【正文】 經(jīng)過(guò)三維建模可知，在模擬余熱源系統(tǒng)中管子總長(zhǎng)度L1=300+100+200+300+300+600+300+350+500+300+300=3550mm，彎頭個(gè)數(shù)初定為6個(gè)，彎頭尺寸L2=600mm則管路總長(zhǎng)度L=L1+L2=3550+600=4150mm(5)壓力：吸水池中的壓力，排水池中的壓力，管道系統(tǒng)中的壓力降（揚(yáng)程損失）。 由式（31）得到式（32）： 式中D為管內(nèi)徑。如表31所示：表31 塑料水管規(guī)格表公稱壓力公稱外徑長(zhǎng)度NominaipipeSize壁厚Length（m）20++425++32++40+++50++++63++++75++++90++++110++++140++++6160++++200++++250++++315++++400++++500+560+630+查文獻(xiàn)所知， m/s m/s， m/s 3 m/s，[8]。農(nóng)業(yè)用泵如果是采用明渠輸水，還必須考慮滲漏及蒸發(fā)量。(2)介質(zhì)中所含固體的顆粒直徑、含量多少。ss 實(shí)驗(yàn)裝置所需管道基本要求：(1)介質(zhì)的特性、介質(zhì)名稱、比重、粘度、腐蝕性、毒性等。PVCU管抗腐蝕能力強(qiáng)、易于粘接、價(jià)格低、質(zhì)地堅(jiān)硬。第3章 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)在本裝置中，冷卻液和缸套水需要在管道中流動(dòng)，因此，對(duì)管道的選型需要考慮到冷卻液和缸套水在管道中流動(dòng)時(shí)所受到的阻力等因素。該系統(tǒng)主要包括了模擬余熱源系統(tǒng)，余熱回收系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。PLC中存儲(chǔ)著預(yù)先編寫的程序，在各個(gè)溫度傳感器傳入溫度信息時(shí)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，再經(jīng)過(guò)擴(kuò)展模塊，輸出信號(hào)，控制液體比例調(diào)節(jié)閥。船舶柴油機(jī)缸套水余熱回收裝置需要對(duì)再次循環(huán)進(jìn)入缸套水的溫度進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，使用的是PID模糊控制策略，在溫度傳感器采集到管道中的水的基礎(chǔ)上，通過(guò)PLC發(fā)送指令對(duì)比例調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制換熱介質(zhì)的流量大小，使循環(huán)進(jìn)入缸套中的冷卻水的溫度保持在最佳的冷卻溫度范圍。換熱器7的四個(gè)進(jìn)出口溫度已知，又知道關(guān)內(nèi)水的流量Q，以及其他等參數(shù)，可以對(duì)板式換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，最后按照最大原則進(jìn)行選型。因此對(duì)于這種情況下的換熱，要將過(guò)濾器裝在換熱器的進(jìn)口處，或者選用的板式換熱器的板間間距比較大。如橡膠類的墊圈，對(duì)于不一樣的橡膠種類，則有與之相對(duì)應(yīng)的工作溫度區(qū)間，且都不超出200℃；并且石棉制墊圈的最高溫度一般在250℃260℃之間。對(duì)板式換熱器單塊板面積小，并且在單機(jī)內(nèi)裝配換熱版的數(shù)目不是很多時(shí)，就能夠升至很高的壓力，生產(chǎn)廠家將會(huì)在板式換熱器上標(biāo)出具體的許用壓力值。（6）使用方便只需卸下板式換熱器的緊固螺柱，就可拿出換熱器的板片或者挪開板束，因此對(duì)清洗、維修（換更板片、墊片等），對(duì)于增多或者減少板片數(shù)目（即改變換熱面積），改變流道組合都非常的便利。所以，尾端溫差不會(huì)因?yàn)榱黧w在流通路徑內(nèi)的流動(dòng)而受到制約。（5）末端溫差小末端溫度差指的是一種流體的入口溫度與另外一種流體的出口溫度差值。（3）在板式換熱器當(dāng)中，如果放置了中間的隔板，就能夠同時(shí)完成多種換熱介質(zhì)的熱交換，管殼式換熱器是很難完成此特點(diǎn)的。因此，板式換熱器的傳熱系數(shù)很大，約為管殼式換熱器的35倍左右。板式換熱器的特點(diǎn)：（1）總傳熱系數(shù)高板式換熱器板與板之間的流通路徑是截面不斷變化的，且流通路徑曲折。換熱器的種類繁多，其中包括管式換熱器、板式換熱器、螺旋板式換熱器、空氣換熱器、容積式換熱器、管板式換熱器等。在實(shí)際情況中，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的主要燃料是LNG，既常壓液態(tài)天然氣，其存儲(chǔ)溫度為162℃。本系統(tǒng)的工作過(guò)程是：自來(lái)水龍頭放出常溫的自來(lái)水，常溫自來(lái)水在換熱器中吸收熱水放出的熱量，使水溫升高，最后排放到環(huán)境中去。壓力傳感器15是為了測(cè)量管路水壓。）儲(chǔ)液罐12的作用是儲(chǔ)存從換熱器出來(lái)的熱水，并為掛壁式煤氣爐提供熱水，它的容量V要滿足模擬余熱源系統(tǒng)整個(gè)管路水的容量要求，手動(dòng)閥13的作用是模擬雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況（怠速、減速、加速）。我們選用林內(nèi)牌的掛壁式燃?xì)鉅t，相關(guān)參數(shù)可以通過(guò)燃?xì)鉅t的說(shuō)明書獲取。本子系統(tǒng)的工作過(guò)程是：掛壁式燃?xì)鉅t對(duì)水進(jìn)行加熱，通過(guò)水泵對(duì)加熱后的水進(jìn)行運(yùn)送，水經(jīng)換熱器換熱、然后經(jīng)過(guò)儲(chǔ)液罐，換熱后的水最后又回到燃?xì)鉅t里，形成一個(gè)熱水的循環(huán)系統(tǒng)。下面是整個(gè)系統(tǒng)的工作原理圖：圖21 系統(tǒng)工作原理圖 模擬余熱源系統(tǒng) 船舶柴油機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)使船舶柴油機(jī)缸套水溫度升高，船舶柴油機(jī)本身的缸套水循環(huán)系統(tǒng)可以將缸套水引流至空冷池或水冷池進(jìn)行冷卻，再將冷卻到適宜溫度的水循環(huán)進(jìn)入船舶柴油機(jī)缸套中，達(dá)到控制船舶柴油機(jī)缸套水溫度的目的。本系統(tǒng)可以分為三個(gè)子系統(tǒng)，分別為：模擬余熱源系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)本裝置時(shí)，我們使用掛壁式煤氣爐產(chǎn)生的熱水來(lái)模擬船舶柴油機(jī)產(chǎn)生的缸套水。水泵帶動(dòng)掛壁式燃?xì)鉅t排出的熱水通過(guò)換熱器將熱水放出的熱量對(duì)自來(lái)水進(jìn)行預(yù)加熱，換熱后的熱水又回到燃?xì)鉅t中，形成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，以達(dá)到模擬雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)缸套水余熱回收的目的。船舶柴油機(jī)缸套水余熱回收裝置取代空冷（水冷）池，將大大節(jié)約系統(tǒng)所使用的空間，而且可以將缸套水中的熱量進(jìn)行回收利用，大大提高了船舶柴油機(jī)的能源利用效率。船舶柴油機(jī)本身?yè)碛幸惶赘滋姿h(huán)系統(tǒng)，但是這套循環(huán)系統(tǒng)將缸套水引流到空冷池或水冷池，進(jìn)行冷卻，這部分引流出來(lái)的冷卻水將會(huì)由冷卻達(dá)到適宜溫度的冷卻水進(jìn)行補(bǔ)償。在能源逐漸匱乏的今天，國(guó)內(nèi)外的目光也已經(jīng)投向了這一領(lǐng)域，表明缸套水余熱回收對(duì)提高船舶柴油機(jī)能源利用率的重要性。MAN公司圍繞船舶主機(jī)開發(fā)出新型的余熱回收系統(tǒng)，能夠大大提高主機(jī)排溫溫度，該系統(tǒng)主要根據(jù)汽輪機(jī)和余熱鍋爐使用過(guò)程中的蒸汽壓力情況分為單壓TES系統(tǒng)和雙壓TES系統(tǒng)[5]。ABBA公司和Wartsila公司在多年之間通過(guò)不同的方式來(lái)回收排氣中的熱能，如用過(guò)安裝大量的動(dòng)力渦輪在發(fā)動(dòng)機(jī)上來(lái)回收多沖程柴油機(jī)剩余的能量，可以回收百分之十的主機(jī)功率，每年可以節(jié)約8000t的燃油，對(duì)于大型的集裝箱船。這種裝置可以將船舶主機(jī)的余熱能量回收，并將回收的能量輸送到船舶能量網(wǎng)絡(luò)中去，該裝置可以大幅度提高能源利用率，提高船舶運(yùn)輸?shù)哪芰Γ泻芨叩慕?jīng)濟(jì)效益，并且可以大幅度提高船舶系統(tǒng)的推進(jìn)和電力性能，有12%的主機(jī)功率可以通過(guò)該裝置得以回收，而且延長(zhǎng)了船舶主機(jī)和發(fā)電機(jī)的維護(hù)周期，節(jié)約了人力資源。20世紀(jì)90年代初，可以滿足辦公樓、餐廳、酒樓、超級(jí)市場(chǎng)等中央空調(diào)的需求的制冷機(jī)組的工程在廣東最早開展，該工程為陸用柴油機(jī)余熱發(fā)電綜合改造工程，該工程完成后，余熱發(fā)電功率約為柴油發(fā)電機(jī)組功率的4%左右，采用嗅化鏗吸收式制冷方式，可滿足實(shí)現(xiàn)了利用柴油機(jī)余熱進(jìn)行發(fā)電、供熱、制冷的三聯(lián)供[3]。該系統(tǒng)包括低壓蒸發(fā)器、高壓蒸發(fā)器和高壓過(guò)熱器三部分，采用雙壓余熱鍋爐，在Wartsila余熱回收技術(shù)基礎(chǔ)上取消了Wartsila方案中的動(dòng)力渦輪，利用廢氣余熱鍋爐蒸汽發(fā)電或供船舶使用[2]。上海滬東重機(jī)有限公司的吳安明和周偉中，研發(fā)了一套用于柴油機(jī)余熱利用的新型系統(tǒng)，在計(jì)算分析之后對(duì)系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了改進(jìn)，%的余熱利用系統(tǒng)熱效率，%的電能，這些增加的成本可以在三年內(nèi)回收。余熱的品質(zhì)在溫度升高的同時(shí)也會(huì)大大提高，其品質(zhì)越好，利用的價(jià)值也就越高。寧波大學(xué)的吳伯才通過(guò)分析船舶余熱的成分，闡述了船舶節(jié)能的重要性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，提出了合理利用余熱的途徑。能源綜合利用與智能控制是實(shí)踐國(guó)家節(jié)約能源政策的重要舉措，目前市場(chǎng)需求尚處于起步階段，相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)都主要以國(guó)外引進(jìn)為主。世界各國(guó)把能源綜合利用擺到十分重要的位置，我國(guó)還頒布了新《節(jié)約能源法》和《節(jié)約能源管理暫行條例》，使節(jié)約資源成為我國(guó)的基本國(guó)策，節(jié)能減排工作大范圍展開。本項(xiàng)目開發(fā)的控制系統(tǒng)應(yīng)用于缸套水的廢熱回收裝置中，使得廢熱回收裝置能自適應(yīng)船舶柴油機(jī)的工況變化，在不影響其性能的情況下，提高熱效率15%以上。因此，本項(xiàng)目旨在以缸套水廢熱回收裝置為研究對(duì)象，基于工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)等原理深入研究船舶柴油機(jī)工況、缸套水熱力循環(huán)和工質(zhì)熱力循環(huán)，建立起工質(zhì)參數(shù)（流量、溫度等）與缸套水參數(shù)（流量、溫度等）之間的關(guān)系；而后，基于現(xiàn)代控制技術(shù)設(shè)計(jì)一控制系統(tǒng)，使得工質(zhì)參數(shù)能自主適應(yīng)船舶主機(jī)工況的變化，在沒(méi)有影響主機(jī)性能的條件下獲得回收熱量最大。而船舶柴油機(jī)的工況非常復(fù)雜（含啟動(dòng)、怠速、部分負(fù)荷和全負(fù)荷等工況），導(dǎo)致缸套水?dāng)y帶的熱量時(shí)大時(shí)小。船舶柴油機(jī)有效熱效率低于50%，剩余熱量均通過(guò)缸套水、煙氣等帶走?，F(xiàn)在，所有熱機(jī)中效率最高的是最先進(jìn)的船用二沖程柴油機(jī)主機(jī)，其熱效率已經(jīng)接近50%，但是還是浪費(fèi)了大部分能源，這部分能源所產(chǎn)生的熱能，隨著廢氣和冷卻水排放到環(huán)境中去了，造成了很大的浪費(fèi)。冷卻水出口溫度的升高大大提高冷卻水熱能的品質(zhì)，也為冷卻水余熱的利用創(chuàng)造了更好的條件。這樣不合理地利用廢熱很大程度上造成了能源的浪費(fèi)。船舶運(yùn)輸耗能巨大，這不僅提高了航運(yùn)的成本，還對(duì)環(huán)境造成了很嚴(yán)重的影響。從1973年世界發(fā)生石油危機(jī)以來(lái)，環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，節(jié)能問(wèn)題慢慢進(jìn)入人們的視野。 Heat exchanger.目 錄第1章 緒論 1 引言 1 項(xiàng)目的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義 2 2 2 3 4第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 模擬余熱源系統(tǒng) 6 余熱回收系統(tǒng) 7 9 9第3章 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì) 10 10 實(shí)驗(yàn)裝置所需管道基本要求： 10 流量的確定 12 水泵設(shè)計(jì) 13 泵的揚(yáng)程計(jì)算 13： 15 17 19 19 20 20 22 23 23 24第4章 控制元件選型 25 25 25 26 27 PLC控制器 28 28 29 29第5章 三維模擬試驗(yàn)平臺(tái)以及實(shí)物平臺(tái)的構(gòu)建 30 SolidWorks簡(jiǎn)介 30 30 31 31 31 31 32 33總結(jié)與展望 34致謝 35參考文獻(xiàn) 36IV第1章 緒論 引言隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，世界各國(guó)的聯(lián)系日益密切，無(wú)論是人員的流動(dòng)，還是物資的運(yùn)輸，都會(huì)觸及航運(yùn)，而柴油機(jī)則是航運(yùn)中的主要?jiǎng)恿?lái)源。AbstractMarine diesel engine energy utilization rate has been hot spot of the world, because diesel engine energy utilization rate can be better, resulting in a lot of energy waste, energy problem has already bee a very important issue in the process of economic development. Continuously improve energy efficiency, reduce emissions of marine diesel engine exhaust, the survival of the human environment is to protect the environ