船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制方法及系统与流程

本发明实施例涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制方法及系统。

背景技术：

船舶中央冷却系统中，舱内冷却水汇集到中央冷却器与来自舷外的海水发生热交换。

当中央冷却器的舱内冷却水进口的脉动压力峰值频率与换热管的结构固有频率、换热管内海水的脉动压力峰值频率接近或一致时，将导致中央冷却器换热管发生共振，中央冷却器的安全可靠性和使用寿命降低。

当前一般通过中央冷却器结构设计来进行中央冷却器换热管的振动控制，结构设计完成后不能调整，无法满足变工况条件下的振动控制要求。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明实施例提供一种船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制方法及系统。

第一方面，本发明实施例提供一种船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制方法，包括：

获取中央冷却器舱内冷却水入口管路中冷却水的脉动压力峰值频率；

若所述冷却水的脉动压力峰值频率与中央冷却器换热管的固有频率之间的差值在第一预设范围之内，或，所述冷却水的脉动压力峰值频率与所述中央冷却器换热管中海水的脉动压力峰值频率之间的差值在第二预设范围之内，则向所述中央冷却器舱内冷却水入口管路中加入预设浓度的长链聚合物，以使得加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与所述中央冷却器换热管的固有频率之间的差值在所述第一预设范围之外，且使得加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与所述海水的脉动压力峰值频率之间的差值在所述第二预设范围之外。

第二方面，本发明实施例提供一种船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制系统，包括：

获取模块，用于获取中央冷却器舱内冷却水入口管路中冷却水的脉动压力峰值频率；

调整模块，用于若所述冷却水的脉动压力峰值频率与中央冷却器换热管的固有频率之间的差值在第一预设范围之内，或，所述冷却水的脉动压力峰值频率与所述中央冷却器换热管中海水的脉动压力峰值频率之间的差值在第二预设范围之内，则向所述中央冷却器舱内冷却水入口管路中加入预设浓度的长链聚合物，以使得加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与所述中央冷却器换热管的固有频率之间的差值在所述第一预设范围之外，且使得加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与所述海水的脉动压力峰值频率之间的差值在所述第二预设范围之外。

本发明实施例提供的一种船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制方法及系统，通过中央冷却器舱内冷却水入口管路中加入一定体积的长链聚合物，使得中央冷却器舱内冷却水入口管路中加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与换热管的固有频率、换热管中海水的脉动压力峰值频率均不相同，也就是中央冷却器换热管在冷却水的激励下不会发生共振，从而提高了中央冷却器的安全可靠性和使用寿命，并且，不需要改变中央冷却器的结构，通过改变加入长链聚合物的量，以适应变工况条件下的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中冷却水的脉动压力时域数据示意图；

图4为本发明实施例中冷却水的脉动压力频谱的示意图；

图5为本发明实施例中长链聚合物浓度与加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率之间的预设对应关系示意图；

图6为本发明实施例提供的一种船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制系统的结构示意图。

附图说明：

1，冷却水；2，冷却水入口管路；

3，中央冷却器；4，冷却水出口管路；

5，海水；6，海水入口管路；

7，换热管；8，海水出口管路；

9，脉动压力传感器；10，导线；

11，控制单元；12，长链聚合物注入口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制方法流程图，如图1所示，该方法包括：

s1，获取中央冷却器舱内冷却水入口管路中冷却水的脉动压力峰值频率；

s2，若所述冷却水的脉动压力峰值频率与中央冷却器换热管的固有频率之间的差值在第一预设范围之内，或，所述冷却水的脉动压力峰值频率与所述中央冷却器换热管中海水的脉动压力峰值频率之间的差值在第二预设范围之内，则向所述中央冷却器舱内冷却水入口管路中加入预设浓度的长链聚合物，以使得加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与所述中央冷却器换热管的固有频率之间的差值在所述第一预设范围之外，且使得加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与所述海水的脉动压力峰值频率之间的差值在所述第二预设范围之外。

首先获取中央冷却器舱内冷却水入口管路中冷却水的脉动压力峰值频率，然后将冷却水的脉动压力峰值频率与中央冷却器换热管的固有频率进行比较，如果冷却水的脉动压力峰值频率与换热管的固有频率在第一预设范围之内，说明冷却水的脉动压力峰值频率与换热管的固有频率十分的接近，这样，在冷却水的激励下，换热管容易发生共振，导致中央冷却器的使用寿命变短。

同样地，将冷却水的脉动压力峰值频率与换热管中海水的脉动压力峰值频率进行比较，如果冷却水的脉动压力峰值频率与换热管中海水的脉动压力峰值频率之间的差值在第二预设范围之内，说明冷却水的脉动压力峰值频率与换热管中海水的脉动压力峰值频率十分接近，这样，在冷却水的激励下，换热管容易发生共振，会导致中央冷却器的使用寿命变短。

冷却水的脉动压力峰值频率与中央冷却器换热管的固有频率之间的差值在第一预设范围内，或者，冷却水的脉动压力峰值频率与海水的脉动压力峰值频率之间的差值在第二预设范围之内，只要满足以上条件中的一种，说明换热管在冷却水的激励下容易发生共振，因此，需要向冷却水中加入一定体积的长链聚合物，长链聚合物溶解于冷却水中，以此来改变中央冷却器舱内冷却水入口管路中冷却水的脉动压力峰值频率。

并且，加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与中央冷却器换热管的固有频率之间的差值在第一预设范围外，加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与海水的脉动压力峰值频率在第二预设范围外，这样，换热管在冷却水的激励下也不会发生共振。

需要说明的是，在本实施例中，所述长链聚合物为可溶性长链聚合物，包括聚丙烯酰胺和丙烯酰胺等，也可选用可溶性高分子聚合物。

本发明实施例提供的一种船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制方法，通过中央冷却器舱内冷却水入口管路中加入一定体积的长链聚合物，使得中央冷却器舱内冷却水入口管路中加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与换热管的固有频率、换热管中海水的脉动压力峰值频率均不相同，也就是中央冷却器换热管在冷却水的激励下不会发生共振，从而提高了中央冷却器的安全可靠性和使用寿命，并且，不需要改变中央冷却器的结构，通过改变加入长链聚合物的量，以适应变工况条件下的要求。

在上述实施例的基础上，优选地，还包括：

若所述中央冷却器舱内冷却水入口管路中冷却水的脉动压力峰值频率与所述中央冷却器换热管的固有频率之间的差值在所述第一预设范围之外，且所述冷却水的脉动压力峰值频率与所述中央冷却器换热管中海水的脉动压力峰值频率之间的差值在所述第二预设范围之外，则所述预设浓度的值为0。

具体地，如果中央冷却器舱内冷却水入口管路中冷却水的脉动压力峰值频率与中央冷却器换热管的固有频率之间的差值在第一预设范围之外，并且，冷却水的脉动压力峰值频率与海水的脉动压力峰值频率之间的差值在第二预设范围之外，说明冷却水的脉动压力峰值频率与中央冷却器换热管的固有频率、海水的脉动压力峰值频率都不相近，换热管在冷却水的激励下不会发生共振，则无需进行任何操作。

本发明实施例通过将冷却水的脉动压力峰值频率与换热管中海水的脉动压力峰值频率、换热管的结构固有频率进行比较，确保冷却水的脉动压力峰值频率与二者都不接近的情况下，则无需进行任何操作。

在上述实施例的基础上，优选地，所述预设浓度通过如下方式获得：

获取加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率，加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与所述中央冷却器换热管的固有频率之差在所述第一预设范围之外，且加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与所述中央冷却器换热管中海水的脉动压力峰值频率之差在所述第二预设范围之外；

根据加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率和预设对应关系，获取所述预设浓度的值，所述预设对应关系为长链聚合物浓度与加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率之间的对应关系。

加入长链聚合物的浓度可以通过如下方法来确定：

首先，确定中央冷却器换热管的固有频率和中央冷却器换热管中海水的脉动压力峰值频率后，可以选取一个频率作为中央冷却器中加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率，选取频率的规则为：选取出的脉动压力峰值频率与中央冷却器换热管的固有频率之间的差值在第一预设范围之外，选取出的脉动压力峰值频率与中央冷却器换热管中海水的脉动压力峰值频率之间的差值在第二预设范围之外。

优选地，从节约成本的角度考虑，加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率又能使加入的长链聚合物较少。

中央冷却器舱内冷却水入口管路中加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率确定之后，根据加入长链聚合物后冷却水脉动压力峰值频率与长链聚合物之间的预设对应关系，确定长链聚合物浓度，并且，该预设对应关系是预先知道的。

本发明实施例给出了长链聚合物体积的具体计算方法，可以根据实时工况确定加入长链聚合物的量，换热管在冷却水的激励下不会发生共振，适应变工况的要求。

在上述实施例的基础上，优选地，所述获取冷却水的脉动压力峰值频率之前，还包括：

获取所述冷却水的脉动压力时域数据；

对所述冷却水的脉动压力时域数据进行频谱变换，获取所述冷却水的脉动压力频谱；

根据所述冷却水的脉动压力频谱，获取所述冷却水的脉动压力峰值频率。

具体地，该冷却水的脉动压力峰值频率是通过以下两个步骤获得的：

首先获取冷却水的脉动压力时域数据，对其进行频谱变换，得到冷却水的脉动压力频谱，将该脉动压力频谱的频谱峰值作为冷却水的脉动压力峰值频谱。

在上述实施例的基础上，优选地，所述获取所述冷却水的脉动压力时域数据具体通过如下方式获得：

通过脉动压力传感器获取所述冷却水的脉动压力时域数据。

具体地，通过脉动压力传感器采集冷却水的脉动压力时域数据。

在上述实施例的基础上，优选地，所述中央冷却器换热管的固有频率包括若干阶固有频率。

一般地，中央冷却器换热管的固有频率会有多阶固有频率，而其共振主频通常出现在前三阶，所以一般选取前三阶固有频率，将前三阶固有频率都与冷却水的脉动压力峰值频率进行比较。

在上述实施例的基础上，优选地，加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率为70hz。

通过实验证明，该船舶中央冷却器舱内冷却水入口管路中加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率优选为70hz。

在上述实施例的基础上，优选地，所述长链聚合物浓度为0.1％。

通过实验证明，该船舶中央冷却器中长链聚合物浓度优选为0.1％。当长链聚合物浓度为0.1％时，加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率为70hz，既能保证加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与换热管的固有频率、换热管中海水的脉动压力峰值频率不接近，又能保证加入的长链聚合物较少，节约实施成本。

综上所述，本发明实施例提供的一种船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制，通过向中央冷却器舱内冷却水入口管路中加入一定体积的长链聚合物，使得中央冷却器舱内冷却水入口管路中加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与换热管的固有频率、换热管中海水的脉动压力峰值频率均不相同，也就是使得换热管不会发生共振，从而提高了中央冷却器的安全可靠性和使用寿命。

并且，给出了长链聚合物体积的具体计算方法，可以根据实时工况确定加入长链聚合物的量，以确保换热管不会发生共振，适应变工况的要求。

图2为本发明实施例提供的一种船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制装置的结构示意图，如图2所示，该装置通过对船舶的中央冷却器相关部分进行改进，使得该装置能够实现上述方法。使用时，中央冷却器舱内冷却水1通过舱内冷却水入口管路2进入中央冷却器3，舷外海水5通过中央冷却器海水入口管路6进入换热管7，中央冷却器3中的冷却水与换热管7内的海水5发生热交换后从舱内冷却水出口管路4流出中央冷却器，换热管7内的海水5与冷却水1进行热交换后从海水出口管路8流出中央冷却器。

中央冷却器3舱内冷却水入口管路2上布置脉动压力传感器9，图3为本发明实施例中冷却水的脉动压力时域数据示意图，如图3所示，图中横坐标表示时间，单位为秒，纵坐标表示脉动压力，单位为pa，脉动压力传感器9采集到的脉动压力时域数据通过导线10传输至控制单元11，控制单元11将接收的脉动压力时域数据变换为脉动压力频谱。

本发明实施例中，换热管7的第一阶固有频率为35hz，第二阶固有频率为50hz，第三阶固有频率为65hz，图4为本发明实施例中冷却水的脉动压力频谱的示意图，由图4所示，图中的横坐标表示频率，单位为hz，纵坐标表示脉动压力幅值，单位为pa，冷却水的脉动压力频谱峰值频率49.7hz，与换热管7的第二阶固有频率基本一致，需要调整中央冷却器舱内冷却水入口管路中加入长链聚合物后冷却水脉动压力频谱使其峰值频率避开换热管7的前三阶固有频率。

图5为本发明实施例中长链聚合物浓度与加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率之间的预设对应关系示意图，如图5所示，图中横坐标表示长链聚合物浓度，纵坐标表示脉动压力峰值频率，单位为pa，长链聚合物浓度0.1％时，加入长链聚合物后冷却水脉动压力频谱峰值频率约为70hz。

通过布置在中央冷却器舱内冷却水入口管路2上的长链聚合物注入口12注入占舱内冷却水流量0.1％的长链聚合物，则可以使加入长链聚合物后冷却水脉动压力频谱峰值频率避开换热管7的前三阶固有频率，达到减弱中央冷却器舱内冷却水激励引起的换热管振动响应、提高中央冷却器的安全可靠性和使用寿命的有益效果。

上述实施例中，换热管7中海水的脉动压力峰值频率为50hz，根据图4计算得到冷却水的脉动压力峰值频率49.7hz，与换热管7中海水的脉动压力峰值频率接近，需要调整流中央冷却器舱内冷却水入口管路2加入长链聚合物后冷却水脉动压力频谱使其避开换热管7中海水的脉动压力峰值频率。

根据图5，长链聚合物浓度0.1％时，加入长链聚合物后冷却水脉动压力频谱峰值频率约为70hz。

通过布置在中央冷却器舱内冷却水入口管路2上的长链聚合物注入口12注入占舱内冷却水流量0.1％的长链聚合物，则可以使加入长链聚合物后冷却水脉动压力频谱峰值频率避开换热管7内舷外海水激励的主要峰值频率，达到减弱中央冷却器舱内冷却水激励引起的换热管振动响应、提高中央冷却器的安全可靠性和使用寿命的有益效果。

图6为本发明实施例提供的一种船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制系统的结构示意图，如图6所示，该系统包括：获取模块601、调整模块602，其中：

获取模块601用于获取中央冷却器舱内冷却水入口管路中冷却水的脉动压力峰值频率；

调整模块602用于若所述冷却水的脉动压力峰值频率与中央冷却器换热管的固有频率之间的差值在第一预设范围之内，或，所述冷却水的脉动压力峰值频率与所述中央冷却器换热管中海水的脉动压力峰值频率之间的差值在第二预设范围之内，则向所述中央冷却器舱内冷却水入口管路中加入预设浓度的长链聚合物，以使得加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与所述中央冷却器换热管的固有频率之间的差值在所述第一预设范围之外，且使得加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与所述海水的脉动压力峰值频率之间的差值在所述第二预设范围之外。

本系统实施例的具体执行过程与上述方法实施例的具体执行过程相同，详情请参考上述方法实施例，本系统实施例在此不再赘述。

本发明实施例提供的一种船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制系统，通过中央冷却器舱内冷却水入口管路中加入一定体积的长链聚合物，使得中央冷却器舱内冷却水入口管路中加入长链聚合物后冷却水的脉动压力峰值频率与换热管的固有频率、换热管中海水的脉动压力峰值频率均不相同，也就是中央冷却器换热管在冷却水的激励下不会发生共振，从而提高了中央冷却器的安全可靠性和使用寿命，并且，不需要改变中央冷却器的结构，通过改变加入长链聚合物的量，以适应变工况条件下的要求。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。