漁船用海水流化冰機設計探究

袁久峰 賀瑩煒 殷娟

摘要：海水流化冰機在漁船進行海產品低溫保鮮過程中發揮著至關重要的作用，但是當前的流化冰機經過長時間的運行后，或多或少都會出現冰堵和能耗升高的問題，這就會給其正常運行造成嚴重的不利影響。為了對當前的海水流化冰機進行改造升級，本文通過對海水流化冰機的主要參數進行一定的論述，在此基礎上，結合流化冰機實際的運行特點，對其主要部件進行了選型設計，能夠從一定程度上提高流化冰機的運行質量，進而確保其始終處于良好的工作狀態，對于從事相關工作的技術人員具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：漁船;海水流化冰機;設計

中圖分類號：F407.474? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0211-02

0? 引言

海水流化冰中除了含有海水，還含有一定量以懸浮狀態存在的冰晶顆粒，進而構成了一種固液兩相的混合溶液。其中的冰晶顆粒微小綿密，具有良好的流動性，可以通過泵進行輸送。相較于傳統的冰種而言，海水流化冰是一種新型的冷卻介質，其具有冷卻速度快、換熱面積大以及不會影響海產品品質等優點，在水產品的保鮮過程中獲得了非常廣泛的應用。當時當前的海水流化冰機存在一定的問題，經過長時間的運行后會出現冰堵和能耗升高的問題，這就會影響其正常運行。因此，為了改善當前海水流化冰機存在的問題，就需要針對其存在的缺陷進行改進設計，進而為漁船海產品的保鮮提供可靠保障。

1? 海水流化冰機設計的總體方案

為了滿足不同制冰能力的需求，海水流化冰機將采用漁船上富余的電力作為驅動電源，這就需要對有限的電能進行充分的利用，所以需要選擇工作效率較高的壓縮機。制冷系統選用R-404A作為制冷工質，制冷系統中的蒸發器可以分為內圓筒和外套兩部分。在海水流化冰機的工作過程中，通過海水泵將海水輸送至冷凝器中，對冷凝器中的制冷劑進行降溫。通過另一個海水泵將海水輸送至冰桶內冷卻，進而制得海水流化冰。

2? 海水流化冰機的主要參數確定

2.1 冷負荷

通常來說，海水流化冰機在工作過程中制冷裝置和管路的能量損害約為7%，對于鹽水系統而言，損失量會增加至12%。本文中所設計的海水流化冰機的冷卻方式為直接冷卻。為了盡可能降低能量的損害，提高能量的利用率，通過在制冰桶的外部設置一定厚度的隔熱層，進而降低輻射和溫差傳熱對冷卻系統造成的不利影響，通過實驗計算其冷卻量損失能夠降低至9%左右，進而改善冰機的能量利用率。

2.2 蒸發溫度和冷凝溫度

在壓縮機保持不變的情況下，制冷量和理論功率主要受到單位容積制冷量和比體積功的影響，而對于壓縮機而言，這兩個參數主要取決于蒸發溫度和冷凝溫度，在實際的設計過程中需要予以充分的關注。海水流化冰機制冷系統工作過程中的蒸發溫度計算如下式所示：

Δt-傳熱溫差，通常介于4～6℃范圍內，本文選擇5℃。

上式中的蒸發溫度計算為-7℃，選取R404A作為制冷工質，其工作過程中的蒸發壓力為450kPa。制冷系統工作過程中的冷凝溫度計算為：

式中，tw1-海水的進口溫度，27℃;

tw2-海水的出口溫度，33℃;

根據上式，計算出的冷凝溫度為36℃，所需要的冷凝壓力為1650kPa。

3? 主要部件選型

3.1 壓縮機選型

壓縮機作為海水流化冰機的關鍵組成部分，其對于流化冰機的整體性能具有決定性的影響，因此，需要做好壓縮機的選型工作，確保其能夠滿足海水流化冰機的工作需求。通過對漁船海水流化冰機的使用情況進行系統全面的調查研究，可知壓縮機的工作能源主要來自于漁船正常運行外剩余的電力，所制得的海水流化冰主要用于水產品的低溫保鮮工作。因此，選擇了全封閉渦旋式壓縮機，其結構如圖1所示，該壓縮機具有容積率高、軸力矩變化較小、可靠性高以及絕熱效率高等優點，能夠滿足漁船有限電能的冷卻降溫需求。

3.2 冷凝器選型

通過對當前漁船的冷凝器進行調查分析，為了便于漁船使用，本文將選用水冷式冷凝器。為了提高冷凝器的傳熱系數，減少整個機組所占用的空間，并且還要對環境具有較高的適應性，選用了臥式殼管式冷凝器，其具體的結構如圖2所示。同時，由于海水具有非常強的腐蝕性，為了避免冷凝器長期工作受到腐蝕，選用了耐腐蝕性的材料，能夠在酸、堿、鹽環境中保持穩定，進而為冷凝器的正常運行建立了良好的基礎。

在冷凝器的工作過程中，冷卻水與相應的制冷工質在冷凝管中相向運動，這樣能夠確保制冷工質具有較高的過冷度，并且冷卻水溫也相應的升高，進而有助于降低水的消耗量，能夠在一定程度上提高傳熱系數，以此降低海水泵的工作強度，從而達到節約電能的目的。

3.3 冰筒工藝

在海水流化冰機的制冷過程中，其中的制冷工質直接與冰筒內部接觸，這就對冰筒提出了較高的要求，冰筒既要為流化冰的形成提供有利條件，又要在制冷系統工作過程中承擔著蒸發器的作用，為此本文所設計的冰筒結構如圖3所示。

通過將不銹鋼材質的內圓筒與外套進行有機結合，進而構成一個各環間密封良好的環形制冷工質流通通道，其作為冰筒的重要組成部分，對于制造質量要求非常高。本文采用了熱合法成形工藝，確保了內圓筒與外套之間的緊密結合。同時，在冰筒內部還設置了螺桿式攪拌器，能夠將流化冰在冰筒內進行良好的循環，當冰筒內壁導熱結冰時，通過攪拌器能夠及時將流化冰攜帶至筒外。

3.4 其他重要部件

3.4.1 電動機

為了滿足漁船的制冷需求，選用了YC單相異步電動機。該電動機具有高啟動轉矩、外形較小、質量較小、低噪音以及維修簡單等優點，能夠適應漁船的運行環境要求。

3.4.2 減速器

為了增加螺桿式攪拌器運行過程中的轉矩，進而能夠滿足更大阻力的運行需求，這就需要增設相應的減速器。結合本文所選用的攪拌器，根據其結構整合原則，優選減渦輪減速器，其減速比為25。

3.4.3 控制系統

為了確保整套制冷設備的高效穩定運行，這就需要配備一套完善的控制系統。電磁閥作為控制系統的重要組成部分，其發揮著電路執行器的關鍵作用，本文選用了丹佛斯EVR型電磁閥，其耐介質溫度為105℃，12W線圈的電磁閥在工作過程中的壓力差為25bar。

4? 實踐驗證

通過將本文所設計的海水流化冰機應用于漁船的制冷工作中，在海水溫度為26～28℃，鹽度為3.3%的環境中運行，制取海水流化冰。其所有的重要部件工作穩定，沒有發生異常情況，能夠連續、穩定的制取含冰率為35～40%的海水流化冰。同時，所制得的海水流化冰呈現出穩定的冰晶狀態，還具有良好的流動性，并且能夠與水產品之間進行有效的接觸，進而實現了良好的低溫保鮮，為水產品的保存工作建立了良好的基礎。

5? 結語

總而言之，海水流化冰機在水產品的低溫保鮮工作中發揮著至關重要的作用，本文結合漁船水產品的保存需求和漁船的運行特點，設計了一種海水流化冰機，其改善了當前流化冰機存在的缺陷，能夠為水產品提供持續穩定的低溫保鮮，進而確保水產品始終處于新鮮的狀態。

參考文獻：

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