大型拖網(wǎng)漁船液泵強(qiáng)制供液制冷系絆的設(shè)計(jì)與計(jì)算

董克豪 于明珍

（遼寧省大連海洋漁業(yè)集團(tuán)公司臍廠，遼寧，大連，116113）

大型拖網(wǎng)漁船液泵強(qiáng)制供液制冷系絆的設(shè)計(jì)與計(jì)算

董克豪 于明珍

（遼寧省大連海洋漁業(yè)集團(tuán)公司臍廠，遼寧，大連，116113）

本文闡述了液泵強(qiáng)制供液制冷系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)，熱力學(xué)計(jì)算，冷凍機(jī)及附屬設(shè)備選型，胨動(dòng)化控制及保護(hù)裝置設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

液泵強(qiáng)制供液；凍結(jié)和融霜胨動(dòng)控制；胨動(dòng)保壓液壓控制

一、概述

目前國內(nèi)從事船舶設(shè)計(jì)的科研院所還不具備大型拖網(wǎng)漁船的設(shè)計(jì)能力，各用船單位都是從國外購買二手船，經(jīng)過大修或改造后才投入使用。我們廠承修的?科什金?就屬于該類型船，該船由俄羅斯建造，由于作業(yè)方式發(fā)生變化，本次船東要求增設(shè)一套獨(dú)立的制冷系統(tǒng)，日凍結(jié)能力達(dá)160t，魚貨出庫中心溫度為-25?。

二、方案設(shè)計(jì)

1、設(shè)備配置

本系統(tǒng)設(shè) 4臺(tái) LG20BMFJZC手動(dòng)帶經(jīng)濟(jì)器螺桿式冷凍機(jī)組；4臺(tái)CWNF160臥式冷凝器；1臺(tái)臥式CCYF7.5貯液器，1臺(tái)臥式CCYF2.5輔助貯液器；4臺(tái)DCR09613干燥過濾器；1臺(tái)立式CCY1排液桶；2臺(tái)立式DX-5L低壓循環(huán)桶，每桶配3臺(tái)臥式CNF40-200氟泵，兩用一備，1臺(tái) DYJ-1手動(dòng)放油器，1臺(tái) DN65自動(dòng)放油器及引射裝置；1臺(tái)立式ZCJY219集油器；14臺(tái)臥式1485kg/臺(tái)·次平板，2臺(tái)臥式780kg/臺(tái)·次平板，所有電控箱按設(shè)備配套。設(shè)備選型計(jì)算見本文第3項(xiàng)。

2、系統(tǒng)試驗(yàn)

系統(tǒng)安裝完畢做氣密試驗(yàn)，壓力為 2.1MPa，時(shí)間 24h；真空試驗(yàn)壓力96kPa，時(shí)間16h；冷凝器進(jìn)氣閥調(diào)定值1.0MPa；平板融霜出液閥調(diào)定值0.4 MPa；排液桶出氣閥調(diào)定值0.2 MPa；氟泵旁通閥調(diào)定值0.4 MPa，系統(tǒng)安全閥為雙座式，高壓部分調(diào)定值為2.1MPa，低壓部分調(diào)定值為1.72 MPa；平板供液后20min結(jié)霜應(yīng)均勻，平板供熱氣后10min融霜應(yīng)完成。電氣元件做3次效用試驗(yàn)；凍結(jié)效用試驗(yàn)做1臺(tái)平板，3h凍品中心溫度應(yīng)達(dá)到-25?。

三、技術(shù)設(shè)計(jì)

1、熱力學(xué)計(jì)算1、2、3

（1）主要工作參數(shù)的確定

1）蒸發(fā)溫度zt，本制冷系統(tǒng)中取蒸發(fā)溫度：zt=-35?；

2）冷凝溫度 lt，本制冷系統(tǒng)中取冷凝溫度： lt=35?；采用一次性海水冷卻，實(shí)際冷凝溫度會(huì)更低。

3）系統(tǒng)耗冷設(shè)備共16臺(tái)，產(chǎn)量1.485t/3h速凍平板14臺(tái)，0.78t/3h速凍平板2臺(tái)，系統(tǒng)最大耗冷量按16臺(tái)平板同時(shí)工作計(jì)算。

（2）制冷壓縮機(jī)的選型計(jì)算

選用船用自帶經(jīng)濟(jì)器型螺桿式制冷壓縮機(jī)LG20BMFJZC四臺(tái)，電機(jī)功率為200kW/臺(tái)，制冷量（zt=-35?/lt=+35?工況）為297kW/臺(tái)。系統(tǒng)總制冷量共計(jì)為1188kW，可滿足16臺(tái)速凍平板（按最大生產(chǎn)負(fù)荷）同時(shí)生產(chǎn)降溫要求。

（3）船用高效臥式冷凝器的選型計(jì)算

式中： Fl—冷凝器冷卻面積（m2）； Ql—冷凝器負(fù)荷（W）； qA—冷凝器單位面積熱負(fù)荷（W/m2）。

其中冷凝器熱負(fù)荷 Ql=Qj+Pe

式中： Qj—壓縮機(jī)在計(jì)算工況下的制冷量（kW）； Pe—壓縮機(jī)在計(jì)算工況下的軸功率（kW）； Qj=（297+166）×4=1852 kW

（4）船用高壓貯液器的選型計(jì)算，

式中：V—貯液器體積（m3）； —貯液器的體積系數(shù)； —貯液器的液體充滿度，一般宜取70%； —冷凝溫度下液體的比體積（m3/kg）；∑qm—制冷裝置中每小時(shí)制冷劑液體的總循環(huán)量（kg）。

（5）氟泵的選型計(jì)算

式中：vq—氟泵的體積流量（m3/h）；xn—再循環(huán)倍數(shù)；zq—氟泵所供同一蒸發(fā)溫度的蒸發(fā)量（kg/h）；zv—蒸發(fā)溫度下飽和氟液的比體積（m3/kg）。

（6）船用低壓循環(huán)桶的選型計(jì)算

式中：dd —低壓循環(huán)桶的直徑（m）；V—壓縮機(jī)理論輸氣量（m3/h）；

—壓縮機(jī)輸氣系數(shù)； —低壓循環(huán)桶內(nèi)氣體流速（m/s）； —截面積系數(shù)； —低壓循環(huán)桶氣體進(jìn)氣口的個(gè)數(shù)。

式中：V—低壓循環(huán)桶的體積（m3）；qV′—各冷間中冷卻設(shè)備注氟量最大一間蒸發(fā)器的總體積（m3）；hV—回氣管體積（m3）；bt—氟泵由啟動(dòng)到液體自系統(tǒng)返回低壓循環(huán)桶的時(shí)間（h）；vq—一臺(tái)氟泵的流量（m3/h）。

（7）船用排液桶的選型計(jì)算

式中：V—排液桶體積（m3）；1V—冷卻設(shè)備制冷劑容量最大一間的冷卻設(shè)備的總貯液容積（m3）； —冷卻設(shè)備灌氟量的百分比； —排液桶液體充滿度，一般取0.7。

（8）空氣分離器的選型

本系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)工況下的制冷量為 1188kW，選立式空氣分離器一臺(tái)，可將系統(tǒng)中的不凝性氣體和制冷劑氣分離開，并將不凝性氣體排至系統(tǒng)外，從而使制冷系統(tǒng)維持正常的冷凝壓力。

2、冷凍機(jī)的選型（按CT=+40?，ET=-40?工況計(jì)算）

日凍結(jié)量為 160t，魚貨出庫中心溫度為-25?時(shí)，平板耗冷量為779.6kW，選國產(chǎn)最大船用活塞機(jī)（125C長行程），則需10臺(tái)，船上安裝空間受限制，經(jīng)全面了解國內(nèi)外冷凍機(jī)的性能后，決定選國產(chǎn)最大船用螺桿機(jī)（20型機(jī)帶經(jīng)濟(jì)器），則需4臺(tái)即可滿足使用要求，其制冷量為：4×297kW=1188kW，儲(chǔ)備量達(dá)15%。（此時(shí)系統(tǒng)4臺(tái)機(jī)總制冷量為4×227=908 kW）

3、防止冷凍機(jī)液擊措施

冷凍機(jī)運(yùn)行極端工況定在冷凝溫度為+40?，蒸發(fā)溫度為-40?，相應(yīng)蒸發(fā)壓力接近零，所以冷凍機(jī)易產(chǎn)生液擊現(xiàn)象，采取措施是在低壓循環(huán)桶上設(shè)高液位報(bào)警浮球，與冷凍機(jī)控制柜連鎖，達(dá)到聲光報(bào)警、延時(shí)、停機(jī)之目的，確保冷凍機(jī)安全運(yùn)行。

4、平板供液方式的確定

為了縮短凍結(jié)時(shí)間，保證魚貨質(zhì)量，平板采用泵強(qiáng)制供液方式，與膨脹供液比制冷劑循環(huán)倍率最大可達(dá)4～6.

5、平板凍結(jié)和融霜控制方法的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中共配置16臺(tái)平板，每臺(tái)平板凍結(jié)時(shí)間～3h，每天循環(huán)7次，可見操作很頻繁，所以凍結(jié)和融霜控制均設(shè)計(jì)成自動(dòng)方式，且控制閥選用丹佛斯品牌，安全可靠。

6、平板保壓液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4

平板壓合后上層蒸發(fā)板直接接觸魚貨，凍結(jié)過程中魚貨要膨脹，油缸內(nèi)液壓油易泄露回油箱，當(dāng)再次補(bǔ)充壓力油時(shí)需重新啟動(dòng)油泵，在平板數(shù)量多的情況下這種操作會(huì)很頻繁，所以在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)與常規(guī)比增加了液壓儲(chǔ)能器和高、低壓壓力繼電器以解決上述問題。

7、系統(tǒng)回油問題的解決

由于采用泵強(qiáng)制供液，系統(tǒng)R22循環(huán)量大，冷凍油易浮在低壓循環(huán)桶表面，所以設(shè)置了集油器、手動(dòng)放油器、自動(dòng)放油器及引射裝置，保證系統(tǒng)運(yùn)行后冷凍油正常循環(huán)。

8、附屬設(shè)備保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

低壓循環(huán)桶設(shè)3個(gè)浮球，桶內(nèi)液位達(dá)到上面浮球控制高度時(shí)，系統(tǒng)有聲光報(bào)警信號(hào)出現(xiàn)，并可延時(shí)及停止冷凍機(jī)動(dòng)作。中間浮球和下面浮球控制桶內(nèi)正常工作液位上限和下限，液位達(dá)到上限時(shí)，供液電磁閥關(guān)閉，達(dá)到下限時(shí)供液電磁閥打開。氟泵壓差控制器調(diào)定壓力0.1MPa時(shí)氟泵啟動(dòng)，壓力低時(shí)不啟動(dòng)；冷凝泵水壓控制器調(diào)定壓力為 0.2MPa，壓力低于0.01MPa時(shí)冷凍機(jī)不啟動(dòng)；排夜桶設(shè)高、低液位浮球，桶內(nèi)液位達(dá)到上限時(shí)，電磁閥打開，液體排出，達(dá)到下限時(shí)，電磁閥關(guān)閉；桶內(nèi)氣體壓力達(dá)0.2MPa時(shí)，氣體排出。

四、結(jié)論

由我們廠自行設(shè)計(jì)的冷凍系統(tǒng)，其技術(shù)含量較高，經(jīng)安裝后調(diào)試表明，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并得到俄方船東和船檢的認(rèn)可，填補(bǔ)了同行業(yè)的空白。

[1] 《鋼制海洋漁臍建造規(guī)范》 1998

[2] 《制冷工必讀》 農(nóng)業(yè)出版社

[3] 《輪機(jī)工程手冊》中冊 人民交通出版社

[4] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》下冊 化學(xué)工業(yè)出版社

TU141

A

1674-3954（2011）02-0151-02