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    [开题报告-船舶冷藏集装箱变频节能技术研究与设计]

    时间：2020-08-14 08:02:12来源：百花范文网本文已影响人

    开题报告 电气工程及自动化 船舶冷藏集装箱变频节能技术研究与设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 目前,被称为“运输革命之婴”的集装箱运输,是运输方式的革命,是技术上的巨大进步。尤其是冷藏集装箱,由于它能将备种货物始终保持在备自最佳的低温,向世界任何地区进行大撼、快速和廉价的运输,所以已迅速发展成为国际贸易中的一项重要运输手段。由于冷藏集装箱自带制冷机组这一独特的结构，已对冷藏船、冷藏列车、冷藏汽车等传统冷藏运输方式产生了冲击，现已成为国际冷藏食品贸易的最重要运输工具。它既适合外贸冷藏运输，又适合内贸冷藏运输。冷藏食品消费量的增加，促进冷藏运输业的发展，目前国家已注意到冷藏集装箱的多式联运是今后冷藏运输的发展方向，并在不断完善冷藏运输链各个环节，相信内贸运输使用冷藏集装箱的数量会越来越多。

    全球冷藏运输货物的增加，预示着对冷藏集装箱新箱需求量增加，加上旧箱需要淘汰，可见世界对冷藏集装箱的需求量可观。由于经济发展所带来的环境污染和能耗剧增的矛盾日益加深，提高经济效益，发展节能技术成为船舶冷藏集装箱发展所必须解决的问题。

    随着冷藏运输业的迅速发展，冷藏箱能耗问题也日益突出。冷藏集装箱在运输途中，外界气温在 -3 0 ℃ ~+ 5 0 ℃ 范围内变化，在航区、气温、水温、航向、太阳辐射角、 货物种类和数量等多变干扰因素下，冷藏集装箱负荷随之不断变化，对冷藏集装箱节能的研究已成为世界范围内广泛重视的课题。目前世界上的集装箱压缩机、冷凝风机和蒸发风机都采用定频，很难做到转速根据外界热负荷及内部冷负荷的变化而自动调整，造成能耗损失，在能量日益紧缺的今天，对冷机机组的节能研究就显得特别重要。而通过提高集装箱围护结构的绝热性能来节能的方法却往往被各国的研究人员所忽视， 而此方法可以延长集装箱的保温时间，具有良好的节能效果 。

    随着现代化集装箱码头在世界各地的新建和集装箱码头基础设施和设备的不断革新完善，门到门的冷藏集装箱运输为食品冷链运营提供广阔的发展空间。因为满载食品、水果或者果汁的冷藏集装箱可以直接从农场、果园或者加工厂开到超级市场仓库或者配送中心，而拥有自足或者辅助电力供应系统的冷藏集装箱本身也是冷藏食品的临时仓库，在远洋货轮、火车、驳船或者卡车上远途运输，尤其是现代化集装箱船可以把大批水果冷藏箱从拉丁美洲，长途跋涉地运到远东，中东、北美和欧洲等地区。

    目前全球每年大约有95000TEU的冷藏集装箱投入运营，我国约有2230余艘远洋船舶承担着国际贸易92％以上的货运量。随着国际冷藏运输业在航运界的迅速发展,冷藏箱能耗问题也日益突出。海运冷藏集装箱流动性大,随着外界气温、海水温度、太阳辐射强度和运送货物的变化,冷藏集装箱制冷系统的显热和潜热负荷随之不断变化。因此,降低能耗、提高货物运输质量、 实现船舶冷藏集装箱系统节能、提高远洋运输安全、保证货物运输品质已成为世界范围内广泛重视的课题 ，建造节能型冷藏集装箱也是很多冷藏集装箱制造商所追求的目标。目前世界上的集装箱压缩机都是定频压缩机,冷凝风机和蒸发风机也是定频的,转速很难做到根据外界热负荷及内部热负荷的大小而自动的调整,而热负荷大小的变化,直接体现在集装箱内的温度变化。而且,他们耗能非常大,特别是在能量日益紧缺的今天,对他们实行节能研究就显得特别重要了。

    采用目前较为成熟的压缩机变频技术，实现压缩机、冷凝风机和蒸发风机对箱内负荷变化的联控，同时采用高绝热保温材料对冷藏集装箱箱体改造，在安全的前提下尽量减少集装箱的漏热，根据送风方式，找出温度分配规律，合理的布置箱内货物，可以有效地实现冷藏集装箱节能。把它们应用于船舶冷藏集装箱上,从技术革新和节能方面来讲,都具有十分重要的意义。

    变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR（晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极性功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS 晶体管)、MCT(MOS控制晶闸管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)的发展过程，器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。

    20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM－VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用。

    变频器电路基本工作原理为：三相交流电源经二级管整流桥输出恒定的直流电压，由六组大功率晶体管组成逆变器，利用其开关功能，由高频脉宽调制（PWM）驱动器按一定规律输出脉冲信号，控制晶体管的基极，使晶体管输出一组等幅而不等宽的矩形脉冲波形，其幅值为逆变器直流侧电压 Vd而宽度则按正弦规律变化，这一组脉冲可以用正弦波来等效，此脉冲电压用来驱动电机运转，通过控制 PWM驱动器输出波形的幅值和频率，即可改变晶体管输出波形的频率和电压，达到变频调速的目的。在生产中，许多设备的能耗都与机组的转速有关，这些设备一般都是根据生产中可能出现的最大负荷条件，如最大流量和扬程进行选择的，但实际生产中所需的流量往往比设计的最大流量小的多，如果所用的电动机是不能调速的，通常只能通过调节阀门的开度来控制流量其结果在阀门上会造成很大的能量损耗，如果不用阀门调节，而是让电机调速运行，那么，当需要的流量减少时，电动机的转数降低，消耗的能量将会明显减少。

    二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
    研究的基本内容：
    1) 集装箱制冷系统。

    2) 集装箱变频器工作原理。

    3) 集装箱节能原理。

    4) 系统优化分析。

    拟解决的主要问题：
    1、熟悉冷藏集装箱变频器的工作原理。

    2、运用变频技术改变压缩机、风机的频率和转速来达到节能的目的。

    三、研究步骤、方法及措施：
    步骤及方法：
    (1)了解国内外船舶冷藏集装箱变频节能的发展动态。

    (2)熟悉冷藏集装箱变频器的工作原理。

    (3)重点研究变频器节能原理。

    (4)确定了节能方法，对结果进行分析。

    (5)得出结论。

    措施：
    图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。

    四、参考文献 [01]李博洋.船舶冷藏集装箱新技术应用研究[J].中国水运,2008(01). [02]阚安康,韩厚德.提高真空绝热板效果的探索[J].能量利用与研究,2005.12（06）. [03]孙永明.船舶冷藏集装箱风机变频节能研究[J].集装箱化，2000(11） [04]饶中浩,张国庆.冷藏集装箱及其节能关键技术研究进展.第六届全国食品冷藏链大会论文集——食品安全与节能. [05]阚安康,韩厚德,陈威.数码涡旋技术在冷藏集装箱上的应用[J].压缩机技,2005(06). [06]J . A. McGovern and S. Harte. An energy method for com2pressor performance analysis. International Journal of Ref rigera2tion,1995,18 (06). [07]石景丽,刘荣军,朱平.变频调速技术在压缩机节能改造上的应用[J].压缩机技术,1998,149 (3). [08]段春玲.变额调速在火炬气回收压缩机上的应用[J].压缩机技术,2001,165 (1). [09]涂淑平,周根民.活塞式制冷压缩机变变能量调节实验研究[J].压缩机技术,2001,165 (1). [10]朱瑞琪,孙毅刚,刘军华.制冷空调设备的变频能量调节[J].制冷技术,1995,3. [11]H. F. TH. Meffect ,C. Ainfante - Ferreira. Energy effi2ciency of t ransport ref rigeration units. 20th InternationalCongress of Ref rigeration , IIR/ IIF ,Sydney , 1999. [12] G. Scalabrin and G. Bianco. Experimental thermodynamicanalysis of a variable speed open reciprocating ref rigeration com2pressor. International Journal of Ref rigeration. 1994,17. [13]耿贤春,姜永青,姜维尧.中国应研制自主知识产权的冷藏集装箱.制冷与空调,2010,10(1). [14]卢士勋.我国冷藏集装箱技术发展和应用概况.制冷技术,2004(3). [15] A. Benamer and D. Clodic. Test bench for comparat ive mea surem ent of energy ef ficiency of variable speed open reciprocat ingref rigeration compressor. 20th Int ernat ional Congress of Ref rigeration, IIR/ IIF,Sydney,1999.

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