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)作為研究內容,以節(jié)能減排與改善國際海事組織提出的船舶能效設計指數(shù)(EEDI)為目的,開展了節(jié)能型船舶中央冷卻系統(tǒng)的設計與控制策略建模仿真工作,對提高船舶燃油效率、使新造船舶適應國際海事組織提出的能效標準有重要實際意義。
　　本文首先從系統(tǒng)原理設計角度開展了三項工作。第一,通過對傳統(tǒng)船舶中央冷卻系統(tǒng)投資運營成本分析,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原理,提出海水泵

2、組變頻調速控制方案。使用平方減轉矩電流型變頻器,通過控制單元對變頻海水泵組進行實時變轉速控制以滿足各工況下的冷卻水量。研究結果表明,應用變頻調速技術可以有效降低船舶能效設計指數(shù)并在半年內通過節(jié)省的燃油費用收回附加投資,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)核心設備板式冷卻器的采購成本,根據(jù)其設計原理提出設計原則并建立設計選型流程。第三,為達到平衡系統(tǒng)初期投資與運行能耗的目的,本文使用非線性規(guī)劃方法,以最小化管網總投資

3、與運行費用為目標函數(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濟流速計算模型。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、經常超調的特點,利用流體力學與傳熱學理論對管路特性及各換熱設備進行原理分析后,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、。在驗證該模型動態(tài)響應結果與已知數(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行仿真對比。仿真結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)的控制設計中具有良好的應用前景。最后,在系統(tǒng)原理設計與控制設計的基礎上,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