【正文】 周偉中. 船舶柴油機(jī)余熱利用技術(shù)研究[J]. 柴油機(jī). 20120928.[3] 景國輝。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、精益求精的敬業(yè)精神與和藹的性情以及學(xué)長熱心的幫助和指導(dǎo)給我留下了深刻的印象，我將永遠(yuǎn)銘記你們的諄諄教誨。四年的人生旅途是如此短暫，但是這短短的四年卻是人生最美麗的，我們在四年里提高自己自我學(xué)習(xí)能力，我感謝所有的老師，賦予了這段時(shí)光獨(dú)一無二的意義，這里是我??們知識(shí)的殿堂，我們在這里不僅豐富了知識(shí)，還學(xué)會(huì)了從一個(gè)新的視角去發(fā)現(xiàn)美，創(chuàng)造美，欣賞美，不斷去發(fā)現(xiàn)世界的美，提升對(duì)生活的感悟，大學(xué)時(shí)光教會(huì)了我們要珍惜友誼，當(dāng)我們用開闊的眼界看世界的時(shí)候，世界一定也是廣闊的。希望此套系統(tǒng)在不久的將來用在大型的船舶上。展望：本文所設(shè)計(jì)了一套用于回收船舶發(fā)動(dòng)機(jī)缸套水余熱的余熱回收裝置。總結(jié)與展望總結(jié)：畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，完成了船舶柴油機(jī)缸套水余熱回收裝置的設(shè)計(jì)以及實(shí)物平臺(tái)的搭建，總結(jié)如下：，對(duì)該余熱回收關(guān)鍵部件提供了相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)。圖52為實(shí)物搭建的實(shí)物平臺(tái)。圖51為船舶柴油機(jī)缸套水余熱回收裝置三維模型的最終裝配圖。管道布局時(shí)，還應(yīng)該考慮不出現(xiàn)干涉，以及留出合適的空間以便對(duì)管道進(jìn)行安裝。在實(shí)物平臺(tái)搭建之前，先使用三維建模軟件SolidWorks對(duì)平臺(tái)進(jìn)行虛擬搭建，并使用智能裝配，為之后的實(shí)物平臺(tái)的搭建提供虛擬結(jié)構(gòu)示意，為實(shí)物平臺(tái)中管道的布局以及具體的實(shí)物放置的位置提供指引。模擬余熱源系統(tǒng)主要用于模擬船舶柴油機(jī)缸套水，余熱回收系統(tǒng)則用于將缸套水與換熱介質(zhì)進(jìn)行交換，控制系統(tǒng)的主要目的為保持循環(huán)進(jìn)入缸套中的冷卻水的溫度維持在最佳冷卻溫度范圍。裝配模塊功能中應(yīng)用廣泛的有以下兩點(diǎn)：第一就是能輕松定義組裝不同零件；第二就是在運(yùn)動(dòng)仿真發(fā)面的爆炸視圖，使用戶能夠直觀明確的了解裝配體運(yùn)行結(jié)構(gòu)方式[22]。在樣品的開發(fā)與設(shè)計(jì)的過程中，特征相互之間的關(guān)系是必須不能搞錯(cuò)的，如果不在意這方面的內(nèi)容，那么久很難對(duì)某一特征進(jìn)行單獨(dú)的修改和編輯，導(dǎo)致失誤的出現(xiàn)。運(yùn)用這款軟件進(jìn)行三維建模，必須需要嚴(yán)格順序來繪制不同的類型特征。SolidWorks因?yàn)槠浜唵蔚牟僮鹘?jīng)常被用來繪制三維零件圖，這時(shí)候，使用的就是零件模塊。SolidWorks的模塊功能齊全從工程圖模塊、草圖繪制、零件設(shè)計(jì)到裝配模塊、運(yùn)動(dòng)仿真等不一而足。使用者可以依據(jù)自己的需求來使用其中的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)建模，不同的功能模塊創(chuàng)建的文件有不同的文件擴(kuò)展名。SolidWorks是一款優(yōu)秀的三維建模軟件，從20世紀(jì)90年代出現(xiàn)之后，因?yàn)樗鼉?yōu)異的性能、簡單性和持續(xù)創(chuàng)新，極大地提高了使用者的設(shè)計(jì)速度，在激烈的競爭中脫穎而出，成為三維建模軟件的佼佼者。該套系統(tǒng)于19951999年取得全球智能平臺(tái)CAD系統(tǒng)比賽的第一名；從1995到今天，已經(jīng)獲得十七項(xiàng)之多的國際獎(jiǎng)項(xiàng)，其中僅僅是從1999年起，美國方面權(quán)威的CAD行業(yè)雜志CADENCE在4年之內(nèi)授予SolidWorks最優(yōu)秀編輯獎(jiǎng)，來表揚(yáng)SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡潔。SolidWorks軟件是全世界率先建立在Windows系統(tǒng)中的三維CAD系統(tǒng)，由于它的技術(shù)方面的創(chuàng)新符合CAD前沿技術(shù)的開發(fā)潮流和方向，SolidWorks公司在兩年內(nèi)一躍為CAD/CAM市場中利潤最大的公司。從1995年開發(fā)出第一代SolidWorks三維機(jī)械開發(fā)軟件到2010年止已經(jīng)建立了全球各地的辦事處，并通過300家銷售商在全球140個(gè)地區(qū)進(jìn)行分銷。目前，達(dá)索的CAD產(chǎn)品市場覆蓋率是世界前列。達(dá)索公司提供系統(tǒng)軟件的開發(fā)，并支持與互聯(lián)網(wǎng)信息融合資料的使用者。圖49 觸摸屏本章主要對(duì)控制元件進(jìn)行了選型，著重介紹了各個(gè)控制元件的作用，并在關(guān)鍵件設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)上選擇了合適的控制元件。觸摸屏型號(hào)：西門子原裝正品KTP600彩色觸摸屏 6AV66476AV66470AD113AX0。觸摸屏是一種最前沿的電腦信號(hào)收入設(shè)備，它是目前最容易、邊界、和諧的一類人機(jī)交流方式。S71200模塊需要配備模擬量輸入/輸出模塊，模塊具體型號(hào)：6ES72344HE320XB0西門子SM1234模擬量模塊6ES7 2344HE32OXBO。圖48是PLC控制器，型號(hào)為西門子PLC 6ES7 2141HG310XB0 原裝正品S71200 CPU 1214C。PLC控制器采用西門子的PLC S71200控制器或者是，PLC控制器中帶有自適應(yīng)PID控制模塊。圖46采集卡照片圖47測試軟件 PLC控制器在可以進(jìn)行編程的邏輯部件控制件出現(xiàn)之前，一般都要運(yùn)用成百上千的繼電器和很多計(jì)數(shù)器才可以構(gòu)成擁有類似功能的自行運(yùn)行的系統(tǒng)，而如今，通過編寫的容易的可編輯邏輯控制器模塊就可以取代這類比較大的裝置。采集卡選用8通的，在這里要分別采集兩個(gè)溫度信號(hào)和兩個(gè)流量信號(hào)，剩下4通為以后系統(tǒng)擴(kuò)展備用，采集卡內(nèi)部程序及軟件有賣方提供。由于數(shù)據(jù)采集卡和其他工業(yè)采集卡不常用，因此，一般采集卡默認(rèn)為靜態(tài)圖像采集卡，動(dòng)態(tài)視頻采集卡。圖45是選用的液體比例調(diào)節(jié)閥，其具體的參數(shù)為：輸入電壓010V，輸出電流420mA，流量溫度限制295℃（檢測溫度在此范圍內(nèi)），環(huán)境溫度要求265℃（環(huán)境溫度符合要求）。比例調(diào)節(jié)閥的電動(dòng)閥除閥體外還具有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因?yàn)榘惭b的原因，設(shè)備一般都是下進(jìn)上出。流量傳感器的量程范圍是1200L/min，符合流量傳感器的檢測范圍。由于渦輪流量計(jì)的輸出脈沖信號(hào)頻率與磁力轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與水流量成正比，根據(jù)水流量的大小啟動(dòng)燃?xì)鉄崴?。在霍爾元件的正極串入負(fù)載電阻，同時(shí)通上5V的直流電壓并使電流方向與磁場方向正交。輸出電流420mA。在換熱器右側(cè)的溫度傳感器檢測的溫度值需要精確顯示，因此選用精度等級(jí)比較高的溫度傳感器，在這里，由于選用了西門子PLC編程器S71200，由于S71200PLC沒有專用的溫度擴(kuò)展模塊，因此往往都會(huì)采用一體化溫度傳感器，即包含溫度傳感器部分和變送部分，一般為24V供電、二線制、連熱電阻或熱電偶、輸出420mA。在日常生活中人們經(jīng)常使用這些溫度計(jì)[14]。在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度計(jì)也可以測量物體內(nèi)的溫度分布。溫度計(jì)可以通過傳導(dǎo)或?qū)α鱽磉_(dá)到熱平衡，所以溫度計(jì)的值可以直接顯示被測物體的溫度。溫度傳感器是測溫儀表的核心部分。下面將對(duì)本系統(tǒng)的控制元器件進(jìn)行選型設(shè)計(jì)?！妫? W）104104壓強(qiáng)降（Pa）本章主要對(duì)船舶柴油機(jī)缸套水余熱回收系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，包括對(duì)冷熱管道、水泵和換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算?！妫?duì)流傳熱系數(shù)（W/（m2 換熱器型式：板式換熱器構(gòu)造：1——前支柱； 2——活動(dòng)壓緊板；3——上導(dǎo)桿； 4——墊片； 5——板片；6——固定壓緊板； 7——下導(dǎo)桿；8——壓緊螺柱、螺母。通過計(jì)算表明。（1）壓強(qiáng)降△P核算：熱側(cè)流道為流體壓縮流道，冷側(cè)流道為流體擴(kuò)張流道高溫水壓強(qiáng)降：循環(huán)水壓強(qiáng)降：計(jì)算表明，高溫水和冷卻水的壓強(qiáng)降均滿足設(shè)計(jì)要求。= 2900 W／(m2℃)。（5）初選換熱器型號(hào)根據(jù)兩流體情況，假設(shè)=2900 W／(m2（3）計(jì)算兩流體的平均傳熱溫差 （4）循環(huán)水的傳熱單元數(shù) 查換熱器設(shè)計(jì)手冊，則平均傳熱溫差：查換熱器設(shè)計(jì)手冊得知：板式換熱器水——水熱交換總傳熱系數(shù)K在29004650W/m2K之間。（1）計(jì)算熱負(fù)荷熱負(fù)荷公式（38）如下： （38）求得 。c) w/(mm3998 kg現(xiàn)在進(jìn)行簡單的總結(jié)：要選用一臺(tái)板式換熱器，流量之前已經(jīng)算出Qmax=%+=,溫度從60℃冷卻至40℃，105Pa，水的進(jìn)口溫度為15℃(自來水的溫度，環(huán)境溫度)，設(shè)置出水口溫度為30℃，105Pa。并且，所選水泵的最大流量為1200L/H，即為20L/min。圖9是所選掛壁式燃?xì)鉅t的技術(shù)參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中采用掛壁式燃?xì)鉅t作為本系統(tǒng)中的熱源，采用掛壁式燃?xì)鉅t加熱的熱水來模擬LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的缸套水。溫度控制器可以在外部連接，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的溫度調(diào)節(jié)和節(jié)能目標(biāo)。燃?xì)鉅t起源于歐洲，有幾百年歷史，國家稱其為燃?xì)鈷毂谑娇焖俨膳療崴?，但與傳統(tǒng)的燃?xì)鉄崴饔兄举|(zhì)的區(qū)別。容積泵主要是利用容積變化來傳遞能量；葉片泵是利用旋轉(zhuǎn)葉片和水相互作用來傳遞能量，可分為離心泵、軸流泵和混流泵等類型[10]。它可以將外部能源的原動(dòng)力機(jī)械能傳遞給液體，可以提升液體的能量，主要用于輸送液體，包括水、油、酸、堿液、乳液、掛乳液和液態(tài)金屬等，還可輸送液體、氣體混合物和含有固體顆粒懸浮于液體中的液體。由上述計(jì)算所知管子的總阻力：得知mH2O因?yàn)椋核裕簃H2O在這里系統(tǒng)中還加入了板式換熱器，所以板式換熱器的阻力也要算進(jìn)泵的揚(yáng)程： 由換熱器說明書可知，所以=+=。20=，初步預(yù)算模擬余熱回收系統(tǒng)中有9個(gè)彎頭，所以總的管件阻力損失=6=。102+）≈（在這里把水管看成為塑膠軟管，）[9]?；剞D(zhuǎn)頭活接管(1)計(jì)算Re準(zhǔn)數(shù)Re計(jì)算公式（33） 故當(dāng)Re≤2000時(shí)為滯流（層流），則當(dāng)Re＞2000時(shí)為湍流，則以上是克爾布魯公式克爾布魯克（Colebrook）公式試用范圍 Re＝4103～108，Re=47561在范圍之內(nèi)所以符合要求。ζ＝90176。容器內(nèi)操作壓力可以忽略不及，故：=0mH2O，=0mH2O表31計(jì)算式中各參數(shù)符號(hào)的意義符號(hào)意義單位d管內(nèi)徑m長度mQ液體的體積流量m3/sRe雷諾準(zhǔn)數(shù)－T時(shí)間sv液體的流速m/s密度Kg/m3粘度ζ局部阻力系數(shù)－ε絕對(duì)粗糙度mλ摩擦因數(shù)－表32某些工業(yè)管材的ε管道類別絕對(duì)粗糙度ε/mm管道類別絕對(duì)粗糙度ε/mm金屬管無縫黃銅管、鋼管、鉛管～非金屬管干凈玻璃管～新的無縫鋼管、鍍鋅鐵管～橡皮軟管～新的鑄鐵管木管道～具有輕度腐蝕的無縫鋼管～陶土排水管～具有顯著腐蝕的無縫鋼管很好整平的水泥管舊的鑄鐵管石棉水泥管～表33 常用管件和閥件底局部阻力系數(shù)值管件和閥件名稱ζ值標(biāo)準(zhǔn)彎頭45176?！懦鰩缀胃叨?，m； 取值：高于泵入口中心線：為正；低于泵入口中心線：為負(fù)；——吸入幾何高度，m； 取值：高于泵入口中心線：為負(fù)；低于泵入口中心線：為正；——容器內(nèi)操作壓力，m液柱（表壓）； 取值：以表壓正負(fù)為準(zhǔn)；——直管阻力損失，m液柱；——管件阻力損失，m液柱；——進(jìn)出口局部阻力損失，m液柱； ——泵的揚(yáng)程，m液柱。計(jì)算之前應(yīng)該繪制出流程草圖，平、立面布局圖，算出管道的長度、管道的直徑和管件的型式和數(shù)量。 水泵設(shè)計(jì)水泵在本裝置中的作用是將儲(chǔ)液罐中的水泵入燃?xì)鉅t，燃?xì)鉅t對(duì)水進(jìn)行加熱，來模擬船舶柴油機(jī)中的缸套水。（3）如果基本數(shù)據(jù)只給重量流量，應(yīng)換算成體積流量。（2）如果生產(chǎn)工藝中只給出正常流量，應(yīng)考慮留有一定的余量。閥門用來調(diào)節(jié)泵的工況點(diǎn)，逆止閥在液體倒流時(shí)可防止泵反轉(zhuǎn)，并使泵避免水錘的打擊。在設(shè)計(jì)布置管道時(shí)，應(yīng)注意如下事項(xiàng)：