某船中央冷卻系統(tǒng)控制策略研究.pdf

1、本文以滿足57000t散貨船配套需要的中央冷卻系統(tǒng)作為研究內(nèi)容,以節(jié)能減排與改善國際海事組織提出的船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)(EEDI)為目的,開展了節(jié)能型船舶中央冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與控制策略建模仿真工作,對提高船舶燃油效率、使新造船舶適應(yīng)國際海事組織提出的能效標(biāo)準(zhǔn)有重要實(shí)際意義。
　　本文首先從系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)角度開展了三項(xiàng)工作。第一,通過對傳統(tǒng)船舶中央冷卻系統(tǒng)投資運(yùn)營成本分析,針對海水泵組能耗過高的現(xiàn)象,根據(jù)水泵相似原理與傳熱學(xué)原理,提出海水泵

2、組變頻調(diào)速控制方案。使用平方減轉(zhuǎn)矩電流型變頻器,通過控制單元對變頻海水泵組進(jìn)行實(shí)時變轉(zhuǎn)速控制以滿足各工況下的冷卻水量。研究結(jié)果表明,應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)可以有效降低船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)并在半年內(nèi)通過節(jié)省的燃油費(fèi)用收回附加投資,具有良好節(jié)能效果與廣闊的市場前景。第二,為控制中央冷卻系統(tǒng)核心設(shè)備板式冷卻器的采購成本,根據(jù)其設(shè)計(jì)原理提出設(shè)計(jì)原則并建立設(shè)計(jì)選型流程。第三,為達(dá)到平衡系統(tǒng)初期投資與運(yùn)行能耗的目的,本文使用非線性規(guī)劃方法,以最小化管網(wǎng)總投資

3、與運(yùn)行費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)、管子管徑為優(yōu)化變量、冷卻系統(tǒng)供水量與壓頭為約束條件,建立冷卻水回路管系經(jīng)濟(jì)流速計(jì)算模型。然后,從改善船舶中央冷卻系統(tǒng)控制性能角度。針對目前使用傳統(tǒng)PID反饋控制的冷卻水溫度控制系統(tǒng)慣性大、經(jīng)常超調(diào)的特點(diǎn),利用流體力學(xué)與傳熱學(xué)理論對管路特性及各換熱設(shè)備進(jìn)行原理分析后,建立中央冷卻系統(tǒng)水力模型、穩(wěn)態(tài)換熱模型和動態(tài)換熱模型。然后,運(yùn)用MATLAB軟件中的SIMULINK仿真工具,使用模塊化建模方法建立中央冷卻系統(tǒng)仿真模型

4、。在驗(yàn)證該模型動態(tài)響應(yīng)結(jié)果與已知數(shù)據(jù)相吻合后,本文提出變頻海水泵組串級控制方案,并使用經(jīng)典控制理論建立控制模型。使用MATLAB軟件對 PID控制方案與串級控制方案進(jìn)行仿真對比。仿真結(jié)果顯示串級控制方案明顯提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性并優(yōu)化了控制性能,在船舶中央冷卻系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)中具有良好的應(yīng)用前景。最后,在系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)與控制設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,以Windows XP操作系統(tǒng)為開發(fā)平臺,VisualStudio.NET2010為開發(fā)環(huán)境, VB.NET