船舶伙食制冷系统是保障船舶远航中食品储存与保鲜的核心装备，基于蒸气压缩式制冷原理，通过压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等核心部件，搭配独立温控的冷藏库间及智能控制系统，实现对各类食材的差异化保鲜。系适配远洋货船、邮轮、科考船等多元场景，通过分区储鲜、智能管理保障船员膳食安全，是船舶后勤保障与续航能力的关键技术支撑，正朝着低碳化、模块化方向持续创新。
01
系统概述
在远洋货船中，伙食冷藏装置与系统是支撑长周期海上航行的核心后勤保障设施，超长周期食品保鲜，通过 - 20℃低温库与 0-5℃高温库的分区独立温控，配合缓冲间设计减少舱门开启热渗透，实现主副食品 30-60 天的稳定储存，解决远洋航行中港口补给间隔长、新鲜食材易腐问题，保障数十名船员每日膳食营养均衡。
本船伙食冷藏系统采用威尔姆森公司产品。系统总体位于P层甲板船尾处，其中制冷压缩机、冷凝器位于冷水机组间内，阀板、蒸发器位于冷库内。系统包括两套制冷压缩机组，每套装置可承担全部负荷，一备一用。
设计条件下，单装置每天运转不超过16h即可将冷库温度保持在规定温度；
当冷库处于降温工况时，应将两套装置同时投入运行，此时24h内可将冷库温度降低到要求温度范围。
良好绝热，合适空间的冷库，冷库绝热层采用复合结构，两面用不锈钢实现保护和气密，中间填充绝热材料聚氨酯。
02
制冷原理
机械制冷的主要方法有蒸发制冷、气体膨胀制冷、半导体制冷。蒸发制冷最为普遍。
蒸发制冷是利用液体蒸发汽化时吸收汽化潜热的原理来制冷，常用的有蒸汽压缩式、吸收式、固体吸附式和蒸汽喷射式。
蒸发制冷是利用液体蒸发汽化时吸收汽化潜热的原理来制冷，常用的有蒸汽压缩式、吸收式、固体吸附式和蒸汽喷射式。
目前船舶制冷装置普遍采用，其工作原理如图所示。压缩式制冷装置由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四个部分组成。
蒸汽压缩式制冷原理图
为了使问题简化和便于研究，首先忽略一些实际因素，假设：
①压缩机的压缩过程是按等熵进行的；
②制冷剂在流动过程中没有任何阻力损失；
③制冷系统中除热交换器外，与外界没有任何热交换；
④制冷剂在循环中的吸热和放热都是在无温差的条件下进行的。
基本循环：1-2-3-4
①压缩机
②冷凝器
③膨胀阀
④蒸发器
过冷循环：1-2-3′-4′
保证制冷剂以液态形式流过膨胀阀，并能获得较好的制冷系数。
①压缩机
②冷凝器
③膨胀阀
④蒸发器
过热循环：1’-2’-3-4
防止压缩机产生液击，蒸发器内实现过热可提高制冷系数。
①压缩机
②冷凝器
③膨胀阀
④蒸发器
回热循环：1’-2’-3’-4’
从蒸发器出来的蒸汽温度大大低于膨胀阀前液体温度，加一回热器，可实现回热循环。
①压缩机
②冷凝器
③膨胀阀
④蒸发器
03
系统管路详细梳理
冷剂管路（基本循环）：
基本循环 压缩机→油气分离器→冷凝器→减震软管→阀板（液控电磁阀、截止阀、膨胀阀）→蒸发器、风机→气液分离器→压缩机
冷剂管路（初加冷剂 ）：
压缩机→油气分离器→冷凝器→滤器干燥器→减震软管→阀板（液控电磁阀、截止阀、膨胀阀）→蒸发器、风机→气液分离器→压缩机
海水冷却管路：
舷外→铸钢截止阀→冷却海水温度计→减震软管→冷凝器→舷外
04
相关设备展示及介绍
01
压缩机
机组采用德国比泽尔公司4缸开式往复压缩机，位于冷水机组间，装置采用电动机驱动的开式往复压缩机,冷凝器海水冷却,R404A制冷剂,直接蒸发制冷。压缩机功率消耗21.3kW,制冷功率22kW。
缸头结霜进入压缩机的液态冷剂过多是一种正常现象。
02
驱动电机
为压缩机提供动力；压缩机和驱动电机采用连轴器传动
03
压缩机吸、排压力表
04
油气分离器
将滑油从制冷剂中分离出来，防止造成系统的不正常运行。
05
冷凝器
冷凝器为水平壳管式,海水冷却,冷却水管路安装有冷却水流量开关、温度表和压力表,设计进/出口温度为32℃/35℃,冷却水流量12m/h,设计换热量43.3kW。冷凝器顶部安装有安全阀和放气阀、安全阀出口通过管路引到生活区外开敞空间,防止冷凝器压力过高泄放产生危险。冷凝器兼做贮液器,安装有液位观察镜。冷凝器出口管路安装有干燥滤器、充注阀、冷剂液流观察镜等附件。
06
安全阀
出口通过管路引到生活区开敞空间，防止冷凝器压力过高泄放危险。
07
放气阀
需要放气时，将冷凝器出口阀关闭，使压缩机将所有气体排入冷凝器中，最后从放气阀排出。
08
干燥器
在添加冷剂后改变阀门使冷剂通过以除去水分，防止水凝结成冰造成冰塞。
09
液流观察镜
观察是否有气泡，判断压降情况、是否出现“闪气”、冷剂余量情况、水分含量。
10
软管
防止管道与船体接触处因震动而导致磨损
11
阀板
根据制冷量不同,各冷库内设置1~2个蒸发器,每个冷库1个阀板,阀板位于缓冲间内主要部件包括进出截止阀、供液电磁阀、热力膨胀阀等。其中鱼库、粮库、干货库和缓冲间设1台蒸发器,对应阀板为1个热力膨胀阀,肉库和菜库内设置2台蒸发器,对应阀板设2个热力膨胀阀。
12
冷风机、蒸发器
蒸发器位于对应冷库内,本船冷库蒸发器采用壁挂式冷风机形式,轴流风机由单相220V电机驱动,蒸发盘管为内部带有沟槽铜管,外部带有铝制肋片。肉库和菜库各配置2台冷风机组,其他各库各配置1台,肉库、鱼库、菜库蒸发器带2.6kW电融霜加热器。
13
气液分离器
混合，分离，稳压
14
装置控制系统
控制系统采用西门子6ES7214PLC,其主要CPU通过自身I/O接口和扩展I/O模块采集冷库温度、压缩机吸排压力等模拟量信号和冷却水流量、油压差、电源/运转/过载、控制开关状态等开关量信号,按照设定程序逻辑处理后输出压缩机加减载、供液电磁阀通断、冷风机起停、电热融霜起停等控制信号,控制信号通过接触器控制相应设备工作起停,接触器辅助触头给出相应指示灯信号。
15
数值遥控显示温度计
实时监控各冷库温度
05
相关附件
01
滑油观察镜、回油管
02
冷却水流量开关
在冷却水流量不足时，禁止压缩机启动
03
冷却水进出口温度计
04
冷却水压力表
05
压缩机吸/排压力传感器
06
能量调节机构
07
电磁阀
制冷时，有些冷库温度率先达到设定值，供液电磁阀关闭。但还有一些冷库温度未达到设定值。压缩机吸入口压力下降，为了保证压缩机工作时更加接近额定工况。该电磁阀打开，来自滑油分离器的高温高压蒸汽与将进入压缩机的低温低压蒸汽混合，提高其压力，提高压缩机使用寿命。
06
操作与维护
01
安装后，投入使用前
（1）外观、管路检查
（2）压力试验
（3）真空试验
（4）充注滑油、冷剂
02
压缩机长时间停机首次启动
（1）检查油位、油温
（2）检查安全报警、自动控制参数设置
（3）外部管路阀门开关正确
03
启动操作
（1）打开待起动压缩机进出口阀门和贮液器阀门,另一台机组阀门保持关闭,打开所有冷库供液截止阀
（2）接通电源,等待CPU起动完成
（3）起动冷却水泵,检查冷却水压力正常
（4）起动1到2个冷库的冷风机,打开对应供液电磁阀,起动压缩机
（5）根据压缩机吸入压力,可逐渐增加制冷工况冷库的数量。待所有冷库温度接近正常范围,机组工况稳定后,可转为自动模式
04
运转中检查
（1）起动后立即确认滑油油位,并且起动后最初一个小时需要连续检查滑油油位,如果油位下降过多,不可盲目添加滑油,应检查系统回油情况,防止系统油回到曲轴箱时产生液击
（2）必要时通过外接压力表测量油泵进出口压力,油压差应保持在140350 kPa范围内,吸口压力不得小于40kPa。油压差开关当压差小于70kPa时,延时90s切断压缩机工作
（3）系统采用R404A制冷剂,压缩机排出温度应至少高于排出压力对应的饱和温度20℃,以避免冷剂在排出管路液化。吸气温度不应低于19℃
（4）检查压缩机、管路、毛细管、温包等振动情况
（5）记录最短运行时间和起停次数,压缩机最短运行时间不应小于5 min,每小时最多起停不超过8次。如果起动太频繁,应对系气调整,避免对压缩机和电机造成损坏
（6）运转中检查并记录各参数,一半应包括压缩机吸入温度/压力、压缩机排出温度/压力、冷凝温度/压力、冷风机蒸发温度/压力、滑油温度、滑油压力、起停次数、工作电压/电流、各冷库温度等
参数记录表
05
日常维护
（1）压缩机初次运转100h后,按照说明书中给出扭矩对缸头螺栓进行上紧
（2）压缩机内部安全阀设定压力为2.8MPa,一般工作条件不需要维护。然而,如果由于异常运转导致此阀多次开启,可能导致持续泄漏,继而排温升高,效率降低,此时需要对此阀进行检修或换新
（3）吸排气阀设计为免维护,但实际运转中应结合滑油换新,每10000~12000工作小时进行检查
（4）一般情况轴封不需要拆检,可结合换油周期,或者润滑系统故障检修时对轴封进行检查,主要关注以下方面:密封圈老化、硬化、裂纹,轴封损、划痕，油泥或其他异物沉积。轴封允许少量泄漏,在新轴封磨合期间(大约250h)泄漏量可能会较大,磨合期后一般每小时泄漏量不超过0.05立方厘米,泄漏的滑油通过轴封处泄放管路泄放
（5）厂车间组装的压缩机组磨合。已经更换了滑油,装船初期运转后不需要换油。而对于非工厂车间安装、在船组装设备,最初运转100h后需要换新滑油,换新滤器。正常工作条件下,滑油更换周期为10000~12000工作小时或者3个自然年
（6）为了避免备用机组长时间不工作可能产生的冷剂转移、滑油溶人冷剂等不良后果,应定期切换工作机组
（7）应定期对压力表、传感器、温度开关、油压差开关等校准
（8）检查联轴器、地脚螺栓,如需要上紧
（9）机组长时间不工作时,需对曲轴箱进行加温,避免滑油中融入过量冷剂。如检修需要,可通过冷剂回收装置将系统冷剂移出系统
张云懋 于鉴生 刘硕 郭峰 张锐
2022级校企合作班
2017级卓越工程师班