某船用加压舱空调系统改进设计

董自虎 王自华 张小敏

（1. 海军驻九江地区军事代表室，江西 332000； 2. 九江海天设备制造有限公司，江西 332000）

1 引言

加压舱空调系统的主要作用是：在加压舱进行升压、稳压和降压过程中，利用空调的制冷、制热性能，调节舱内温度，给进舱治疗人员营造舒适的治疗环境。某船加压舱空调系统原先采用的是半导体制冷空调，在实际使用过程中，效果不理想，且维护保养非常困难，因此提出改造。本加压舱在改进设计过程中，主要依据原有设计基础上进行改进设计，通过对原空调有关参数进行对比、测算，提出切实可行的改造方案。

2 改进的基础与分析

原空调设计的制冷量为2×2.3 kW，制热量为2×2.6 kW。该加压舱外形尺寸为 φ2100×8000（简称8 m舱），设两主舱和一副舱。

在对现场进行分析及结合相关计算，认为空调的功率达不到加压舱所需的要求，故需选用功率较大的空调冷水机组，制热则选市场非常成熟的电加热器，这样，就可相应提高空调的制冷、制热功率。

3 系统改进设计原理

制冷工况设计原理：在制冷刚开始时，冷水机组两台压缩机均投入使用进行快速打冷，运行一段时间后，温度控制器通过探测回水温度控制压缩机投入工作的只数智能卸载。加压舱舱内安装有温控探头，当其中一个加压舱舱内温度逐渐接近温度设定值时，温度控制器控制三通电磁阀动作，减少经过表冷器的流量，而部分冷媒水从旁通管路流过；当某一个加压舱舱内温度达到设定值时，温度控制器控制三通电磁阀动作，冷媒水从旁通管路流过，以保证水系统继续运行，防止水泵过载，而风机一直工作。循环水泵一直运行。为防止设备冻裂，系统设置防冻功能，当出水温度达到3 ℃时，冷水机组自动停机。由于三通电磁阀为线性控制，可输出4-20 mA电子调节信号，可对冷媒水进行恒定流量控制。

制热工况设计原理：在制热刚开始时，电加热器两组电加热元件均投入工作进行快速加热，运行一段时间后，温度控制器通过探测出水温度控制电加热投入工作的级数，达到节能降耗的作用。由于此时加压舱舱内的温度较低，故设置了防冷风功能，只有当电加热器出水温度达到45℃时，风机才可开启。当其中1个加压舱舱内温度逐渐接近温度设定值时，温度控制器控制三通电磁阀动作，减少经过表冷器的流量，而部分冷媒水从旁通管路流过；当某1个加压舱舱内温度达到设定值时，温度控制器控制三通电磁阀动作，热媒水从旁通管路流过，以保证水系统继续运行，防止水泵过载，而风机一直工作。循环水泵一直运行。由于三通电磁阀为线性控制，可输出4-20 mA电子调节信号，可对冷媒水进行恒定流量控制。

8 m舱空调系统管路原理图见图1，8 m舱空调系统电气原理图见图2。

4 系统改造的相关计算

空调选型计算

主要设计参数

加压舱最高工作压力：P1=1.5 MPa

大气压：P0=0.1 MPa

舱体容积：V=10.4 m3

舱内表面积：A=24.4 m2

正常升压速率：v’=0.1 MPa/min

每人散热量：q0=418 kJ/h

系数1：m1=0.28

系数2：m2=31.2

比热：Cr=0.715 kJ/kg.k

夏季环境温度：Tx=35 ℃

夏季空调设定温度：Txs=28 ℃

冬季最低环境温度：Td=5 ℃

冬季空调设定温度：Tds=20 ℃

夏季环境开氏温度：TX=308 K

冬季环境开氏温度：TXS=301 K

冬季最低环境开氏温度：TD=278 K

冬季空调设定开氏温度：TDS=293 K

升温速率或降温速率： dT≥0.4 /min℃

舱内满员： n=10

图1 8m舱空调系统管路原理图

图2 8m舱空调系统电气原理图

1）夏天制冷功率计算

加压后（稳压时），为使舱内温度按照规定的速率（dT≥ 0.4 /min℃）从TX（35 ℃）降到TXS（28 ℃），则降温时间不得多于tX=17.5min，据此计算所需制冷功率：

2）冬天制热功率计算

加压后（稳压时），为使舱内温度按照规定的速率（Dt≥ 0.4 /min℃）从Td（5 ℃）升到TdS（20℃），则升温时间不得多于td=37.5分钟，据此计算所需制热功率：

因此，选用JTLS-8（Ⅱ）型船用冷水机组，制冷量为9.3 kW，由两套机组组成，机组具有能调功能。在刚开机时，冷水机组两台压缩机均投入使用进行快速打冷，当舱内温度达到平衡时，关闭其中一台压缩机，使用另一台压缩机工作，保持舱室温度。同时两套制冷系统为单独的氟利昂系统，故其中一套系统损坏时，另一套系统仍能使用。选用DRQ-10型加热器，加热量为10 kW，由两组电加热、温度控制器、水流量开关、超温保护器、压力保护器、不锈钢壳体、船用电缆等部件组成，加热分两极，通过温度控制器智能控制电加热投入的数量，达到节能降耗的作用。

5 选型设备主要性能指标

5.1 JTLS-8（II）冷水机组

1） 机组型号：JTLS-8（II）

2） 制 冷 量：9.3 kW（蒸发温度2 ℃，冷凝温度42 ℃）

3） 制 冷 剂：R22

4） 冷却水量：～2.2 m3/h（海水≤ 32 ℃）

5） 冷却水压力：0.1～0.3 MPa

6）冷媒水量：1.6 m3/h

7） 冷媒水压力：0.3 MPa

8） 冷媒水进出温度：12/7 ℃

9） 压缩机功率：～1.6×2 kW

10） 电源：AC 3φ 380 V 50 Hz

5.2 DRQ-10型电加热器

1） 型 号：DRQ-10

2） 加热量：10 kW(2级)

3） 加热水量：1.6 m3/h

4） 冷媒水压力：0.3 MPa

5） 进出口径：DN25

6） 电源：AC 3φ 380 V 50 Hz

6 验证结果

按照标准要求，对空调系统进行了相关试验验证，结果如表1。

本加压舱空调系统经过改进设计且安装后，经调试检测，各项指标均达到设计要求，运行半年来，性能稳定，制冷、制热效果良好，进舱治疗人员反响满意，取得良好社会效益和经济效益。

表1 空调系统试验验证结果

[1] 张和翔等. HJB170《加压舱通用规范》.中国人民解放军海军司令部批准, 1997-11-1发布, 1997-11-1实施.

[2] 千峰涛等. HJB171《在用加压舱系统检验、维修和使用规程》中国人民解放军海军司令部批准,1997-11-1发布, 1997-11-1实施.

[3] 张建荣等.GB/T12130《医用空气加压氧舱》.中国标准出版社,2005-09-11发布, 2006-04-1实施.

[4] 叶乾惠等.GB150《钢制压力容器》.中国标准出版社,1998-03-20发布, 1998-10-01实施.

[5] 宫学健等.GJB13A《舰船电气规范》.国防科学技术委员会. 1997-06-25发布, 1997-12-01实施.

[6] GJB763.3,《舰船噪声极限和测量方法》.

[7] 唐云歧.《压力容器安全技术监察规程》. 北京: 中国劳动社会保障出版社, 1997.