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原文传递某船中央冷却系统控制策略研究

论文题名：	某船中央冷却系统控制策略研究
关键词：	散货运输船;中央冷却系统;变频技术;串级控制
摘要：	本文以满足57000t散货船配套需要的中央冷却系统作为研究内容,以节能减排与改善国际海事组织提出的船舶能效设计指数(EEDI)为目的,开展了节能型船舶中央冷却系统的设计与控制策略建模仿真工作,对提高船舶燃油效率、使新造船舶适应国际海事组织提出的能效标准有重要实际意义。　　本文首先从系统原理设计角度开展了三项工作。第一,通过对传统船舶中央冷却系统投资运营成本分析,针对海水泵组能耗过高的现象,根据水泵相似原理与传热学原理,提出海水泵组变频调速控制方案。使用平方减转矩电流型变频器,通过控制单元对变频海水泵组进行实时变转速控制以满足各工况下的冷却水量。研究结果表明,应用变频调速技术可以有效降低船舶能效设计指数并在半年内通过节省的燃油费用收回附加投资,具有良好节能效果与广阔的市场前景。第二,为控制中央冷却系统核心设备板式冷却器的采购成本,根据其设计原理提出设计原则并建立设计选型流程。第三,为达到平衡系统初期投资与运行能耗的目的,本文使用非线性规划方法,以最小化管网总投资与运行费用为目标函数、管子管径为优化变量、冷却系统供水量与压头为约束条件,建立冷却水回路管系经济流速计算模型。然后,从改善船舶中央冷却系统控制性能角度。针对目前使用传统PID反馈控制的冷却水温度控制系统惯性大、经常超调的特点,利用流体力学与传热学理论对管路特性及各换热设备进行原理分析后,建立中央冷却系统水力模型、稳态换热模型和动态换热模型。然后,运用MATLAB软件中的SIMULINK仿真工具,使用模块化建模方法建立中央冷却系统仿真模型。在验证该模型动态响应结果与已知数据相吻合后,本文提出变频海水泵组串级控制方案,并使用经典控制理论建立控制模型。使用MATLAB软件对 PID控制方案与串级控制方案进行仿真对比。仿真结果显示串级控制方案明显提升了系统的稳定性并优化了控制性能,在船舶中央冷却系统的控制设计中具有良好的应用前景。最后,在系统原理设计与控制设计的基础上,以Windows XP操作系统为开发平台,VisualStudio.NET2010为开发环境, VB.NET为开发工具,设计开发中央冷却系统设计仿真软件。分别根据管路经济流速计算模型、板式冷却器选型流程与中央冷却系统仿真模型,实现“管系经济性计算”、“板式冷却器设计”、“中央冷却系统仿真结果输出”三大功能,该软件的目的是辅助船舶中央冷却系统的设计。
作者：	陈伟智
专业：	轮机工程
导师：	张维竞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文