船舶制冷系統(tǒng)的動態(tài)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)【開題報告】

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報告電氣工程及其自動化船舶制冷系統(tǒng)的動態(tài)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義隨著科技的發(fā)展，制冷技術(shù)已廣泛的應(yīng)用到工業(yè)，農(nóng)業(yè)，交通運(yùn)輸業(yè)等方面，已成為我國生產(chǎn)，生活，經(jīng)濟(jì)上不可分割的一個科技范疇。造船和船舶運(yùn)輸時國民經(jīng)濟(jì)的重要部門，制冷及時得到了普遍應(yīng)用。如，船舶運(yùn)輸貨物，食品冷藏。由于船舶航距離長，周期長，易腐貨物必須冷藏才能保質(zhì)地運(yùn)輸?shù)诌_(dá)目的港，同時船上船員在續(xù)航期間生活上必須得到保障，需要有制冷技術(shù)，一保證一定新鮮食品和飲料的供應(yīng)。又如船上的空氣調(diào)節(jié)，在夏

2、天氣候炎熱，需要通過制冷技術(shù)產(chǎn)生冷源以保證生活所必需的人工氣候條件。在特種船舶上也有廣泛的應(yīng)用。如在漁船上，漁船出海捕魚，在先階段，捕魚業(yè)已向遠(yuǎn)洋發(fā)展，漁場廣闊，海上作業(yè)周期長，為保證魚的新鮮完好，則必須在船上設(shè)置制冷裝置，尤其對較大魚類，如金槍魚等，都要實(shí)現(xiàn)魚品的冷凍和加工，才能保證較好的經(jīng)濟(jì)效益。海洋是人類的巨大寶庫之一，為開發(fā)海洋資源，需要進(jìn)行海洋考察，建造海洋考察船，深水探測器，以及海上采掘建筑等設(shè)施，為保證這些船舶作業(yè)條件，需實(shí)施安裝制冷與空氣調(diào)節(jié)裝置。近年來，在國際上出現(xiàn)專門運(yùn)輸天然氣的槽

3、船日益增多，由于它在運(yùn)輸過程中有特殊要求，在這些船上安置氣體再液化設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)液化氣的安全儲運(yùn)。在海軍建設(shè)中更是廣泛應(yīng)用，保證艦艇戰(zhàn)斗續(xù)航力及某些彈藥的安全貯存等等都必須設(shè)置制冷裝置。制冷技術(shù)在近代船舶上的廣泛應(yīng)用，對船舶的營運(yùn)效益和船員，旅客工作及愉快旅行都具有正要意義，在目前制冷裝置已成為船舶上不可缺少的重要設(shè)備。3關(guān)于制冷技術(shù)，他的發(fā)展亦經(jīng)歷著幾個階段，早期是局部控制，如在蒸發(fā)器回路上利用溫度控制與電磁閥等元件，實(shí)現(xiàn)被冷卻對象的溫度控制屬雙位式自動狀態(tài)，后來發(fā)展壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)，隨著熱負(fù)荷大小，

4、可以通過打開壓縮機(jī)的排氣的辦法以增減壓縮機(jī)的運(yùn)行氣缸數(shù)以實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)，當(dāng)然也包括壓縮機(jī)的起停及自動調(diào)節(jié)冷卻水量的控制?，F(xiàn)在已發(fā)展全自動過程，探索利用可編程序控制器及變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行設(shè)備元件的更新。近幾年來日本采用變蒸發(fā)器溫度控制及進(jìn)行參數(shù)的自動修改技術(shù)，當(dāng)然負(fù)荷大時，使系統(tǒng)運(yùn)行在較低蒸發(fā)溫度，這樣可以提高蒸發(fā)器制冷能力，反之當(dāng)熱負(fù)荷較小時提高蒸發(fā)溫度，蒸發(fā)器產(chǎn)冷量減少可使制冷裝置的運(yùn)行電耗大為較低，所以說制冷現(xiàn)代科技的發(fā)展已是全面綜合的過程，而就目前國內(nèi)較多實(shí)際設(shè)備仍是單一的和簡單的，因此從

5、局部下手著眼于整體的技術(shù)改造思路是可以探索和需要的。譬如溫度控制在制冷技術(shù)中是首要達(dá)到的，多數(shù)都采用二位開關(guān)控制，溫度達(dá)到了指標(biāo)值，則停止控制，而溫度達(dá)到設(shè)定值以下某個值時，則進(jìn)行控制，周而復(fù)始，二位控制簡單可靠，能較好的解決實(shí)際問題。若綜合起來，利用新技術(shù)既考慮溫度指標(biāo)，又考慮節(jié)能，從整個規(guī)劃上考慮，設(shè)計(jì)良好的系統(tǒng)方案，追求系統(tǒng)的優(yōu)化。隨著近年來將電動機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)引入到船舶制冷控制系統(tǒng)中，在設(shè)計(jì)中僅僅考慮承載壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)已經(jīng)不能滿足要求，其與負(fù)荷的匹配，如何合理利用電能資源，系統(tǒng)動態(tài)模型以及模

6、擬仿真技術(shù)等也開始被納入設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。本文從船舶制冷控制系統(tǒng)的動態(tài)分析和數(shù)據(jù)模型分析出發(fā)，對提高船舶制冷控制系統(tǒng)的提出了建議和優(yōu)化措施。制冷系統(tǒng)的研究是近年來大家所關(guān)心的課題之一。因?yàn)殡S著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，各行各業(yè)都離不開制冷和制熱的科技問題。尤其在浙江沿海地區(qū)，船舶運(yùn)輸、海洋漁業(yè)及水產(chǎn)品的精深加工等重要支柱產(chǎn)業(yè)需要高質(zhì)量的制冷技術(shù)。特別是近年來電動機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的引入，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，使原動力除了承載壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)外，還要考慮與負(fù)荷的匹配，電能資源的合理利用，所以必然會涉及系統(tǒng)性能和參數(shù)的

7、再分析和再計(jì)算。在控制領(lǐng)域上，也要弄清楚系統(tǒng)動態(tài)模型以及開展模擬仿真等等。一、船舶制冷控制系統(tǒng)的動態(tài)分析（一）目標(biāo)函數(shù)的確定。在設(shè)計(jì)船舶制冷控制系統(tǒng)時，涉及到了制冷系統(tǒng)狀態(tài)點(diǎn)的溫度、壓力、壓縮機(jī)的入口壓力P1、出口壓力P2、冷循環(huán)系統(tǒng)管路的發(fā)門開度U及原動機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n等，對船舶制冷系統(tǒng)的動態(tài)分析，從上述幾個方面展開。（二）控制系統(tǒng)主要部件的壓力與溫度參數(shù)模型分析、仿真。二、船舶控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制的目標(biāo)函數(shù)是以下列工程實(shí)用觀點(diǎn)來考慮的，即在系統(tǒng)溫度達(dá)到要求的前提下，盡量減少系統(tǒng)所消耗的電能為

8、目標(biāo)，所以溫度首先作為一個要求，另一個要求將涉及到控制能量，跟能量直接有關(guān)的主要物理量為閥門開度U和電動機(jī)轉(zhuǎn)速n，開度U3大，所消耗冷劑量大，所以需要更多的制冷量。在轉(zhuǎn)速方面，因?yàn)樵趬嚎s機(jī)出、入口處壓力差基本處于不變的條件下，功率與排量成正比，而壓縮機(jī)排量又與電動機(jī)轉(zhuǎn)速成比例的，所以轉(zhuǎn)速的高低可以反應(yīng)功率消耗的大小，再考慮電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時間長短，功率與時間相乘，即為電能的消耗。壓縮機(jī)的入口壓力是與制冷系統(tǒng)溫度控制要求有關(guān)，當(dāng)溫度已經(jīng)達(dá)到控制值時，關(guān)閉或減少