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回收船舶余热的动力涡轮制冷系统研究
| 论文题名： | 回收船舶余热的动力涡轮制冷系统研究 |
| 关键词： | 船舶柴油机;有效直径;制冷系统;余热回收;动力涡轮 |
| 摘要： | 我国船舶业发展迅速，船舶主机功率大，排气中存在较多未被利用的能量，回收船舶余热是船舶发动机节能减排的关键。此外，船舶上所配备的制冷设备存在着能源消耗的需求，回收船舶的废气能量并用于制冷系统，则可以解决船舶制冷和物品冷藏的能量消耗问题。为了有效回收并利用船舶废气能量，本文提出了一种回收船舶余热的动力涡轮制冷系统方案，研究了动力涡轮对两级可变喷嘴环式涡轮VNT（Variable Nozzle Turbine）混联系统的影响规律以及制冷系统实际运行稳定性，并制定了动力涡轮制冷系统能量回收利用方案。 首先利用 GT-SUITE系列软件的 GT-Power建立了某型渔船用增压柴油机模型，在得到验证的模型基础上加入动力涡轮模块，建立了增压涡轮-动力涡轮耦合系统仿真平台，即两级VNT混联系统仿真平台。 然后本文将涡轮的有效直径（Effective Diameter）作为表征涡轮的流通能力的参数，分别研究了混联系统中串联和并联两种工作模式下增压涡轮和动力涡轮的流通能力对整机性能的影响规律，提出了增压涡轮、动力涡轮与发动机的匹配策略，并制定了兼顾柴油机全工况的系统最佳匹配方案。结果表明：针对柴油机的不同运行工况，两级涡轮混联系统能通过控制阀门的开闭，实现串联或者并联工作模式，从而提升系统整机效率；在柴油机混联系统中，采用可变喷嘴环式涡轮 VNT有利于实现全工况下发动机、增压涡轮和动力涡轮间的最佳匹配；额定工况下动力涡轮回收功率值为38kW。 基于上述研究，本文设计了一个适用于渔船余热回收的制冷系统，采取将两款制冷压缩机并联运行的方法来适应渔船全工况运行范围，并利用 GT-SUITE系列软件的 GT-SUITEmp建立了制冷系统仿真平台。最后，本文分析了该制冷系统模型在实际变工况环境中的运行稳定性，并针对渔船不同运行工况设计了能量回收方案。结果表明：该动力涡轮制冷系统在海水温度变化和冷海水舱温度变化时工作性能良好，在全工况下通过动力涡轮回收的能量都能够合理地应用于制冷系统，从而验证了该动力涡轮制冷系统方案的合理性；额定工况下回收的制冷量达126.9kW，整机效率提高4.1%；每年累计可节省成本达1.49万元。 |
| 作者： | 杨俊杰 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 王彦岩 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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