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船舶冷藏集装箱变频节能特性研究

甘伟  
【摘要】: 20世纪70年代以来,能源问题已被列为世界五大问题之一,随着世界食品工业的发展和易腐货物冷藏运输量的日益扩大,船舶冷藏集装箱得到日益广泛的应用。海运冷藏集装箱流动性大,随着外界气温、海水温度、太阳辐射强度和运送货物的变化,冷藏集装箱制冷系统的显热和潜热负荷随之不断变化。传统的冷藏集装箱制冷系统一般采用恒定转速运行方式,在设计系统时,以能够满足最大热负荷为依据,制冷压缩机和冷风机选型的根据是最大冷、热负荷工况。实际上,制冷系统只是短时间工作在最大负荷。亚-欧、亚-美航线上冷藏集装箱制冷系统长期处在额定负荷的40~90%下运行,能量浪费极其可观。因此,冷藏箱制冷装置的节能也越来越引起广泛的重视。 本文通过分析目前冷藏集装箱的能量调节方式,比较了这些控制方式在箱外负荷变化的情况下的能量调节优缺点,在此基础上提出全新的变频能量调节控制方式:通过对冷藏箱围壁结构的动态传热性能的分析和热反应系数法的应用,得出了各围壁结构的热反应系数;通过冷藏箱空箱降温实验分析了制冷系统在空箱打冷时系统的特性。 本论文的主要目的是通过分析船舶冷藏集装箱的能量消耗、控制方式和分析制冷装置变频调速控制技术的基础上,研究冷藏集装箱的制冷系统采用变频控制技术以后的系统变频特性,这也是本文研究的重点。 在外界负荷变化的时候通过变频技术改变压缩机的转速,使制冷剂流量随着负荷的变化而变化,从而改变系统的制冷量,达到制冷系统与负荷变化的匹配。同时由于转速的下降,使得压缩机功耗减少,达到较好的节能效果。 本文分析了冷藏集装箱制冷系统风机(冷凝器和蒸发器风机)变频节能运行的基本特性,以及蒸发器的变流量特性。在负荷较小时,压缩机采用低速运转,吸气压力升高,这对系统降低能耗是有利的;变频控制时,蒸发器制冷剂流量的变化并非线性;系统中采用电子膨胀阀进行过热度控制,被控对象具有参数时变的特性,相应地宜采用变结构的控制器。通过典型航次风机节能的理论计算表明其效果是比较可观的。 本文对比分析了冷藏箱制冷系统各种节流元件的特点,指出电子膨胀阀应用的优势,同时分析了电子膨胀阀的启动特性、流量特性以及系统在阀开度变化时的动态响应。电子膨胀阀在启动时应先使电子膨胀阀处于关闭位置,延时一段时间后,再将阀开至一个较大的位置,再延时一段时间后转移到基本的控制。对于 不同工质的冷藏集装箱制冷系统,电子膨胀阀应该根据具体制冷剂的热力性质选 取;电子膨胀阀流量系数对孔径和脉冲数比较敏感;在结构固定时,流量系数随 蒸发温度的降低而升高,随冷凝温度的增加而增大,受过冷度变化的影响较小; 电子膨胀阀的容量受孔径影响最大。在热负荷稳定时,电子膨胀阀开度突然变化 会引起的蒸发器进、出口温度及过热度动态响应,蒸发器出口过热度不仅与电子 膨胀阀的开度有关,而且在流量较大时,过热度还与制冷系统各参数有关。


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