轮机工程毕业论文.docx
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轮机工程毕业论文
毕业设计（论文）
船舶制冷故障分析的最优化方案研究
专业：
轮机工程技术
姓名：
xxx
学号：
xxx
指导老师：
xxx
职称：
xxx
哈尔滨工程大学继续教育学院
xx年xx月xx日
毕业设计用纸
一、指导教师对学生的评语及答辩推荐意见
指导教师（签名）
年月日
二、答辩委员会评语及成绩
答辩小组教师签字：
答辩委员会主任（签名）
年月日
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[摘要]船舶上的制冷系统出现故障是很常见的现象，当船舶制冷系统出现故障时，我们应该通过理论和实践的结合先对故障进行分析，然后做出判断，再通过快速有效的方法达到尽快解决故障问题的目的。
本文对船舶制冷系统的原理和结构进行了介绍，对船舶制冷设备经常出现的几种典型机械故障如:
冰塞、液击、制冷压缩机启停频繁等进行了理论和实践两个方面的分析。
通过分析总结并缩小故障的范围，进一步确定出故障的根源，从而达到排除故障的目的。
本文通过总结制冷故障的解决措施从而列出了一套在船上遇到故障并能快速排除故障的最优化方案。
关键词：
船舶，制冷系统；压缩机；制冷剂
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Abstract：
Theshiprefrigerationsystemfailureisaverycommonphenomenon,Whentheshiprefrigerationsystemmalfunction,weshouldthroughthecombinationoftheoryandpractice,firsttofailureanalysis,thenmakeajudgment,againthroughtherapidandeffectivemethodtosolvetheproblemassoonaspossiblethepurpose.Inthisarticle,theshipofcoolingsystemprincipleandstructurewereintroduced,andtheshiprefrigerationequipmentoftenappearofseveraltypicalmechanicalfaultsuchas:
icejam,liquidstrike,refrigerationcompressorrev.Stopfrequent,boththeoreticalandpracticalaspectsoftheanalysis.Throughtheanalysisofthenarrowthescopeofthefaultand,furthertodeterminetherootcauseofthefault,soastoachievethepurposeofthefaults.Thisarticlesummarizesthefaultofrefrigerationsolutionstolistafaultintheshipmeetandquicklyremovethefaultsoftheoptimizationscheme.
Keywords：
Marineengine；Refrigerationsystem；Compressor；Refrigerant
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目
录
绪论.......................................................................
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1
船舶制冷................................................................
2
1.1
船舶制冷的基本原理.................................................
2
1.2
船舶制冷的主要元器件...............................................
2
1.2.1
制冷压缩机.........................................................................................................
2
1.2.2
冷凝器.................................................................................................................
3
1.2.3
热力膨胀阀.........................................................................................................
3
1.2.4
蒸发器.................................................................................................................
4
1.3
船舶制冷剂的介绍...................................................
4
1.3.1
制冷剂的种类.....................................................................................................
4
1.3.2
对制冷剂的要求.................................................................................................
5
2
船舶制冷的几种典型故障..................................................
6
2.1
冰塞...............................................................
6
2.1.1
冰塞形成的原因.................................................................................................
6
2.1.2
冰塞的特征.........................................................................................................
6
2.2
液击...............................................................
6
2.2.1
造成液击的原因.................................................................................................
7
2.2.2
液击的现象.........................................................................................................
7
2.3
压缩机启停频繁.....................................................
7
2.3.1
压缩机启停频繁的原因及其特征
.....................................................................7
3
针对船舶制冷故障做出理论分析............................................
9
3.1
冰塞的理论分析....................................................
9
3.2
液击的理论分析...................................................
10
3.3
压缩机启停频繁的理论分析.........................................
11
4
结合实践经验做出实践分析...............................................
13
4.1
冰塞的实际处理...................................................
13
4.2
液击实践当中的分析...............................................
14
4.3
压缩机启停频繁的实际操作处理.....................................
14
5
根据分析做出最优化方案.................................................
15
5.1
综合理论和实践的分析.............................................
15
5.1.1
冰塞.................................................................................................................
15
5.1.2
液击.................................................................................................................
15
5.1.3
制冷压缩机启停频繁.....................................................................................
15
5.2
列出最优化方案...................................................
15
结论......................................................................
17
致谢......................................................................
18
参考文献..................................................................
19
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绪论
制冷是指使某一物体或某一空间温度低于周围环境温度，并维持这一温度的过程。
“制冷”包括从低温物体或空间带走热量和隔热保温两个方面的功能。
制冷的途径通常有两种:
一是利用天然冷源，如天然冰和地下水，此方法受到时间和地区等条件限制，具有很大的局限性；另一种是人工制冷。
在船舶上大多数都是采用人工制冷，从而达到保鲜食品和货
物的目的。
人工制冷也叫机械制冷，是通过借助于一些专门的机械设备做功而达到制冷的
目的。
这些设备通常是由压缩机、热交换设备、节流和蒸发元件等组成，在这些机械制冷
装置中，经常会因为一些摩擦磨损、环境介质或者管理保养不当等问题引起一些机械故障。
本文针对这些机械制冷设备当中出现的一些故障，对其做出简单的理论和实践方面的分
析，通过论述和总结做出对船舶制冷故障分析的最优化方案。
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1船舶制冷
1.1船舶制冷的基本原理
船舶制冷装置中最常用的就是蒸气压缩式制冷（简称为压缩制冷），其原理如下图1.1所示。
它是选择沸点很低的液体作为制冷剂，经膨胀阀（即节流阀）节流进入蒸发器的盘
管中，在较低的蒸发压力下吸热汽化，从而实现制冷。
为了在蒸发器中维持低压，需用压缩机将其中制冷剂蒸气不断地抽出，压送到冷凝器中去。
冷凝器中的冷凝压力及相应的冷凝温度较高，这样就可以利用环境介质（舷外水或空气）使制冷剂蒸气冷却、冷凝而重新液化，然后再经膨胀阀节流后送入蒸发器汽化吸热，从而不断地吸热，达到连续制冷的目的。
图1.1船舶制冷原理示意图
1.2船舶制冷的主要元器件
船舶制冷的元器件主要包括压缩机、冷凝器、热力膨胀阀、蒸发器等，但是除了这些以外还包括许多辅助设备和自动控制元件。
例如：
油分离器，一般装在压缩机排出端，用来分离排出气体带出来的滑油。
贮液器，它是装在冷凝器后用来储存液态制冷剂的容器。
干燥过滤器，用来给系统干燥的。
液流指示镜，装在液管上用来观察流体稳定的情况等。
1.2.1制冷压缩机
制冷压缩机是制冷装置中最关键的“主机”，对装置的制冷量、性能系数和使用寿命
有决定性的影响。
制冷压缩机有活塞式、回转式、离心式等类型，回转式压缩机包括螺杆式、涡轮式滚动转子等多种。
活塞式制冷压缩机使用最广泛，其制造、管理和维修的经验都比较成熟。
因其流量受
转速限制，只能在Q0小于200kW的中、小制冷量的范围，是船舶制冷装置采用的主要机型。
螺杆式压缩机转速较高，输气量较大，过去适用于制冷量Q0在150～1500kW，在船上主要
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用于冷藏舱制冷装置，近年来经不断改进Q0已可达到50kW以下。
其价格虽然比活塞式高，性能系数一般也比活塞的低，但是单位制冷量的尺寸较小，重量较轻，易损件少，工作寿命长，维护简单，故在一些大型船舶的空调装置中已取代活塞式压缩机。
在船上的这些制冷压缩机还有一些外部特征，并且能通过这些外部特征而判断压缩机的故障和存在的问题：
1）声音：
正常工作的压缩机，它的进排气阀会发出清晰又有规律的“噗噗”声。
如果发现有特别的声音（以“液击”声为多）应该立刻检查冷却水量或冷剂量。
2）温度：
用手贴在排气侧缸头上有温热的感觉，手贴在吸气侧的缸头上有冷的感觉，这样才算正常，另外缸头不能有结冰的现象等。
3）润滑油：
运转中的压缩机滑油油位不应高于视油镜中间位置，如果超过了不仅进入系统的油量增多还可能影响其制冷的能力，甚至造成压缩机“油击”。
1.2.2冷凝器
冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。
它的功用是将压缩机排出的气态制冷剂冷凝成液态的，供系统循环使用。
船舶冷凝器设备大都是采用卧式的壳管式，它上面包括一些重要的元器件例如：
安全阀、放气阀、平衡管、水室放气旋塞和放水旋塞等。
关于冷凝器还有一个重要的参数需要调节，那就是冷却水量调整，在没有冷却水量自动调节阀时，人工调节冷却水量是一项重要的日常工作。
航行于南北航区的船舶更应及时地根据海水温度变化和排出压力变化而调节海水量，否则将严重地影响装置的工作。
特别是在冬季易发生“液击”。
1.2.3热力膨胀阀
热力膨胀阀工作原理：
热力膨胀阀是通过感受蒸发器出口气态制冷剂的过热度来控制
进入蒸发器的制冷剂流量。
按照平衡方式不同，热力膨胀阀分为外平衡式和内平衡式。
在工业冷却设备中，一般采用外平衡式热力膨胀阀。
热力膨胀阀由感应机构、执行机构、调整机构和阀体组成。
感应机构中充注氟利昂工质，感温包设置在蒸发器出口处，其出口处温度与蒸发温度之间存在温差，通常称为过热度。
感温包感受到蒸发器出口温度后，使整个感应系统处于对应的饱和压力Pb。
该压力将通过膜片传给顶杆直到阀芯。
在压力腔上部
的膜片仅有Pb存在，膜片的下方有调整弹簧的弹簧力Pt和蒸发压力P0，三者处于平衡时有
Pb=Pt+Po。
当蒸发器热负荷增大时，出口过热度偏高，Pb增大，Pb>Pt+Po，合力使顶杆、阀
芯下移，热力膨胀阀开启增大，制冷剂流量按比例增加。
反之热力膨胀阀开启变小，制冷剂流量按比例减小；因此制冷设备是由热力膨胀阀通过控制过热度实现制冷系统的自我调
整。
热力膨胀阀是制冷系统中主要部件之一,它装在紧靠蒸发器入口处,其感温包是包扎在
蒸发器出口末端。
高压液体流经阀孔进入蒸发器时呈喷射状态,在低压蒸发管内扩散从蒸发器周围吸热。
如果氟利昂液体不断地进入蒸发器,蒸发器就不断地从周围吸热,就会使周围温度逐渐下降。
膨胀阀由阀体、气热式膨胀盖感应机构、阀座、阀针、调节杆、弹簧、
顶针等组成。
其感应机构内充有氟利昂液体或充填活性炭和其他气体,当感温包受温度升高影响时,包内液体（或气体）受热膨胀,感应机构的压力大于弹簧的压力将顶针压下顶开阀针,阀孔开启；反之包里液体受温度降低影响时,压力减少,弹簧的压力大于感应机构的
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压力,将阀针向上移,阀孔关小甚至关闭。
1.2.4蒸发器
蒸发器就是一盘粗一点的盘管，低温液态制冷剂进入蒸发器盘管流动时，通过管壁吸收盘管周围介质（空气或水）的热量沸腾汽化（蒸发），使盘管周围的介质温度降低或保持一定的低温状态，从而达到制冷的目的。
它的功用就是让制冷剂在其中汽化，而从被冷却的介质中吸收热量。
根据制冷是采用直接冷却式或是间接冷却式蒸发器所冷却的介质不同，其形式也不同。
船舶氟利昂制冷装置大多采用直接制冷式，其蒸发器直接放在冷库（或空调器）中冷却空气，有冷却排管和利用冷风机两种形式。
蒸发器让低温液态制冷剂和需要制冷的介质交换热量的换热器。
因此蒸发器盘管应置于需要制冷的空间介质中。
例如，电冰箱或冷库的蒸发器放在冷藏室和冷冻室内；房间空调器的蒸发器放在空调房间的墙内侧，并作空气冷却器生产低温水（工程上称冷水）的冷水机组的蒸发器盘管放在产生冷水的壳箱内等。
1.3船舶制冷剂的介绍
制冷剂又称制冷工质，是制冷循环的工作介质，利用制冷剂的相变来传递热量，既制
冷剂在蒸发器中汽化时吸热，在冷凝器中凝结时放热。
它在低温下吸取被冷却物体的热量，然后在较高温度下转移给冷却水或空气。
在蒸气压缩式制冷机中，使用在常温或较低温度
下能液化的工质为制冷剂，如氟利昂（饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物），共沸混合工质（由两种氟利昂按一定比例混合而成的共沸溶液）、碳氢化合物（丙烷、乙烯等）、氨等；在气体压缩式制冷机中，使用气体制冷剂，如空气、氢气、氦气等，这些气体在制冷
循环中始终为气态；在吸收式制冷机中，使用由吸收剂和制冷剂组成的二元溶液作为工质，如氨和水、溴化锂（分子式：
LiBr。
白色立方晶系结晶或粒状粉末，极易溶于水）等。
1987
年9月在加拿大的蒙特利尔室召开了专门性的国际会议，并签署了《关于消耗臭氧层的蒙
特利尔协议书》，于1989年1月1日起生效，对氟里昂在的R11、R12、R113、R114、R115、
R502及R22等CFC类的生产进行限制。
1990年6月在伦敦召开了该议定书缔约国的第二次会议，增加了对全部CFC、四氯化碳（CCL4）和甲基氯仿（C2H3CL3）生产的限制，要求缔约国中的发达国家在2000年完全停止生产以上物质，发展中国家可推迟到2010年。
另外对过渡性物质HCFC提出了2020年后的控制日程表。
HCFC中的R123和R134a是R12和R22的替代品。
1.3.1制冷剂的种类
1）无机化合物
编号为R7**。
R为英文单词Refrigerant（制冷剂）的字头，其后**表示的数字是化合物的分子量。
例如水的编号是R718，氨是R717。
2）卤代烃
目前用作制冷剂的卤代烃多是甲烷或是乙烷中的氢原子被卤素氟、氯、溴原子取代而
成的，商品名统称氟利昂（freon）。
其编号就为R***，其中*表示的数字依次是碳原子数m-1、氢原子n+1、氟原子数x。
其中甲烷生成的m-1=0，故用R**表示而两位数字之和为五则不含氯。
3）非共沸混合物
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它是由两种以上物质混合而成的，在既定压力下蒸发或冷凝时，各组分在气相和液相的质量分数不同，且一直在变化，相变温度也在改变。
4）共沸混合物
有些二元混合物以特定的质量比组合时泡、露点合一，成为共沸点，这时的混合物就称为共沸混合物。
5）碳氢化合物
它们是廉价的自然工质，ODP为零，GWP也很低，不腐蚀金属，难溶于水，与水不发生作用；主要缺点是易燃，与空气混合后有爆炸的危险，但小型制冷装置充剂不多应无大碍。
1.3.2对制冷剂的要求
制冷剂是制冷装置用来完成制冷循环的工质，应根据所用制冷机的类型和要求的制冷温度来选择。
压缩式制冷装置所用的制冷剂的热力性质和热物理性质希望能满足以下要求：
1）在大气压力下，制冷剂的蒸发温度（沸点）ts要低，这是一个很重要的性能指标。
ts
愈低，则不仅可以制取较低的温度，而且还可以在一定的蒸发温度to下，使其蒸发压力Po
高于大气压力。
以避免空气进入制冷系统，发生泄漏时较容易发现；
2）要求制冷剂在常温下的冷凝压力Pc应尽量低些，以免处于高压下工作的压缩机、冷凝器及排气管道等设备的强度要求过高。
并且冷凝压力过高也有导致制冷剂向外渗漏的可能和引起消耗功的增大；
3）对于大型活塞式压缩机来说，制冷剂的单位容积制冷量qv要求尽可能大，这样可以缩小压缩机尺寸和减少制冷工质的循环量；而对于小型或微型压缩机，单位容积制冷量可
小一些；对于小型离心式压缩机亦要求制冷剂qv要小，以扩大离心式压缩机的使用范围，并避免小尺寸叶轮制造之困难；
4）制冷剂的临界温度要高些,冷凝温度要低些。
临界温度的高低确定了制冷剂在常温或普通低温范围内能否液化；
5）压缩终温不能太高，以避免降低滑油和使用性能和使用寿命；
6）热导率较大，可减少换热尺寸；
此外，还要求制冷剂化学稳定性和安全性好，毒性低与所用的材料相容，而且希望对
大气臭氧层的损耗作用和温室效应都比较轻微等等，它的性质直接关系到制冷装置的制冷效果、经济性、安全性及运行管理，因而对制冷剂性质要求的了解是不容忽视的。
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