Способ регулирования расхода и температуры охлаждающей воды в судовом теплообменном аппарате Советский патент 1985 года по МПК F28B11/00 B63J2/12 

1 Изобретение относится к теплоэнергетике и касается энергетически установок судов неограниченного района плавания, в том числе при плавании в ледовых условиях, и может быть использовано, в частности, для автоматического регулирования давления конденсации в судовых холодильных установках. Известен способ регулирования ра хода и температуры охлаждающей воды в судовом теплообменном аппарате, состоящий в том, что изменение расхода и температуры охлаждающей воды которую пропускают по напорному трубопроводу через теплообменный аппарат и по возвратному трубопрово ду, осуществляют при отклонении от заданных расхода и температуры охлаждающей воды в теплообменном аппарате, изменяя расход охлаждающей воды в отливномИ рециркуляционном трубопроводах и подмешивая рециркуляционную воду в поступающую заборт ную воду 1. Однако известный способ имеет ограниченные пределы регулирования, так как расход воды, проходящей через теплообменный аппарат, ограни.чен, с одной стороны, расходом, соответствующим максимальному напору насоса, работа насоса с пониженным расходом при снижении напора (или неизменной его величине, что определяется характеристикой насоса напор - расход) приводит к замед лению роста расхода в рециркуляционно трубопроводе, тогда как нужно его ускорение, а с другой стороны, расходом, соответствующим минимально возможному напору на рабочем участ ке характеристики насоса, который определяется потерями напоров во всей линии. Ограничение пределов изменения расхода воды, проходящей через теплообменный аппарат, обуславливает о раничение пределов изменения расхода воды через рециркуляционный трубопровод, а значит, и количества . поступающей забортной воды, что ограничивает Изменение температуры воды , проходящей через теплообменный аппарат. Кроме того, изменение расхода в ды, проходящей через теплообменный аппарат, осуществляется путем изменения расхода в трубопроводе спи 222 ва ее за борт при изменении сопротивления трубопровода, ЧТОопределяет работу насоса с низким коэффициентом полезного действия, а следовательно, ухудщает энергетический показатель, сужает диапазон регулирования и этим снижает эффективность регулирования в условиях неограниченного района плавания. Цель изобретения - расширение диапазона условий эксплуатации, повьшение степени автоматизации и эффективности регулирования при. изменении расхода и температуры охлаждающей воды. Поставленная цель достигается тем, что при способе регулирования расхода и температуры охлаждающей воды в судовом теплообменном аппарате, состоящем в том, что изменение расхода и температуры охлаждающей воды, которую пропускают по напорному трубопроводу через теплообменный аппарат и по возвратному трубопроводу, осуществляют при отклонении от заданных расхода или температуры охлаждающей воды в теплообменном аппарате, изменяя расход охлаждающей воды в отливном и рециркуляционном трубопроводах и подмешивая рециркуляционную воду в поступающую забортную воду, расходы между напорным и возвратным трубопроводами на входе в теплообменный аппарат распределяют пропорционально, причем синхронно этому распределению пропорционально распределяют расходы между отливным и рециркуляционным трубопроводами при выходе охлаждающей воды из теплообменного аппарата и одновременно подмешивают воду из возвратного трубопровода в поступающую забортную воду, при этом расходы воды через напорный и отливной трубопроводы изменяют однонаправленно, а соотношение скоростей воды на входе в теплообменный аппарат и на выходе из него выдерживают в пределах 0,1-0,85. Пропорциональное распределение расхода воды между напорным и возвратным трубопроводами на входе в теплообменный. аппарат и между отливным и рециркуляционным трубопроводами на выходе из него позволяет работать насосу по спецификационной характеристике с оптимальным коэффициентом полезного действия во всем диапазоне регулирования.

так как при перераспределении расходов сопротивление трубопровода не меняется., что расширяет условия эксплуатации и эффективность регулирования.

Пропорциональное распределение расхода воды между отливным и рециркуляционным трубопроводами позволяет насосу работать на спецификационной характеристике. Ввиду большой инерционности регулирования при изменении только температуры проходящей через теплообменный аппарат воды предлагается пропорциональное распределение расхода воды между напорным и возвратным трубопроводами. Это позволет изменять расход воды через теплобменный аппарат, сохраняя возможность работы насоса на спецификационной характеристике с оптимальным коэффициентом полезного действия, что приводит к более эффективному регулированию путем снижения его инерционности.

Синхронное распределение воды между напорным и возвратньш и между отливным и рециркуляционнь1м трубопроводами так, что расходы воды напорном и отливном трубопроводе изменяются однонаправленно, и подмешивание воды из возвратного трубопровода наряду с подмешиванием е из рециркуляционного трубопровода поступающую забортную воду позволяют изменять как расход, так и температуру воды, проходящей через теплообменный аппарат, во всем диазоне температур забортной воды при одновременном изменении тепловой нагрузки на теплообменный аппарат, так как обеспечивается возможность регулирования расхода воды через теплообменньй аппарат в широких прделах с одновременным изменением в широких пределах расхода поступающей забортной воды, что расширяет условия эксплуатации.

Изменение расхода воды на напорном трубопроводе, которая проходит через теплообменный аппарат, недостаточно в условиях изменения температуры забортной воды. Для исключения этого и работы насоса на неспецификационной характеристике ввены изменение расхода воды в напорном трубопроводе путем пропорционального распределения ее между

напорным ивозвратным трубопроводами синхронно с распределением воды между отливным и рециркуляционным трубопроводами соответственно (т.е. увеличение расхода воды в напорном трубопроводе соответствует увеличению расхода воды в отливном трубо- . проводе и, наоборот, уменьшение уменьшению), а также подмешивание воды из возвратного трубопровода наряду с подмешиванием ее из рециркуляционного трубопровода в поступающую забортную воду.

Отношение скоростей распределе5ния .воды на входе в теплообменный аппарат и на выходе из него в пределах 0,1-0,85 обеспечивает устойчивую работу теплообменного аппарата и эффективность регулирования.

0 При соотношении , большем чем 0,85 расход воды через теплообменный аппарат меньше минимально допустимого, при котором малым изменениям расхода соответствует большое изменение

5 температуры в теплообменном аппарате, что приводит к недопустимым изменениям параметров контролируемой среды после т еплообменного аппарата и неэффективности регулирования, так

0 как в этих условиях появляются колебания регулируемого параметра с большой частотой (автоколебания). При соотношении, меньшем чем 0,1, пределы изменения расхода воды

5 через теплообменньй аппарат меньше предельно допустимых, при которых минимально достижимые изменения расхода воды через теплообменньй аппарат соответствуют изменениям

0 темпе{)атуры забортной воды или тепловой нагрузки на теплообменный аппарат. При выходе за этот предел резкие изменения температуры заборт|ной воды, сброс (или прием) части

5 тепловой нагрузки приводят к колебаниям регулируемого параметра с большой частотой, т.е. к автоколебаниям, что обуславливает неэффективность регулирования.

С

Повьш1ается степень автоматизации, так как последняя обеспечивается во всем диапазоне изменения.температур забортной воды и тепловой нагрузки на теплообменный аппарат.

5

На чертеже показана схема устройства для осуществления предлагаемо го способа. Устройство содержит датчик 1 давления конденсации в конденсаторе 2 холодильной установки, электрически связанный с преобразователем 3 например реле давления, которое подключено к блоку 4 управления, соединенному с двумя приводами 5 трехходовых смесительных клапанов 6, рас положенных на входе и выходе конденсатора 2. Насос 7 сообщен с напорным 8 и возвратным 9 трубопроводами, а также с отливным 10 и рецир куляционным 11 трубопроводами. Возвратный 9 и руциркуляционньш 11 трубопроводы сообщены с всасывающим трубопроводом 12 забортной воды Способ осуществляется .следующим образом. При изменении температуры охлажд ющей воды, подаваемой насосом 7, И/ИЛИ изменении тепловой нагрузки на конденсатор 2 в нем происходит изменен давления конденсации, которое контролируется датчиком 1. Импульс от датчика 1,преобразованный в преобра зователе 3, с помощью блока 4 управ ления включает приводы 5 перемещени трехходовых Смесительных клапанов 6 с помощью которых происходит пропорциональное перераспределение рас хЬда охлаждающей воды между напорным трубопроводом 8, через который измененное количество воды поступает в конденсатор.2, и возвратным трубопроводом 9, а Также между отливным 10 и рециркуляционным 11 тру бо проводами. Изменение расхода в напорном 8 и отливном 10 трубопроводах происходит однонаправленно. Нагретая в конденсаторе 2 вода по рециркуляционному трубопроводу 1 поступает на всасывающий трубопровод 12 насоса 7 в измененном количестве, что приводит к изменению температуры воды, проходящей через конденсатор 2. Уменъщению расхода воды в напорном трубопроводе 8 соответствует увеличение ее температуры ho сравнению с температурой забортной воды. ,При низких температурах забортной воды и минимальной тепловой нагрузке на конденсатор 2 отепленная вода по рециркуляционному трубопроводу 11 поступает р небольшом количестве, так как трехходовый смеситеЬьный клапан 6 на входе в конденсатор 2 сокращает расход воды через него до минимума, перераспределив ее в возвратный Tpy6onpOBoi 9 до максимума. Однако возвращаемая вода, подмешенная вместе с рециркулируемой во всасывающий трубопровод 12, сокращает поступление забортной воды. Изменение количества поступающей в конденсатор 2 воды происходит до тех пор, пока температура воды перед конденсатором 2 не достигнет номинального значения при данном расходе через конденсатор 2 и давление конденсации не достигнет заданного значения. После этого датчик 1 снимает импульс с преобразователя 3, который с помощью блока 4 управления отключает приводы 5, и клапаны 6 останавливаются. Необходимое отношение скоростей распределения воды клапанами 6 на входе в конденсатор 2 к распределению ее на выходе из него определяется расчетом и осуществляется, например, разными скоростями работы приводов 5 клапанов 6. , При отношении скоростей расрределения расходов воды на входе в конденсатор 2 и на выходе из него, равном 0,85, трехходовой смесительный клапан 6 на входе в конденсатор 2 распределяет охлаждающую воду медленнее, чем на выходе из Hefo, примерно в 1,2 раза, что обеспечивает большие пределы изменения расхода воды через конденсатор 2 и более плавное регулирование, так как скорость изменения поступления забортной воды небольшая (количество поступающей забортной воды равно количеству сливаемой воды за борт). Однако изменение температуры забортной воды до минимальной (О - ) или i сброс тепловой нагрузки (например, до 50% от номинальной) определяют расход воды через конденсатор 2 больше, чем минимально допустимый, при котором небольшому изменению расхода воды соответствует большое изменение температуры в конденсаторе 2, что приводит к неустойчивой работе конденсатора 2 и неэффективности регулирования. При отношении скоростей распределения расходов воды на входе в конденсатор 2 и на выходе из него, равном 0,1, трехходовый смесительный клапан 6 на входе в конденсатор 2 рас 1 пределяет охлаждающую воду медленнее, чем на выходе из него, в 10 раз что обеспечивает быстрое изменение поступления забортной воды и изменение давления конденсации. При этом . сокращаются пределы изменения расходов воды, проходящей через конденсатор 2. Однако изменения темпера .туры забортной воды или тепловой наг рузки на конденсатор 2 не приводят при этом соотношении скоростей к пол ному лерекрытию поступления забортной воды и резкому повьшению давления конденсации, а изменение расг хода в необходимых пределах обеспечивается конструкцией клапана 6 до достижения определенного расхода охлаждающей воды через конденсатор при данной тепловой нагрузке и определенной температуре воды. Это максимально снижает инерционность регулирования при обеспечении его эффективности. Промежуточные значения отношения скоростей распределения расхода воды на входе в конденсатор 2 и на выходе из него определяются .требуемыми условиями эксплуатации значениями плавности и инерционности регулирования параметров конденсатора 2 (давления конденсации), Отливной трубопровод 10 может сливать воду в ледовый ящик(не показан) , что уменьшает прием забортной воды и улучшает условия тая НИН льда, так как отепленная вода не сливается за борт. Таким образом, по предлагаемому способу изменяется расход и темпе- ратура охлаждающей воды через теп- лообменный аппарат путем перераспределения расходов охлаждающей воды на входе в теплообменный аппарат и на выходе из него, благодаря чему можно регулировать параметры судовых теплообменных аппаратов в условиях изменения температуры аабортной воды и/или тепловой нагрузки на теплообменный аппарат в широких пределах при работе насоса по спецификационной характеристике. Этим достигается возможность эксплуатации энергетической установки в неограниченном районе плавания судов вплоть до ледовых условий, увеличивается ее экономичность и степень автоматизации.

Д

-стз-

Г

П

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА И ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖЦАЩЕЙ ВОДЫ В СУДОВОМ ТЕПЛООБМЕННОМ АППАРАТЕ, состоящий в том, что изменение расхода и температуры охлаждающей воды, которую пропускают по напорному трубопроводу через теплообменный аппарат и по возвратному трубопроводу, осуществляют при отклонении от заданных расхода или температуры охлаждающей воды в теплообмённом аппарате, изменяя расход охлаждающей воды в отливном и рециркуляционном трубопроводах и подмешивая рециркуляционную воду в поступающую забортную воду, отличающийс я тем, что, с целью расширения диапазона условий эксплуатации, повьппения степени автоматизации и эффективности регулирования при изменении расхода и температуры охлаж-дающей воды, расходы между напорньгм и возвратным трубопроводами на входе в теплообменный аппарат распределяют пропорционально, причем синхронно этому распределению пропорционально распределяют расходы между отливным и рециркуляционным трубопроводами при выходе охлаждающей воды из теплообменного аппарата и одповременно подмешивают воду из воз- S вратного трубопровода в поступающую; (Л забортную воду, при этом расходы воды через напорный и отливной трубопроводы изменяют однонаправленно, а соотношение скоростей воды на входе в теплообменный аппарат и на.выходе из него ввдерживают в пределах 0,1-0,85. Од со o to

I I