舶仅需要设置两台并联的海水集中换热器和相应的通海管路，因此通海管路长度大幅缩短，提升了安全可靠性，减轻了维修保障压力。

船舶通海冷却系统的能源消耗可占全船辅机系统能耗的10％，因此其设计和运行模式的优化对船舶的节能减排具有重要意义，目前的主要节能措施是通过海水泵的变频调速实现冷却水量与淡水冷却需求相平衡。目前有必要确定海水集中换热器的自流冷却范围，以实现船舶精细化控制，支撑通海冷却系统节能运行。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海水集中换热器自流冷却范围确定方法及船舶，通过测量海水进口温度和淡水出口温度，能够不断修正海水集中换热器自流冷却的海水温度限值，从而实现海水泵适时进行启动和停机的切换，保证了通海冷却系统高效运行，对船舶运行具备良好的经济价值。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种海水集中换热器自流冷却范围确定方法，应用于一种海水集中换热器自流冷却范围确定系统，所述系统包括控制器、供电开关、第一温度传感器、第二温度传感器以及依次连接的海水泵、海水集中换热器和淡水回路，其特征在于，所述方法包括：步骤S100，获取海水集中换热器的淡水出口温度限值；步骤S200，获取海水集中换热器的自流冷却海水温度上限的初始值；步骤S300，获取海水温度和海水集中换热器的淡水出口温度；步骤S400，判断是否启动海水泵或停运海水泵；步骤S500，当海水泵停运时，通过海水温度和淡水出口温度对自流冷却海水温度上限进行校正；步骤S600，返回步骤S300。

在本发明的一实施方式中，步骤S100，包括：步骤S101，设置所述海水集中换热器的所述淡水出口温度限值；步骤S102，所述控制器获取所述海水集中换热器的所述淡水出口温度限值。

在本发明的一实施方式中，步骤S200，包括：步骤S201，获取预设航速下所述海水集中换热器的冷侧自流流量、热侧淡水流量、淡水回路热负荷和海水集中换热器换热面积；步骤S202，利用热平衡关系式，生成所述自流冷却海水温度上限的所述初始值；步骤S203，所述控制器获取所述自流冷却海水温度上限的所述初始值。

在本发明的一实施方式中，步骤S300，包括：步骤S301，所述第一温度传感器测量所述海水温度；步骤S302，所述第二温度传感器测量所述海水集中换热器的所述淡水出口温度；步骤S303，所述控制器获取所述海水温度和所述淡水出口温度。

在本发明的一实施方式中，步骤S400，包括：步骤S401，预设第一条件和第二条件；步骤S402，当满足所述第一条件时，所述控制器控制所述海水泵停止运行；步骤S403，当满足所述第二条件时，所述控制器控制所述海水泵启动。

在本发明的一实施方式中，第一条件为：t

在本发明的一实施方式中，第二条件为：t

在本发明的一实施方式中，步骤S500，包括：步骤S501，当所述海水泵停止运行时，通过t

第二方面，本发明提供了一种船舶，包括一种海水集中换热器自流冷却范围确定系统，所述系统采用如上所述的海水集中换热器自流冷却范围确定方法。

与现有技术相比，根据本发明的海水集中换热器自流冷却范围确定方法及船舶，通过测量海水进口温度和淡水出口温度，能够不断修正海水集中换热器自流冷却的海水温度限值，从而实现海水泵适时进行启动和停机的切换，保证了通海冷却系统高效运行，对船舶运行具备良好的经济价值。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种海水集中换热器自流冷却范围确定方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一中的一种海水集中换热器自流冷却范围确定方法的逻辑流程示意图；

图3是本发明实施例一中的一种海水集中换热器自流冷却范围确定系统的结构示意图。

主要附图标记说明：

1-海水泵，2-海水集中换热器，3-海水温度传感器，4-淡水温度传感器，5-控制器，6-供电开关。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

为了方便理解，首先将本发明各实施例的主要实现构思进行简单表述。

船舶通海冷却系统的能源消耗可占全船辅机系统能耗的10％，因此其设计和运行模式的优化对船舶的节能减排具有重要意义，目前的主要节能措施是通过海水泵的变频调速实现冷却水量与淡水冷却需求相平衡。硕士论文《船舶中央冷却系统节能研究》还提出采用淡水泵与海水泵同步变频运行以进一步降低能耗。除此之外，利用船舶航行迎流压力产生自流压头是一种具有前景的节能方式，其能降低海水泵扬程需求，在相同流量下节省泵功乃至完全停运，停运条件取决于船舶运行工况和海水温度，有必要确定海水集中换热器的自流冷却范围，以实现船舶精细化控制，支撑通海冷却系统节能运行。

发明人通过发现如前背景技术所述技术缺陷，进而希望能够寻找到一种方式可以实现海水泵适时进行启动和停机的切换，保证了通海冷却系统高效运行，对船舶运行具备良好的经济价值。

为了解决现有技术中存在的海水泵能耗过高，且无法根据实际需求对海水泵进行启泵或停机，没有确定海水集中换热器的自流冷却范围，无法实现船舶精细化控制的技术问题，本发明的发明人经过创造性的劳动，得到了本发明一种海水集中换热器自流冷却范围确定方法及船舶。

实施例一

图1是本发明实施例一中的一种海水集中换热器自流冷却范围确定方法的流程示意图；图2是本发明实施例一中的一种海水集中换热器自流冷却范围确定方法的逻辑流程示意图；图3是本发明实施例一中的一种海水集中换热器自流冷却范围确定系统的结构示意图。如图1至图3所示，实施例一提供的一种海水集中换热器自流冷却范围确定方法，应用于一种海水集中换热器自流冷却范围确定系统，所述系统包括控制器、供电开关、第一温度传感器、第二温度传感器以及依次连接的海水泵、海水集中换热器和淡水回路。

具体的，海水集中换热器包括海水换热器和淡水换热器，海水换热器内的海水用于对淡水换热器内的淡水进行冷却，海水换热器包括海水进水口和海水出水口，淡水换热器包括淡水进水口和淡水出水口；海水泵的入口连接海水进口，海水泵的出口通过第一管路与海水进水口相连接；淡水回路的两端分别通过第二管路和第三管路与淡水进水口和淡水出水口相连接；第一温度传感器设置于海水集中换热器的海水进水口外侧(海水泵之前的通海管路上)，用以实时测量海水温度；第二温度传感器设置于第三管路上，用以实时测量淡水出口温度；控制器分别与第一温度传感器、第二温度传感器及供电开关电性连接；供电开关与海水泵电性连接；其中，控制器存储海水集中换热器自流冷却的海水温度限值t

海水集中换热器自流冷却范围确定方法包括：

步骤S100，获取海水集中换热器的淡水出口温度限值。

具体的，设置海水集中换热器热侧淡水出口温度限值t

步骤S200，获取海水集中换热器的自流冷却海水温度上限的初始值。

具体的，根据航速估算自流冷却情况下使海水集中换热器热侧淡水出口温度达到其限值t

步骤S300，获取海水温度和海水集中换热器的淡水出口温度。

具体的，测量海水温度t

步骤S400，判断是否启动海水泵或停运海水泵。

具体的，定义海水泵停泵和启泵运行逻辑，即当海水温度t

步骤S500，当海水泵停运时，通过海水温度和淡水出口温度对自流冷却海水温度上限进行校正。

具体的，当海水泵停止运行时，通过t

步骤S600，返回步骤S300。

基于上述分析可知，按照上述方法，在船舶运行过程中能够不断对海水温度限值t

在本实施例中，步骤S100，包括：

步骤S101，设置所述海水集中换热器的所述淡水出口温度限值；

步骤S102，所述控制器获取所述海水集中换热器的所述淡水出口温度限值。

在本实施例中，步骤S200，包括：

步骤S201，获取预设航速下所述海水集中换热器的冷侧自流流量、热侧淡水流量、淡水回路热负荷和海水集中换热器换热面积；

步骤S202，利用热平衡关系式，生成所述自流冷却海水温度上限的所述初始值；

步骤S203，所述控制器获取所述自流冷却海水温度上限的所述初始值。

具体的，估算该航速下海水集中换热器冷侧自流流量G

其中

Δt

其中t

由于Q、G

在本实施例中，步骤S300，包括：

步骤S301，所述第一温度传感器测量所述海水温度；

步骤S302，所述第二温度传感器测量所述海水集中换热器的所述淡水出口温度；

步骤S303，所述控制器获取所述海水温度和所述淡水出口温度。

在本实施例中，步骤S400，包括：

步骤S401，预设第一条件和第二条件；

步骤S402，当满足所述第一条件时，所述控制器控制所述海水泵停止运行；

步骤S403，当满足所述第二条件时，所述控制器控制所述海水泵启动。

在本实施例中，第一条件为：t

在本实施例中，第二条件为：t

在本实施例中，步骤S500，包括：

步骤S501，当所述海水泵停止运行时，通过t

步骤S502，若t

步骤S503，若t

基于以上可知，针对集中式通海冷却系统精细化节能运行需求，为确定海水集中换热器自流冷却范围，本实施例提供的海水集中换热器自流冷却范围确定方法，可根据海水进口温度和淡水出口温度修正海水集中换热器自流冷却的海水温度上确界。

第二方面，本发明提供了一种船舶，包括一种海水集中换热器自流冷却范围确定系统，所述系统采用如上所述的海水集中换热器自流冷却范围确定方法。

在实际应用中，具体计算示例如下：

某船舶采用全封闭式中央冷却系统，海水集中换热器换热面积A为1000m

根据步骤S100，设置海水集中换热器热侧淡水出口温度限值t

根据步骤S200，估算海水温度t

根据步骤S300，测量得到此时的海水温度t

根据步骤S400，取温度间隔Δt为2℃，假定当前海水泵运行，由于t

根据步骤S500，海水泵停运后，测量得到此时海水集中换热器淡水出口温度t

总之，本发明的海水集中换热器自流冷却范围确定方法及船舶，通过测量海水进口温度和淡水出口温度，能够不断修正海水集中换热器自流冷却的海水温度限值，从而实现海水泵适时进行启动和停机的切换，保证了通海冷却系统高效运行，对船舶运行具备良好的经济价值。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。