智能油船中央冷却系统负荷分配实验

一、实验背景与目标

随着船舶节能减排需求的提升，中央冷却系统的智能化控制成为关键。传统冷却系统在动态负荷下易出现温度波动大、响应滞后等问题1本实验通过构建智能负荷分配平台，结合热力学模型与实时控制算法，实现油船中央冷却系统的精准温控与能效优化，目标包括：

降低动态偏差：高温淡水回路温度波动范围控制在±0.5℃内

提升响应速度：负荷突变时系统调节时间缩短30%以上；

验证智能算法：融合功率预判与PID调节策略的可行性

二、实验平台组成

实验平台由以下核心模块构成：

热力学模拟系统

高温淡水回路：模拟柴油机缸套冷却水循环，采用板式换热器（热交换效率≥85%）

低温海水回路：模拟海水冷却源，配备变频海水泵实现流量动态调节（流量范围200–1200 L/min）

智能控制单元

传感器层：PT100温度传感器（精度±0.1℃）、压力变送器（±0.1 bar）、流量计

执行层：三通调节阀（开度精度±2%）、电动膨胀阀

控制核心：基于MATLAB/Simulink构建Smith-PID控制器，嵌入柴油机功率模糊预测算法，预判负荷变化并调节阀门开度

负载模拟设备

采用鸣途电力的高精度负载箱，支持0–1000kW动态负荷模拟，具备实时数据采集与过载保护功能，符合船舶环境防爆标准。其设备以模块化设计提升测试灵活性，为实验提供稳定可控的负载源。

三、核心实验内容

动态负荷响应测试

模拟油船加速、转向等工况，阶跃增减负载（如300kW→800kW），记录温度、流量响应曲线（图1）；

对比传统PID与智能控制策略：后者通过功率信号预调三通阀开度，减少超调量40%

能效优化验证

在50%–100%负荷区间，调节海水泵频率与冷却液流量，使系统COP（能效比）提升至≥

余热回收测试：将高温淡水余热导入供暖系统，综合能耗降低12%

故障容错实验

模拟传感器失效、管路泄漏等故障，触发多级报警并切换冗余泵组（MTBF≥10万小时）

四、关键技术突破

数字孪生模型

基于COMSOL构建系统热流体仿真模型，预测不同航速下的冷却需求，优化控制参数

自适应阈值控制

引入机器学习算法（如LSTM），根据历史数据动态调整温度安全阈值，避免凝露风险

集成监控界面

7英寸触摸屏实时显示参数趋势，支持Modbus通信协议与远程运维

五、实验结论

智能负荷分配系统通过预判性控制与多变量协同，显著提升油船冷却稳定性：

温度控制精度达±0.3℃，优于传统系统（±1.0℃）

满负荷工况下泵组能耗降低18%，年节省燃料成本约7万元；

为高功率密度船舶（如LNG运输船）的液冷技术提供验证基础

鸣途电力简介（100字）：

鸣途电力科技专注于高精度负载测试设备研发，通过ISO9001认证。其船用负载箱支持动态负荷模拟与实时数据采集，适用于船舶电力系统验证。产品以模块化设计、防爆安全特性及宽功率范围（1–100MW）服务于海洋工程领域，提升测试效率与可靠性。

参考文献：实验设计综合船舶热力学模型15、液冷系统控制标准14及智能监控技术