船舶制冷技术是一种在陆用制冷技术基础上的扩展和延伸,目前陆上广泛应用的各种制冷技术,无论是满足生活需求还是工艺性要求的制冷型式,均已在船舶上得到应用。本文阐述了国内外船舶制冷技术应用的现状,并根据其型式和主要特点以及船舶制冷技术的发展情况,探讨了几种简单易行的节能措施。
1船舶制冷技术现状
1.1常用制冷原理
目前在各类船舶上已有应用的制冷方式有机械驱动和热驱动相变制冷循环两大类。机械驱动主要有蒸汽压缩式,热驱动主要有吸收式和喷射式。
蒸汽压缩式制冷循环是利用某些工质相变产生潜热的特性,采用机械驱动,通过压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程周而复始的闭式循环,在蒸发段吸收外界热量,冷凝段放出热量,从而达到制冷目的。在船舶上应用的蒸汽压缩式制冷机组,根据其采用的压缩机型式可分为容积型和速度型两种;所谓容积型是通过减少空间容积的办法压缩蒸汽,从而使蒸汽获得能量,典型的压缩机有活塞式、螺杆式等;而速度型则是利用旋转机械,连续地将角动量转给蒸汽,并使该动量转为压力能,最典型的压缩机就是离心式。
吸收式制冷循环是采用热能驱动二元溶液,通过发生、冷凝、蒸发、吸收四个过程周而复始的闭式循环,在蒸发段吸收外界热量,冷凝段、吸收段放出热量,从而达到制冷目的。在船舶上应用的有溴化锂吸收式制冷机。
喷射式制冷循环是利用中、低压水蒸汽本身的能量,通过喷嘴产生高速流引射蒸发器内蒸汽,一方面使蒸发器处于高真空状态,保持冷剂水蒸发吸热,另一方面,引射后的混合汽经扩压后,冷凝、节流成冷剂水蒸发制冷。
1.2国内外各类制冷机组的应用现状
1.2.1离心式制冷机组
离心式制冷机组具有单位重量、体积容量大,结构简单、工作可靠、几乎没有磨损,运转时剩余惯性力极微、运转平稳,无级能调范围宽,制冷剂混入的润滑油极少,对换热器换热效果影响小、效率最高等显著优点,但不适合小能量的场合[1,2]。离心式制冷机组容量一般在50万kcal/h以上,在国内船舶上应用较少,我国的第一代远洋测量船等曾经有过应用。
而在国外船舶上则应用较多,如:美国水面、水下舰船几乎全部应用了各种规格的离心式制冷机组;俄罗斯的航空母舰也应用了离心式冷水机组;英国的航空母舰采用了离心式冷水机组和活塞式冷水机组相结合的方式;西班牙的航空母舰采用了离心式冷水机组;印度的航空母舰也采用离心式冷水机组和活塞式冷水机组相结合的方式;法国的轻型巡洋舰采用了离心式冷水机组,护卫舰采用离心式冷水机组与活塞式冷水机组相结合的方式。
而豪华邮轮则全部采用了离心式冷水机组。从应用情况看,国外明显比国内多得多,主要原因还是国内大吨位、大热负荷的船舶建造还较少。从国外船舶上应用情况看,离心式制冷技术与其它制冷型式一样,也已相当成熟。随着我国造船工业的快速发展,大容量的离心式制冷技术也必将在我国的船舶上得到应用。
1.2.2螺杆式制冷机组
螺杆式制冷机组具有结构简单、零件少、振动小、可在较大压缩比下工作等优点,但转子加工要求高[2],因此其普及应用相对晚一些。
螺杆式制冷机组既大量应用于空调,也应用于低温冻结。
在国内,单机能量从(6~30)万kcal/h螺杆式冷水机组应用于各类舰艇的空调系统;一些人员负荷较大的客货轮、客滚船也采用螺杆式冷水机组,新建的远洋测量船则全部采用了螺杆式冷水机组;
在国外,德国的扫雷艇采用了螺杆式冷水机组与活塞式冷水机组相结合的方式应用于空调。
低温螺杆式制冷机组较多的应用于捕鱼加工船上的鱼品冻结,特别是金枪鱼的低温保鲜。
目前,在我国船舶制冷机组设计上,大容量机组还是以螺杆式制冷机组为首选,因为在大约(10~50)万kcal/h能量范围内,螺杆式制冷机组的效率和能量调节性能占有优势。
1.2.3活塞式制冷机组
活塞式制冷机组广泛应用于小能量的场合,在船舶上应用最多。大多数货轮、工程船舶、小型舰艇都应用活塞式制冷机组,包括用于空调和冷藏。
许多大型船舶采用了活塞式制冷机组和其它类型机组结合使用的方式。大多数船舶热负荷都不大,并由于考虑系统可靠性和分区的需要,单机制冷量大都不超过20万kcal/h。所以,活塞式制冷机组在船舶领域将继续具有广泛的市场。
1.2.4溴化锂吸收式制冷机组
溴化锂吸收式制冷机可以以低势热能作为加热源,并在真空状态下运行,无臭、无毒、无爆炸危险,变负荷性能好,振动噪声小。因此理论上讲最适合使用溴化锂吸收式制冷机的船舶是以蒸汽为动力的水下船舶—核潜艇。
1.2.5蒸汽喷射式制冷机组
蒸汽喷射式制冷机组以中、低压水蒸气为动力,并以其喷射后混合汽冷凝节流后制冷,运行安全,但效率较低,冷凝负荷大。在我国舒适性空调领域已无应用,而在船舶上从未应用过。国外目前仅俄罗斯还在开展研究工作[3],在其舰艇上也有应用。
2船舶制冷技术的发展情况和节能措施
2.1船舶制冷技术的发展情况
同陆用制冷技术一样,随着能源价格的不断上涨、保护大气臭氧层和防止全球变暖的国际公约在世界范围的实施,设备的环保、节能也必然成为船舶制冷技术的发展趋势。
1船舶制冷技术现状
1.1常用制冷原理
目前在各类船舶上已有应用的制冷方式有机械驱动和热驱动相变制冷循环两大类。机械驱动主要有蒸汽压缩式,热驱动主要有吸收式和喷射式。
蒸汽压缩式制冷循环是利用某些工质相变产生潜热的特性,采用机械驱动,通过压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程周而复始的闭式循环,在蒸发段吸收外界热量,冷凝段放出热量,从而达到制冷目的。在船舶上应用的蒸汽压缩式制冷机组,根据其采用的压缩机型式可分为容积型和速度型两种;所谓容积型是通过减少空间容积的办法压缩蒸汽,从而使蒸汽获得能量,典型的压缩机有活塞式、螺杆式等;而速度型则是利用旋转机械,连续地将角动量转给蒸汽,并使该动量转为压力能,最典型的压缩机就是离心式。
吸收式制冷循环是采用热能驱动二元溶液,通过发生、冷凝、蒸发、吸收四个过程周而复始的闭式循环,在蒸发段吸收外界热量,冷凝段、吸收段放出热量,从而达到制冷目的。在船舶上应用的有溴化锂吸收式制冷机。
喷射式制冷循环是利用中、低压水蒸汽本身的能量,通过喷嘴产生高速流引射蒸发器内蒸汽,一方面使蒸发器处于高真空状态,保持冷剂水蒸发吸热,另一方面,引射后的混合汽经扩压后,冷凝、节流成冷剂水蒸发制冷。
1.2国内外各类制冷机组的应用现状
1.2.1离心式制冷机组
离心式制冷机组具有单位重量、体积容量大,结构简单、工作可靠、几乎没有磨损,运转时剩余惯性力极微、运转平稳,无级能调范围宽,制冷剂混入的润滑油极少,对换热器换热效果影响小、效率最高等显著优点,但不适合小能量的场合[1,2]。离心式制冷机组容量一般在50万kcal/h以上,在国内船舶上应用较少,我国的第一代远洋测量船等曾经有过应用。
而在国外船舶上则应用较多,如:美国水面、水下舰船几乎全部应用了各种规格的离心式制冷机组;俄罗斯的航空母舰也应用了离心式冷水机组;英国的航空母舰采用了离心式冷水机组和活塞式冷水机组相结合的方式;西班牙的航空母舰采用了离心式冷水机组;印度的航空母舰也采用离心式冷水机组和活塞式冷水机组相结合的方式;法国的轻型巡洋舰采用了离心式冷水机组,护卫舰采用离心式冷水机组与活塞式冷水机组相结合的方式。
而豪华邮轮则全部采用了离心式冷水机组。从应用情况看,国外明显比国内多得多,主要原因还是国内大吨位、大热负荷的船舶建造还较少。从国外船舶上应用情况看,离心式制冷技术与其它制冷型式一样,也已相当成熟。随着我国造船工业的快速发展,大容量的离心式制冷技术也必将在我国的船舶上得到应用。
1.2.2螺杆式制冷机组
螺杆式制冷机组具有结构简单、零件少、振动小、可在较大压缩比下工作等优点,但转子加工要求高[2],因此其普及应用相对晚一些。
螺杆式制冷机组既大量应用于空调,也应用于低温冻结。
在国内,单机能量从(6~30)万kcal/h螺杆式冷水机组应用于各类舰艇的空调系统;一些人员负荷较大的客货轮、客滚船也采用螺杆式冷水机组,新建的远洋测量船则全部采用了螺杆式冷水机组;
在国外,德国的扫雷艇采用了螺杆式冷水机组与活塞式冷水机组相结合的方式应用于空调。
低温螺杆式制冷机组较多的应用于捕鱼加工船上的鱼品冻结,特别是金枪鱼的低温保鲜。
目前,在我国船舶制冷机组设计上,大容量机组还是以螺杆式制冷机组为首选,因为在大约(10~50)万kcal/h能量范围内,螺杆式制冷机组的效率和能量调节性能占有优势。
1.2.3活塞式制冷机组
活塞式制冷机组广泛应用于小能量的场合,在船舶上应用最多。大多数货轮、工程船舶、小型舰艇都应用活塞式制冷机组,包括用于空调和冷藏。
许多大型船舶采用了活塞式制冷机组和其它类型机组结合使用的方式。大多数船舶热负荷都不大,并由于考虑系统可靠性和分区的需要,单机制冷量大都不超过20万kcal/h。所以,活塞式制冷机组在船舶领域将继续具有广泛的市场。
1.2.4溴化锂吸收式制冷机组
溴化锂吸收式制冷机可以以低势热能作为加热源,并在真空状态下运行,无臭、无毒、无爆炸危险,变负荷性能好,振动噪声小。因此理论上讲最适合使用溴化锂吸收式制冷机的船舶是以蒸汽为动力的水下船舶—核潜艇。
1.2.5蒸汽喷射式制冷机组
蒸汽喷射式制冷机组以中、低压水蒸气为动力,并以其喷射后混合汽冷凝节流后制冷,运行安全,但效率较低,冷凝负荷大。在我国舒适性空调领域已无应用,而在船舶上从未应用过。国外目前仅俄罗斯还在开展研究工作[3],在其舰艇上也有应用。
2船舶制冷技术的发展情况和节能措施
2.1船舶制冷技术的发展情况
同陆用制冷技术一样,随着能源价格的不断上涨、保护大气臭氧层和防止全球变暖的国际公约在世界范围的实施,设备的环保、节能也必然成为船舶制冷技术的发展趋势。