修订版船舶冷却水系统设计指导(修订版)

船舶柴油机冷却水温度微机控制系统的设计
张少明;卢晓春
【期刊名称】《船电技术》
【年(卷),期】2009(029)001
【摘要】将单片机应用于船舶主柴油机冷却水温度自动控制系统中.首先对温度测控系统进行了功能分析,并根据系统所要实现的功能进行了硬件元器件的选择和软件算法的确定,最终得出主机冷却水温度控制系统的整套硬件设计方案.
【总页数】3页(P9-11)
【作者】张少明;卢晓春
【作者单位】广东交通职业技术学院,广州,510800;广东交通职业技术学院,广州,510800
【正文语种】中文
【中图分类】TP273.5
【相关文献】
1.船舶柴油机冷却水温度控制系统的设计 [J], 王宏智;张冬梅;盛进路
2.船舶柴油机冷却水温度的微机控制系统开发 [J], 张少明
3.关于船舶柴油机冷却水温度控制系统的研究与设计 [J], 陈刚
4.船舶柴油机冷却水温度控制系统的设计与实现 [J], 蒋潇
5.采用DSP的船舶柴油机冷却水温度控制系统设计 [J], 霍福翠
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编制大纲：需要补充的内容：1，水泵（定速离心泵，变频泵）；2，温控阀；3，节流孔板；4，热平衡计算的理论公式，温升热量水量公式；5，特殊案例的区分（温控阀，板冷，变频泵对整个冷却系统形式选定的影响；分离封闭式，高低温混流式，配置变频海水泵没有温控阀的中央式。

）6，利用目前的实船进行计算公式的验证，还有一些经验系数的反推导（特别是一些厂家自己的经验系数）7，膨胀水箱；8，补充开发设计需要的部分，参考《船舶管舾装设计工艺实用手册》前言（目的）以《船舶设计实用手册---轮机分册》---国防工业出版社为蓝本，将其中的冷却水系统做了进一步内容扩展和深化描述，提供给详细设计人员参考。

参考《船舶管舾装设计工艺实用手册》，补充一部分工程计算公式；系统发展核心：1，稳定调节；2，节省能源，余热循环利用；3，节省成本，替代方案的方式；关键词：将冷却水稳定可靠的输送到需要冷却的设备中：这个可靠和稳定来源于几个参数：稳定的压力，稳定的流量，稳定的温度，稳定的水质（这个水质包含化学成分稳定不结垢，物理成分稳定，极少气泡，气泡会影响热交换器的效率）冷却水系统目录1，范围2，冷却水系统的基本形式3，系统形式的选择4，冷却水系统实例5，中央冷却系统热平衡计算6，冷却水系统的主要设备配置要点7，制淡装置（造水机）8，具有冰区航行船级符号船舶的冷却水系统特殊要求9，海水进水阀操纵位置的要求10，冷却水系统的温控阀11，冷却水系统的节流孔板12，冷却水系统的泵13，冷却水系统的膨胀水箱冷却水系统1，冷却水系统的基本形式冷却水系统的基本形式见表1，冷却水系统开式冷却水系统闭式冷却水系统常规冷却水系统中央冷却水系统混合式中央冷却水系统独立式中央冷却水系统自流式中央冷却水系统混合式冷却水系统注解：（1），所谓开式和闭式冷却水系统是指柴油机本身冷却水系统而言。

开式系统是指柴油机本身直接用舷外海水或者江水冷却。

如今除江河小船之外，基本不采用开式系统。

【最新整理，下载后即可编辑】编制大纲：需要补充的内容：1，水泵（定速离心泵，变频泵）；2，温控阀；3，节流孔板；4，热平衡计算的理论公式，温升热量水量公式；5，特殊案例的区分（温控阀，板冷，变频泵对整个冷却系统形式选定的影响；分离封闭式，高低温混流式，配置变频海水泵没有温控阀的中央式。

）6，利用目前的实船进行计算公式的验证，还有一些经验系数的反推导（特别是一些厂家自己的经验系数）7，膨胀水箱；8，补充开发设计需要的部分，参考《船舶管舾装设计工艺实用手册》前言（目的）以《船舶设计实用手册---轮机分册》---国防工业出版社为蓝本，将其中的冷却水系统做了进一步内容扩展和深化描述，提供给详细设计人员参考。

参考《船舶管舾装设计工艺实用手册》，补充一部分工程计算公式；系统发展核心：1，稳定调节；2，节省能源，余热循环利用；3，节省成本，替代方案的方式；关键词：将冷却水稳定可靠的输送到需要冷却的设备中：这个可靠和稳定来源于几个参数：稳定的压力，稳定的流量，稳定的温度，稳定的水质（这个水质包含化学成分稳定不结垢，物理成分稳定，极少气泡，气泡会影响热交换器的效率）冷却水系统目录1，范围2，冷却水系统的基本形式3，系统形式的选择4，冷却水系统实例5，中央冷却系统热平衡计算6，冷却水系统的主要设备配置要点7，制淡装置（造水机）8，具有冰区航行船级符号船舶的冷却水系统特殊要求9，海水进水阀操纵位置的要求10，冷却水系统的温控阀11，冷却水系统的节流孔板12，冷却水系统的泵13，冷却水系统的膨胀水箱冷却水系统1，冷却水系统的基本形式冷却水系统的基本形式见表1，（1），所谓开式和闭式冷却水系统是指柴油机本身冷却水系统而言。

开式系统是指柴油机本身直接用舷外海水或者江水冷却。

如今除江河小船之外，基本不采用开式系统。

海拖（海洋港口拖轮）还在使用海水直接冷却柴油机。

（潜在问题：船内海水泄露，在与柴油机连接的弹性管配置不正确时容易出现，已有其他公司的海拖因为这个弹性管破裂造成沉船）（2），在闭式系统中，柴油机是用淡水冷却，而淡水在经过热交换器用舷外水冷却。

30万吨油轮冷却水系统设计兰志新摘要船舶冷却水系统是船舶动力装置的重要组成部分。

它通过冷却水的循环带走了主机和辅机运转过程中散发出来没有转化为机械能的热量，从而避免了因大量热量的积累而造成的金属疲劳脆化和润滑油的失效。

因此，船舶冷却水系统性能的优劣直接影响到船舶主机和辅机的工作性能，想要优化和充分发挥船舶冷却水系统的性能，就需要了解它的工作过程和注意事项。

关键词：冷却淡水系统，冷却海水系统—————————为了使船舶受高温燃气和摩擦作用的部件保持正常稳定的工作性能，必须对这些部件进行冷却。

冷却系统的作用就是把冷却介质送到受热部件，将其多余的热量带走。

船舶动力装置中经常使用的冷却介质主要有：海水、淡水、滑油、燃油和空气等，其中最常用的是海水和淡水。

冷却系统应符合的要求是：确保充足、连续和温度适宜的冷却介质供给柴油机动力装置的各个需要冷却的部位，工作安全可靠，便于维护管理和经济耐用等。

[1]30万吨油轮冷却水系统设计研究的内容，主要包括合理的选择泵、阀和管路材料，合理的布置管路走向。

根据相关资料及相关设计规范，确定泵的排量，管路的管径。

方法是在不违反规范要求的前提下，选择合适的泵、阀和相关材料，设计出合理的冷却海、淡水管路原理图、日用淡水管路原理图和机舱给排水管路原理图。

本设计主要研究的内容有：冷却淡水系统，冷却海水系统，并完成海淡水泵的排量的计算。

1 30万吨油轮冷却淡水系统设计1.1概述冷却淡水系统是船舶系统中不可缺少的重要部分之一。

它对主机、副机进行冷却以保证它们能够正常的运转，更大的发挥它们的价值。

1.2 淡水冷却系统设计的总体思路30万吨油轮的冷却淡水系统主要包括主机冷却、副机冷却。

主机采用闭式冷却，用高温淡水冷却主机缸套活塞，再用低温淡水冷却高温淡水，最后用海水来冷却低温淡水。

1.3淡水冷却管路工作原理（如图）首先淡水泵从中央淡水膨胀柜吸入淡水，然后沿着淡水管路到达两台中央淡水循环泵，一台正常工作，另一台备用。

摘要船舶柴油机冷却水的温度是影响柴油机工作的重要热工参数。

精确控制冷却水的温度，对于提高柴油机的动力性、减少废气的产生、减少燃料消耗量等方面都有着重要的意义。

本设计的单片机系统采用了AT89C51作为微处理器，采用铂电阻(pt100)作为温度传感器，与运算放大器(op27)相结合构成精密测温电路，采用了ADC0809芯片作为精密测温电路与单片机的转换通道。

键盘矩阵采用2行3列非编码方式，显示部分为3位LED数码管显示，看门狗电路采用了较为常见的X25045芯片。

系统输出环节通过单片机输出口传递输出控制信号，经光电藕合4N25和模拟开关CD4052后去控制继电器的通断，进而控制三相伺服交流步进电机电机的旋转，当实际温度偏高时，单片机输出控制信号使正转继电器通电，伺服电机正转，改变三通调节阀的开度，增加流过淡水冷却器的淡水量，使淡水温度降低;当实际温度偏低时，单片机输出控制信号使反转继电器通电，伺服电机反转，改变三通调节阀的开度，增加旁通冷却水流量，使淡水温度升高，最终起到温度控制的作用。

本设计引入了功率模糊控制信号的智能温度控制系统，有效地克服了水温的时滞特性，大大地降低了冷却水温度的超调量，并提高了系统的响应速度；采用屏蔽与隔离技术，提高了控制系统在恶劣环境中的抗干扰能力；采用指令冗余及数字滤波技术，提高了系统的软件抗干扰能力。

关键词：船舶柴油机；冷却水温度；单片机；数码管显示AbstractThe temperature of cooling water of marine diesel engine is an important reference. It is very significant to control the temperature of cooling water accurately. For improving the power performance of diesel engine, decreasing the exhausting and saving fiiel.The design of the SCM system uses AT89C51 as the microprocessor, using platinum resistance (pt100) as a temperature sensor, and operational amplifiers (op27) combined constitute precise temperature measurement circuit, using ADC0809 chip as precision temperature measurement circuit and microcontroller conversion channels. Keyboard matrix using two rows three non-coding mode, the display part of the three LED digital tube display, the watchdog circuit uses more common X25045 chip. System output link passing through the microcontroller output port output control signal, the optical coupling and analog switches CD4052 4N25 go after control relay off, and then control three-phase AC servo motor stepper motor rotation, when the actual temperature is high, the microcontroller output control signal forward relay is energized, the servo motor is transferred, changed way regulating valve opening, increasing freshwater flowing fresh water cooler, so that fresh water temperature decreases; when the actual temperature is low, the microcontroller output control signal reverse relay is energized, reversing the servo motor, three-way valve to change the opening degree of the bypass cooling water flow increases, the fresh water temperature, the temperature control end play a role.This design introduces a fuzzy control signal power intelligent temperature control system, effectively overcome the delay characteristics of the water temperature, which greatly reduces the cooling water temperature overshoot, and improves system response speed; using shielding and isolation technology, improve the control system in the harsh environment of the anti-jamming capability; using instruction redundancy and digital filtering technology to improve the system's software anti-jamming capability.Key Words：SMarine Engine；Temperature of Center Cooling Water System; SCM; Digital display目录第1章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2船舶柴油机冷却水温度控制技术发展历程 (2)1.3主要研究内容 (3)1.3.1 硬件电路设计 (4)1.3.2 软件设计 (4)第2章系统基本构成与性能指标 (5)2.1系统构成框图 (5)2.1.1 温度传感器电路 (5)2.1.2 单片机控制电路 (6)2.1.3 键盘与显示电路 (6)2.1.4 看门狗电路 (6)2.1.5 驱动电路 (7)2.1.6报警电路 (7)2.2系统主要技术指标 (7)2.3系统主要功能 (7)2.3.1 报警功能 (8)2.3.2 按键输入功能 (8)2.4小结 (8)第3章系统硬件电路设计 (9)3.1单片机控制电路设计 (9)3.1.1 AT89C51微处理器 (9)3.1.2 看门狗电路设计 (12)3.1.3 单片机最小系统的设计 (14)3.2温度采集电路设计 (15)3.2.1 温度传感器的选择 (15)3.2.2 温度采集电路连接 (16)3.2.3 A/D转换电路的设计 (17)3.3键盘与显示电路设计 (19)3.4报警电路设计 (20)3.5抗干扰措施 (23)3.6小结 (25)第4章系统软件设计 (26)4.1温度控制算法的确定 (26)4.1.1 系统传递函数和温度控制算法: (26)4.1.2 算法介绍: (28)4.2单片机软件设计: (31)4.3小结 (32)结论 (33)参考文献 (34)致谢 (35)附录Ⅰ英文资料 (36)附录Ⅱ部分程序代码 (48)附录Ⅲ电路原理图 (56)附录Ⅳ元器件清单 (57)本科生毕业设计（论文）第1章绪论1.1课题背景船舶柴油机冷却水温度控制技术是轮机自动化技术的重要组成部分。