渔船用海水流化冰机设计探究

袁久峰 贺莹炜 殷娟

摘要：海水流化冰机在渔船进行海产品低温保鲜过程中发挥着至关重要的作用，但是当前的流化冰机经过长时间的运行后，或多或少都会出现冰堵和能耗升高的问题，这就会给其正常运行造成严重的不利影响。为了对当前的海水流化冰机进行改造升级，本文通过对海水流化冰机的主要参数进行一定的论述，在此基础上，结合流化冰机实际的运行特点，对其主要部件进行了选型设计，能够从一定程度上提高流化冰机的运行质量，进而确保其始终处于良好的工作状态，对于从事相关工作的技术人员具有一定的借鉴意义。

关键词：渔船;海水流化冰机;设计

中图分类号：F407.474                                 文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）12-0211-02

0  引言

海水流化冰中除了含有海水，还含有一定量以悬浮状态存在的冰晶颗粒，进而构成了一种固液两相的混合溶液。其中的冰晶颗粒微小绵密，具有良好的流动性，可以通过泵进行输送。相较于传统的冰种而言，海水流化冰是一种新型的冷却介质，其具有冷却速度快、换热面积大以及不会影响海产品品质等优点，在水产品的保鲜过程中获得了非常广泛的应用。当时当前的海水流化冰机存在一定的问题，经过长时间的运行后会出现冰堵和能耗升高的问题，这就会影响其正常运行。因此，为了改善当前海水流化冰机存在的问题，就需要针对其存在的缺陷进行改进设计，进而为渔船海产品的保鲜提供可靠保障。

1  海水流化冰机设计的总体方案

为了满足不同制冰能力的需求，海水流化冰机将采用渔船上富余的电力作为驱动电源，这就需要对有限的电能进行充分的利用，所以需要选择工作效率较高的压缩机。制冷系统选用R-404A作为制冷工质，制冷系统中的蒸发器可以分为内圆筒和外套两部分。在海水流化冰机的工作过程中，通过海水泵将海水输送至冷凝器中，对冷凝器中的制冷剂进行降温。通过另一个海水泵将海水输送至冰桶内冷却，进而制得海水流化冰。

2  海水流化冰机的主要参数确定

2.1 冷负荷

通常来说，海水流化冰机在工作过程中制冷装置和管路的能量损害约为7%，对于盐水系统而言，损失量会增加至12%。本文中所设计的海水流化冰机的冷却方式为直接冷却。为了尽可能降低能量的损害，提高能量的利用率，通过在制冰桶的外部设置一定厚度的隔热层，进而降低辐射和温差传热对冷却系统造成的不利影响，通过实验计算其冷却量损失能够降低至9%左右，进而改善冰机的能量利用率。

2.2 蒸发温度和冷凝温度

在压缩机保持不变的情况下，制冷量和理论功率主要受到单位容积制冷量和比体积功的影响，而对于压缩机而言，这两个参数主要取决于蒸发温度和冷凝温度，在实际的设计过程中需要予以充分的關注。海水流化冰机制冷系统工作过程中的蒸发温度计算如下式所示：

Δt-传热温差，通常介于4～6℃范围内，本文选择5℃。

上式中的蒸发温度计算为-7℃，选取R404A作为制冷工质，其工作过程中的蒸发压力为450kPa。制冷系统工作过程中的冷凝温度计算为：

式中，tw1-海水的进口温度，27℃;

tw2-海水的出口温度，33℃;

根据上式，计算出的冷凝温度为36℃，所需要的冷凝压力为1650kPa。

3  主要部件选型

3.1 压缩机选型

压缩机作为海水流化冰机的关键组成部分，其对于流化冰机的整体性能具有决定性的影响，因此，需要做好压缩机的选型工作，确保其能够满足海水流化冰机的工作需求。通过对渔船海水流化冰机的使用情况进行系统全面的调查研究，可知压缩机的工作能源主要来自于渔船正常运行外剩余的电力，所制得的海水流化冰主要用于水产品的低温保鲜工作。因此，选择了全封闭涡旋式压缩机，其结构如图1所示，该压缩机具有容积率高、轴力矩变化较小、可靠性高以及绝热效率高等优点，能够满足渔船有限电能的冷却降温需求。

3.2 冷凝器选型

通过对当前渔船的冷凝器进行调查分析，为了便于渔船使用，本文将选用水冷式冷凝器。为了提高冷凝器的传热系数，减少整个机组所占用的空间，并且还要对环境具有较高的适应性，选用了卧式壳管式冷凝器，其具体的结构如图2所示。同时，由于海水具有非常强的腐蚀性，为了避免冷凝器长期工作受到腐蚀，选用了耐腐蚀性的材料，能够在酸、碱、盐环境中保持稳定，进而为冷凝器的正常运行建立了良好的基础。

在冷凝器的工作过程中，冷却水与相应的制冷工质在冷凝管中相向运动，这样能够确保制冷工质具有较高的过冷度，并且冷却水温也相应的升高，进而有助于降低水的消耗量，能够在一定程度上提高传热系数，以此降低海水泵的工作强度，从而达到节约电能的目的。

3.3 冰筒工艺

在海水流化冰机的制冷过程中，其中的制冷工质直接与冰筒内部接触，这就对冰筒提出了较高的要求，冰筒既要为流化冰的形成提供有利条件，又要在制冷系统工作过程中承担着蒸发器的作用，为此本文所设计的冰筒结构如图3所示。

通过将不锈钢材质的内圆筒与外套进行有机结合，进而构成一个各环间密封良好的环形制冷工质流通通道，其作为冰筒的重要组成部分，对于制造质量要求非常高。本文采用了热合法成形工艺，确保了内圆筒与外套之间的紧密结合。同时，在冰筒内部还设置了螺杆式搅拌器，能够将流化冰在冰筒内进行良好的循环，当冰筒内壁导热结冰时，通过搅拌器能够及时将流化冰携带至筒外。

3.4 其他重要部件

3.4.1 电动机

为了满足渔船的制冷需求，选用了YC单相异步电动机。该电动机具有高启动转矩、外形较小、质量较小、低噪音以及维修简单等优点，能够适应渔船的运行环境要求。

3.4.2 减速器

为了增加螺杆式搅拌器运行过程中的转矩，进而能够满足更大阻力的运行需求，这就需要增设相应的减速器。结合本文所选用的搅拌器，根据其结构整合原则，优选减涡轮减速器，其减速比为25。

3.4.3 控制系统

为了确保整套制冷设备的高效稳定运行，这就需要配备一套完善的控制系统。电磁阀作为控制系统的重要组成部分，其发挥着电路执行器的关键作用，本文选用了丹佛斯EVR型电磁阀，其耐介质温度为105℃，12W线圈的电磁阀在工作过程中的压力差为25bar。

4  实践验证

通过将本文所设计的海水流化冰机应用于渔船的制冷工作中，在海水温度为26～28℃，盐度为3.3%的环境中运行，制取海水流化冰。其所有的重要部件工作稳定，没有发生异常情况，能够连续、稳定的制取含冰率为35～40%的海水流化冰。同时，所制得的海水流化冰呈现出稳定的冰晶状态，还具有良好的流动性，并且能够与水产品之间进行有效的接触，进而实现了良好的低温保鲜，为水产品的保存工作建立了良好的基础。

5  结语

总而言之，海水流化冰机在水产品的低温保鲜工作中发挥着至关重要的作用，本文结合渔船水产品的保存需求和渔船的运行特点，设计了一种海水流化冰机，其改善了当前流化冰机存在的缺陷，能够为水产品提供持续稳定的低温保鲜，进而确保水产品始终处于新鲜的状态。

参考文献：

[1]施有林，章学来，涂淑萍，等.二元冰蓄冷测试技术及其评价[J].流体力学实验与测量，2003（02）：91-92.

[2]程智明.船用海水流化冰制取设备控制系统研究[D].舟山：浙江海洋大学，2015.

[3]何冰强，杨忠高，刘江文.渔船用海水片冰机的工艺与性能研[J].渔业现代化，2015（05）：159-160.