船用电源装置

船用电源装置（精选5篇）

船用电源装置 篇1

大多数船用监控系统需供电系统供给直流电,目前主要采用一系列AC/DC、DC/DC电源模块构成专用电源分系统将供电系统的交流电转换为所需的直流电后供给监控系统的方式供电。船用监控系统要求电源分系统提供品质优良、稳定可靠的电源,为此,必须对船用监控系统专用电源分系统的电源模块进行经常性的性能检测,以保证其可靠、稳定工作。

电源常规测试方法是运用各种仪表以手动方式对各个参数进行测试,存在测试过程不连续,难以发现和定位动态瞬时信息,人工判读测试数据,大量数据难以准确记录等问题[1]。为解决上述问题,针对船用监控系统电源性能检测需求,提出采用数据总线控制可编程电源、电子负载等各种测试资源,运用虚拟仪器技术构建电源自动测试装置,提高测试的准确性,实时性和易操作性以及测试效率,实现电源测试的自动化。

1 船用监控系统电源自动测试装置总体设计

通常电源测试分为基本功能测试、输出性能测试、安全性能测试、电磁兼容测试、可靠性测试以及其它特殊的附加测试等6大部分[2]。其中,安全性能测试、电磁兼容测试、可靠性测试以及其它特殊的附加测试须由专门的实验室(或有资质的认证机构)完成,而常规电源维修测试装置仅需进行基本功能测试,主要包括电源电压调整率、输出负载调整率、效率、输出纹波电压、输出过流保护功能等测试。为此,结合船用监控系统电源的基本功能及其主要性能指标,本自动测试装置采集待测电源的电压和电流,运行测试软件进行相应的数据分析,完成电源的电压调整率、负载调整率、效率、输出纹波电压、输入过、欠压保护和输出过流保护等保护特性测试,并形成电源性能测试报告;总体结构图如图1所示[3,4]。

2 硬件设计

测试装置硬件主要有:主控计算机、研华USB-4711A数据采集卡及USB-4751、数字示波器、可编程电源、电子负载等测试资源以及包含信号调理电路的适配器等组成。其中主控计算机通过RS232与电子负载进行数据通讯,将测试程序的控制指令传送至电子负载,实现电子负载工作模式以及加、减载的程序控制;主控计算机与数据采集卡通过USB进行通讯,完成测试通道的自动切换以及待测电源模块的电压、电流数据的采集等;数字示波器则用于待测电源输出纹波电压的测量。

2.1 主控计算机及数据采集卡

主控计算机是测试装置的核心,用于实现测试流程控制、电子负载和可编程电源设定等指令的发送,以及测试数据的采集与处理和测试结果分析与显示等,选用研华TPC1261H,其由24V直流电源供电,采用触摸屏技术等特点更有利于便携式测试装置的设计与实现。

数据采集卡选用研华USB数据采集卡USB-4711A和USB-4751。USB-4711A具备16路单端或8路双端模拟量输入通道,2路模拟量输出通道,模拟量采样率为150k S/s,分辨率为12bit;8路开关量输入输出通道。USB-4751具有48路可自定义开关量输入输出通道。USB-4711A和USB-4751结合研华配套继电器端子板可以实现待测电源测试通道切换以及输出电压、电流的高保真采集要求,完全满足电源自动测试的数据采集要求。

2.2 可编程电源等测试资源

可编程电源的功能是根据待测电源模块的输入要求,按测试流程供给待测电源模块所需的交、直流电。为实现待测电源的输入过、欠压保护等保护特性测试需要可编程电源具有较宽的输出电压范围,选用南京天宇电子仪表厂的3654A型可编程电源,完全满足测试要求。

选用艾德克斯IT8700系列电子负载,利用其具有恒流、恒压、恒阻、恒功率、恒阻抗、短路等工作模式进行电源不同负载的模拟。选用GDS-2000数字示波器实现纹波电压的测量,GDS-2000数字示波器具有FFT频谱分析功能,且最高采样频率高达1GHz,远高于测量纹波电压所需示波器测试带宽50MHz的要求,同时可通过RS232与主控计算机进行通讯。

2.3 适配器

适配器由信号调理电路和接线端子或转换端子组成。主要采用维博电子公司生产的交直流电压传感器和交直流电流传感器,实现将电源中的高电压、大电流信号及畸变信号转换成数据采集卡许可范围内的模拟量信号送入数据采集卡进行采样。

3 软件设计

测试装置软件主要由测试资源配置模块、数据采集模块、数据实时显示模块、电源性能分析模块和帮助模块组成,系统软件设计的结构图如图2所示[5,6]。采用模块化设计,依据软件工程进行开发,易于升级和扩展。

3.1 软件开发工具

采用Lab VIEW/CVI作为该测试装置的软件开发工具[7]。Lab VIEW是NI公司推出的用于开发数据采集、仪器控制及自动测试的一个开发平台,是一高效的图形化应用开发环境,它结合了简单易用的图形化开发方式和灵活强大的编程语言优势,易于实现软件和硬件的无缝连接。

本测试装置充分利用Lab VIEW所包含的RS232、USB等总线数字接口驱动程序,方面的实现了可编程电源、电子负载、数字示波器以及数据采集卡的驱动,利用Lab VIEW提供的强大的数据分析模块,快捷的对采集的电源电压和电流信号进行数据处理和显示。

3.2 软件设计

软件首先调用测试资源配置模块进行测试通道选、可编程电源和电子负载的配置,完成后调用数据采集模块采集电源电压和电流数据,数据实时显示和保存模块对采集到的数据根据需要进行显示或保存。而电源性能分析模块则主要用来实现电源电压调整率、负载调整率、效率测试、输出纹波测试、输入过(欠)压保护和输出过流保护等保护特性测试,并形成电源性能测试报告。软件运行具体流程如图3所示。

4 应用与结论

该测试装置已成功为某监控系统电源系统的舰员级进行了维护测试,其硬件组成和测试主界面如图4所示。

实际使用表明,设计的电源测试装置通过RS232或USB接口控制所有测试资源自动完成测试项目,解决了手动操作测试资源进行电源性能测试时所带来的测试过程不连续、动态瞬时状态难以发现和定位的问题,而且具有便于携带的特点,能够实现对监控系统电源系统相关关键参数的快速测试,满足监控系统电源的测试需要。

参考文献

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船用磁吸附装置设计 篇2

1 船用吸附装置的现状

不破坏船体的情况下, 在船舶上架设或挂置的物品, 通常会使用到粘附或者是吸附的两种方式, 而通过粘合剂粘附后, 会存在耐温性能差、易老化等的问题, 同时粘附的强度普遍低于18N/cm2, 却也不易拆卸;而吸附则包括负压吸附、正推力吸附、磁吸附等, 维持吸附大多数需要不断的损耗能量, 但利用永磁铁磁力吸附船体, 强度可靠同时也不需要额外提供能量, 不过不容易移除脱离, 需要通过敲击或撬边来拆卸, 而有可能产生损坏。

2 磁吸附的特性

磁吸附根据磁力源不同通常可分为永磁吸附、电磁吸附以及电磁和永磁混合吸附。永磁吸附因其原理简单、使用方便灵活, 仅需要一块或一组永磁单元即可进行有效吸附, 有着广阔的应用领域[1]。然而, 由于永磁铁自身吸附力不变的限制, 与被吸附面分离的过程时, 需要克服吸附力做功。

假设吸附装置与接触面的隔磁气隙较小, 将永磁吸附单元与工件之间的气隙分为n等份, 根据永磁吸附单元所产生的吸附力公式[2]:

其中, S隔磁气隙有效截面积。

电磁吸附指的是通过内部线圈通电产生磁力, 经过导磁面板, 与接触面紧紧吸住的, 通过线圈断电, 即磁力消失实现退磁, 取下工件, 便于拆卸。

电磁吸力计算公式为:

(2) 式中IN为线圈安匝数, R是铁心磁阻。铁心磁阻由铁心材料求得。

而混合磁吸附指的是, 装置同时使用为了使装置固定时不消耗能量牢牢吸附在接触面, 当要取下工件时, 则通电接通内部线圈产生电磁场与永磁铁的磁场相互抵消。

3 船用磁吸附装置具体设计

本设计方案要解决的是提供一种能够不消耗额外能量就能够牢固的吸附在船体表面并且能够方便进行拆卸的船用磁吸附支撑装置。

如图1所示, 本船用磁吸附支撑装置, 包括第一永磁体1和第二永磁体2, 第一永磁体1和第二永磁体2之间设置有隔磁块6, 第一永磁体1和第二永磁体2分别固定在隔磁块6上, 第一永磁体1的前端安装一个第二导磁轭铁4, 第一永磁体1的后端安装一个第三导磁轭铁7, 第二永磁体2的前端安装一个第一导磁轭铁3, 第二永磁体2的后端安装一个第四导磁轭铁8, 第一导磁轭铁3和第二导磁轭铁4之间安装有电磁线圈5, 第三导磁轭铁7和第四导磁轭铁8固定安装在底座10上, 底座10靠在船体壁板上, 还可以在船体壁板的另外一侧设置有第三永磁体11, 通过在被吸附面内侧加设了第三永磁体, 从而减少了漏磁;第一永磁体1、第三导磁轭铁7、第三永磁体11、第四导磁轭铁8、第二永磁体2、第一导磁轭铁3、第二导磁轭铁4之间能够形成一个封闭的磁通回路, 电磁线圈5的接通能够使磁通回路断开。

工作时, 第一永磁体和第二永磁体被隔磁块6分隔, 所产生的磁路沿着第一永磁体、第三导磁轭铁7、底座、第三永磁体;第四导磁轭铁8;第二永磁体;第一导磁轭铁3;被线圈围绕的铁芯 (电磁线圈5) 、第二导磁轭铁4形成一个永久的环形磁场, 此时装置牢固地吸附在工件上;当要从船体上顺利地拆卸本装置时, 为了能够减小拔起力, 顺利地拔起首先移去第三永磁体11, 再在围绕铁芯的线圈上通入电流, 使产生电磁场的方向和原先磁通的方向相反, 减少了磁通[3], 同时也使装置和工件之间的吸附力减小, 装置的底部的弹簧9, 在拔起装置的过程中提供了一个向上的力, 抵消部分磁吸附力, 可轻松进行拆卸。

4 结束语

针对船用吸附装置吸附牢固、能效比高的要求, 将永磁吸附和电磁吸附两种方法有机结合。分别分析了永磁铁和电磁的吸附力及其各自的优劣, 设计了混合磁吸附装置, 提出了几种内部部件的联接方式, 阐述了本装置工作过程。

参考文献

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[2]赵剑坤, 叶家玮.基于有限元分析的永磁吸附单元设计优化[J].机械设计与制造, 2009, (3) :47-49.

船用锚机减速装置结构的改进 篇3

1 锚机减速装置存在问题分析

该船锚机减速装置采用二级传动,第一级为弧面蜗杆—蜗轮传动,第二级为2K-H行星齿轮传动,其传动简图如图一所示。蜗杆传动装置安装在下箱体内,行星齿轮传动安装在上箱体内。蜗杆轴装有弹性联轴器与电动机相连。蜗轮由齿圈和轮壳组成,蜗轮轴上有太阳轮,蜗轮轴垂直布置。

实践证明，该减速装置主要存在以下不足：

1.1 2K-H行星齿轮磨损严重

行星齿轮磨损严重的主要原因是润滑条件不好。从二级传动在箱体内布置可以看出，第一级弧面蜗杆—蜗轮传动在下箱体，采用油池润滑，润滑条件非常好。而第二级2K-H行星齿轮传动安装在上箱体，飞溅润滑的条件差，因为蜗杆螺旋齿飞溅效果不好，蜗轮旋转面和润滑油面平行，基本没有飞溅效果。整个减速装置没有其它润滑设施。

1.2 三个行星齿轮使用寿命差别较大

船舶进行修理时，发现三个行星齿轮寿命不等，其中一个轮齿产生较为严重胶合、磨损，最后发生轮齿的折断。经过分析其主要原因是行星齿轮载荷分配不均衡。载荷分配不均衡的原因主要有：一是制造和装配中不可避免的误差。误差大致分为齿轮本身的制造误差和行星架、箱体、轴承等制造装配的综合误差两部分。由于要求中心轮经常保持与三个均布的行星轮均衡啮合，对齿轮运动精度，如齿圈径向跳动偏差、基节偏差、以及齿向偏差和齿形偏差等要求较高。行星架、箱体和轴承等制造装配综合误差主要是行星架上行星轮轴孔的角度偏差、中心矩偏差，其综合指标为相邻孔距的误差，此外还有3个基本构件的同轴度偏差等。二是构件在载荷作用下产生的有害弹性变形，如中心太阳轮扭转变形等。三是由于惯性力、摩擦力等产生的误差。这些误差将使中心轮轮齿工作齿廓间或中心轮与行星轮啮合时产生过盈或间隙，破坏行星轮间的载荷分配和沿啮合齿宽载荷分布的均匀性。

1.3 噪音比较大

噪音比较大的原因较多，但从结构来分析，其主要原因是2K-H行星齿轮磨损和制造和装配中的误差。

2 改进锚机减速器装置的结构措施

针对减速装置存在的问题，提出了提高装配质量、加装润滑装置、采用弹性元件等相应的结构改进措施。

2.1 提高装配质量

提高制造和安装精度使行星轮间载荷均匀分配，各级齿轮传动正常，保证啮合侧隙，齿面啮合良好，注意定位零件的固定，避免齿轮端面的振摆等。对每个浮动构件的两端与相邻零件之间，需留有0.5～1.0m m轴向间隙。否则会影响浮动和均载效果，还会导致发热和产生噪音。安装轴承时，避免施加不当的敲击，在轴承运输、装配过程中避免碰撞。按要求对减速器传动部件的清洗，提高减速机内部清洁度。

2.2 采用弹性元件

在轮系中加入弹性元件，通过弹性元件的弹性变形使各行星轮受载均衡。弹性元件主要安装在零件的结合处，如内齿轮与机体之间、轴与孔之间等。为了结构的紧凑，在两处采用弹性元件。一是内齿轮采用非金属弹性元件(如橡胶、塑料)与机体相联合，如图二所示。当弹性材料软硬适中时，可保证在低载荷下载荷分配的均匀性和工作平稳性。实施中将箱体略做改进就可以装入弹性元件。二是将行星轮轴做成弹性轴，利用行星轮轴较大的变形来调节各行星轮间的载荷分布，弹性轴不易老化和热胀，能承受较大离心力，使用效果较好。

2.3 加装润滑装置

选用喷雾润滑，效果较好，结构也比较简单。具体结构如图三所示，形成循环润滑，在进入减速装置处安装一喷头，有效改善了轮系的润滑条件。

3 结语

2K-H行星齿轮磨损严重，轮系载荷分布不均衡，是该锚机存在的主要不足。加装润滑装置可以改善其润滑条件，内部结构采用弹性元件、提高制造精度和装配质量是轮系使用寿命达到均衡的有效途径。

摘要：针对锚机减速装置存在的问题,分析其原因,提出提高装配质量、采用弹性元件、加装润滑装置等改进措施。

关键词：减速装置,结构,改进

参考文献

[1]刘庶民编著.《实用机械维修技术》,机械工业出版社,2000年版.

船用蓄能式海水淡化装置研究 篇4

关键词：海水淡化,相变材料,余热利用,蓄热器,主机冷却水

海水淡化是解决船舶所需淡水供给的根本途径,海水的淡化方法和制备装置成为人们研究热点[1,2,3,4,5]。但现有的船舶海水淡化系统可能存在以下问题[6,7,8]: ( 1) 用于制淡装置的缸套冷却水水温与流量难以保持恒定,致使制淡装置工况不稳定; ( 2)制淡装置过分依赖主机,导致主机低负荷工况工作或停止运行时,比如船舶靠港装卸货物,不能使用制淡装置; ( 3) 制淡装置能够利用额定工况下缸套冷却水的最大热量只有25% ,缸套水的大部分热量经海水冷却,流失到环境中,造成能源浪费。

针对以上问题,设计开发了一种利用70℃ 主机缸套冷却水的余热作为热源,以海水作为冷源,利用热管和纳米蓄热材料组成的蓄热器,回收船舶主机缸套水的低品质热能,用于增加淡水连续供给。

1 装置运行模式

系统通过管路上的阀门控制,实现蓄热器制淡、缸套水制淡、联合制淡三种不同运行模式的切换。

1. 1 缸套水制淡

缸套冷却水从主机流出,若温度较低,低温阀打开,缸套水直接流回主机; 若温度较高,冷却水分为两路: 第一路流至海水淡化装置蒸发段进口,加热海水、蒸发制淡。换热后,若流出制淡装置的水温较高,则高温阀开启,流入冷却装置冷却。若温度较低,则流回主机。第二路,冷却水流入热管蓄热器,与相变材料换热后流出,与第一路流出海水制淡装置的缸套水汇合,经过高温恒温阀动作后流回主机,完成一个循环。

1. 2 蓄热器制淡

当船舶靠港装卸货物时,主机停止运行。此时,热管蓄热器可以充当热源。缸套冷却水流出,从蓄热器上部流入,在蓄热器中的工质蒸汽作用下,与高温液态相变材料热量交换,而后从下部流出蓄热器,流入海水淡化装置蒸发段,对装置内海水加热,制取淡水后流出,回到缸套水冷却装置完成一个循环。

1. 3 联合制淡

在主机低负荷运行时,启动联合制淡模式。海水淡化装置的热量由缸套水与蓄热器联合提供。此时,蓄热和放热过程同时进行,热管蓄热器相当于一个加热装置,用于制淡装置的缸套冷却水水温与流量的控制,使其达到所设定的温度后,再进入制淡装置,通过维持恒定的水温和流量,使制淡装置在稳定工况下运行,来确保其连续制取最大淡水量。

在主机缸套冷却水的回流管路,引入的低温恒温阀和高温恒温阀( 如图1) ,通过三种制淡模式的切换,使得制淡过程中能源利用更合理。在主机低负荷工况工作或停止运行时,制淡装置仍能正常工作,保证淡水的连续供应。同时,缸套水的大部分热量得到回收再利用,现有资源得到了更有效合理地配置,达到了节能减排的目的。

1-船舶主机;2-热管强化式蓄热器;3-海水淡化装置;4-海水泵;5-缸套水冷却装置;6-高温恒温阀;7-低温恒温阀;8缸套水泵

2 纳米蓄热相变材料研制

2. 1 材料制取

利用纳米氧化铝粒子的平均粒径较小、比表面积大的特点[9],将纳米氧化铝复合于石蜡基体中,经过样品称取、恒温水浴加热、磁力搅拌,构成一种多相固体纳米蓄热材料。

2. 2 测定导热系数

通过Hot Disk TPS - 2500S热物性仪器测试,测得纯石蜡的导热系数为0. 21 W/m·K。如图2 所示,随着纳米颗粒的添加量增大,材料的导热系数明显上升。可见,当纳米氧化铝颗粒质量分数仅为0. 1% 时,材料的导热系数较纯石蜡提高了1. 5 倍之多。当质量分数为0. 5% 时,材料的导热系数较纯石蜡提高了1. 7 倍。

2. 3 测定材料潜热值

如表1 所示,纳米蓄热材料的潜热值随纳米氧化铝的含量增大而减少。当纳米氧化铝颗粒质量分数仅为0. 1% 时,材料的潜热值与较纯石蜡相当。

综上所述,石蜡+ 0. 1% 纳米氧化铝的复合材料可作为理想的相变材料运用于本设计的船用蓄能式海水淡化装置中。其相变温度为55℃,相变潜热为201 k J / kg,是该相变温度下盐类相变材料的1. 2倍。其导热系数为纯石蜡的1. 5 倍。

3 蓄热器设计

3. 1 管径设计

当热管内工质的速度小于等于其最大马赫数时,工质可视作不可压缩流体。故根据式( 1) 和( 2)计算管径

式中D———热管直径;

Q———热流量;

ρ———工质的密度;

H———工质气化潜热;

R———工质的气体常数;

T———温度;

γ———比热容比。

将氨在55℃时的物理参数,即饱和蒸汽压2.419 6 MPa,气化潜热为H=1 014 k J/kg;密度:ρ=18.89 kg/m3;T=55℃;γ=1.33代入公式(2)可得

因此,只要热管直径大于8. 488 6 mm,设计即可满足声速极限要求,故取D = 10 mm。

3. 2 壳体强度校核

通过蓄热器所能承受的最大工作压力校核其壳体强度。根据公式( 3) ,将铜在55℃ 时许用应力44. 12 MPa,管径D = 10 mm,壁厚S = 1 mm代入,可知蓄热器所能承受的最大工作压力[p]= 8. 02 MPa> 2. 419 6 MPa,故强度满足工作要求

4 应用方案设计

假设某远洋货船续航力50 天,每年运货6 次;其船用主机为9ESDZ43 /82B型,额定输出功率为3 310 k W( 4 500 马力) ,船员50 人,缸套循环冷却水的流量保持在30 m3/ h; 冷却水进口温度保持在50℃ ; 出口温度保持在小于等于70℃ ; 此货船航区的海水温度为25℃; 海水淡化装置壳体内的不凝气体由真空泵引射,保持壳体真空度在90% ~ 95% 之间,此时海水气化温度为45 ~ 35℃,海水淡化装置的换热损失20% 。

5 实际工程可行性分析

5. 1 制取淡水量计算

冷却水带走热量: q1= 4. 2 × 103× 30 × 103×( 70 - 50) /3600 = 7 × 105J

蓄热器回收热量:q2=0.8q1=0.8×7×105=5.6×105J

1 kg海水气化所需的显热:Q0=4.2×103×(40-25)=6.3×104J

1 kg海水40℃气化所需的潜热:QL=2574.5×103×2.39×10-4=2.8×106J

1 kg海水气化所需总热量:Qtot=Q0+QL=6.3×104+2.8×106=2.86×106J

每小时制取淡水:Qh=3600×5.6×105/(2.86×106)=704.88 kg

每天制取淡水: Qd= 24 × 704. 88 = 16 917 kg

假设海员每人每天需要用淡水200 L,动力装置每735 k W需要消耗淡水0. 2 t[10]。那么散货船每天消耗10. 9 t淡水。利用热管强化式蓄热器回收的热量作为热源,其制取的淡水量大于散货船的淡水消耗量,方案可行。

5. 2 经济性分析

与目前船用海水淡化系统相比,装置的成本主要在于热管强化式蓄热器的初投上。若按市场上热管50 元/根; 船用柴油12. 8 元/L,热值33 MJ/kg; 石蜡的价格9 000 元/t; 银行年存款利率3. 5% 进行计算:

石蜡的潜热量:qL=900×201=180 900 k J/m3=50.25 k W/m3

需用石蜡量: V = 655 /( 10 × 50. 25) = 0. 523 m3

蓄热器成本: M0= 70 × 10 × 10 + 900 × 0. 523 ×9000 /1000 = 11 236. 3 元

管道铺设成本和设备安装成本M1= 10 000 元

用于存款本利和: M2= ( 1 + 3. 5% ) ( 11236. 3 +10000) = 21 979. 57 元

每年节省费用: M3= 12. 8 × 50 × 6 × 24 × 665 ×3600 / ( 0. 85 × 103 × 33) = 78 656. 3 元

回收年限: Y = M2/ M3= 21 979. 57 /78 656. 3 =0. 28 年≈4 月

5. 3 节能减排分析

5. 3. 1 节能分析

按1 kg水温度每升高1℃ 耗电量是0. 001 16k Wh计算,蓄能式海水淡化装置每天能够节约能量7 × 104k J。如果按照国家统计局提供的87 k Wh每户月平均用电量计算,每艘使用热管强化式蓄热器的船舶,省下的电量可供67 家普通家庭用户使用一年。

5. 3. 2 减排分析

按1 t标准煤发3 000 k Wh的电计算,蓄能式海水淡化系统每天能够节约标准煤2. 21 t。假设船舶每年出航运输货物5 次,则每艘船能够节约标煤663 t。假设工业锅炉每燃烧1 t标准煤,产生2 620kg二氧化碳和8. 5 kg二氧化硫,那么蓄能式海水淡化装置每天能够减排5. 79 t二氧化碳,每年能够减排1 737 t二氧化碳和5. 6 t二氧化硫。

6 结语

针对淡水舱的储水量有限且难以连续制淡等问题,本文设计开发了一种利用主机缸套冷却水的余热作为热源,以海水作为冷源,利用高效热管和纳米蓄热材料组成的蓄热器,大量回收主机余热,实现船舶海水淡化的系统。本装置不仅能够对系统中的能量梯级利用,实现低品质热能的再利用,而且节省了燃料的消耗,解决了船舶淡水资源短缺的问题。

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船用电源装置 篇5

依照MEPC.159 (55) [1]决议对船用生活污水中大肠菌群、悬浮固体和生化需氧量等指标排放法规, 结合目前流行的膜生物法 (MBR) 处理技术[2], 设计一种小型船用设备来处理并排放生活污水显得势在必行。

1 系统工作原理

根据国际公约规定的规则, 海区可灵活使用序批式处理或膜法处理。因此本装置采用活性污泥、接触氧化和膜分离技术[3]处理有机污染物质, 其处理流程见图1所示。

生活污水首先进入粉碎室预生化处理, 当室内液位达到中位时, 启动粉碎泵, 将污水粉碎转驳至置有软性填料的一级氧化室, 然后依次进入二级氧化室进行序批式接触氧化、生化处理, 处理水由流程泵转驳至清水柜内, 当液位达到中位时, 排放泵启动, 将处理水泵入超滤膜组或直接排放, 经膜组过滤后的排放水经紫外线消毒后排出舷外 (系统原理图见图2) 。

2 主要参数计算

2.1 原始参数

原始参数见表1。

2.2 氧化室总容积计算

氧化室面积0.375 m2, 室内正常水深1 m, 接触填料 (多面球) 堆放高度0.8 m。则滤料容积:

V=0.375×0.8=0.3m3

2.3 BOD负荷计算

所以氧化室采用高负荷生物滤池才能将污水处理合格。每天应适量加水, 以保持液力负荷, 有利于生物活性。

2.4 回流比

按《水污染防治手册》表25.4 (P530) 推荐, 在原污水的BOD在450~600 mg/L范围内时, 采用回流比2~3之间。设计采用回流比为2.6。

回流量为:

选取2级接触柜, 即用双级滤池串联工作。

(1) 负荷率校核

滤料容积V:0.3 m3,

负荷率为:

故可处理负荷为:

故符合要求。

(2) 曝气接触氧化时间校核

液力负荷平均值29 L/h, 采用回流比为2.6时, 流经接触柜的污水速率为:L/h

氧化室中停留时间:

故满足要求。

2.5 填料性能参数

采用多面球作填料, 其性能参数见表2。

2.6 曝气设备及空气管路的选定

2.6.1曝气设备选用

本装置选用WB-150 型橡胶可变孔微孔曝气器。技术参数见表3。

2.6.2空气管路的布置和管径的确定

选输气总干管和输气支管管径 ϕ15 mm。干管气体流速校核:

式中:Q—— 气泵排量10 m3/h;

A——输气干管流通面积。

满足输气干管气流速度10~16 m/s的控制范围。故选择输气干管管径 ϕ15 mm可行。

校核支管气体流速:

满足布气支管气流速度3~5 m/s的控制范围。选择输气支管管径 ϕ15 mm可行。

2.6.3供气量与气泵容量、风压的确定

(1) 供气量计算

Q=0.7m/d,

进入装置的生活污水BOD5浓度为:

处理后出水BOD5浓度为:

则在废水曝气生化过程的需氧量为:

根据T为20 ℃, 大气压为760 mm Hg时, 空气的容量ra为1.205 kg/m3, 其中氧占23.1% (按重量计) , 理论需气量:

考虑到曝气器的氧利用率EO为15%, 实际需气量:

(2) 气泵容量计算

实际选取气泵容量为10 m3/ h, 满足计算要求。

(3) 气泵风压的确定:

气泵风压计算:

选取气泵风压为60 k Pa。CYBW-10型无油气泵1台。

5 其他部件选型见表4。

装置总体布置图如图3所示。

3 结束语

该设备结合生化处理和超滤膜分离技术, 具有占地空间小、处理效率高、膜组件寿命长、操作简单等特点。目前已在清远联鑫船舶机电设备厂投入试生产。

摘要：依照IMO MEPC.159 (55) 的排放要求, 设计生产能够处理中小型船舶生活污水中大肠菌群、悬浮固体和生化需氧量并兼具一定贮存功能的环保设备。该设备采取粉碎处理、生化处理、超滤膜处理和紫外线杀毒等方式对生活污水进行处理并排放, 具有体积小、自动化程度高的特点, 目前已投入试生产。

关键词：船用设备,污水处理,MBR技术,优化设计

参考文献

[1]经修订的实施生活污水处理装置排出物标准和性能试验导则[S].MEPC.159 (55) :决议.

[2]孟峥嵘, 王春明.船舶生活污水处理技术现状及发展趋势[J].交通企业管理, 2011, 12 (20) :50-51.