制冷多功能實(shí)驗臺的設計分析

當前，很多制冷綜合實(shí)驗臺的技術(shù)功能單一，不能實(shí)現對制冷設備的有效監測和故障診斷，也不能同時(shí)兼有可視化能功能和回收制冷劑的功能。制冷實(shí)驗設備采用的實(shí)驗儀器基本上是將制冷裝置的外殼去掉，形成的一種實(shí)驗裝置，它有如下缺點(diǎn):出現故障時(shí)，不能對制冷劑在制冷系統中溫度和壓強的變化進(jìn)行追蹤監測; 不能實(shí)現制冷劑蒸發(fā)與冷凝時(shí)的動(dòng)態(tài)可視化演示; 不能表征制冷劑在循環(huán)系統中的流向。因此，亟待需要對制冷教學(xué)試驗臺進(jìn)行優(yōu)化設計，提高實(shí)驗臺的交互性和應用性，使實(shí)驗臺更加適應當前的職業(yè)教育與技術(shù)培訓。
1、制冷多功能實(shí)驗臺
1．1制冷多功能實(shí)驗臺的介紹
本實(shí)驗臺采用分體空調作為實(shí)驗主機，輔助以溫度、壓力、流量等傳感器和計算機搭建的制冷多功能綜合實(shí)驗臺，采用工控組態(tài)軟件構成了制冷系統狀態(tài)監測和故障演示的實(shí)驗平臺。如圖1所示。制冷多功能實(shí)驗臺包括以下功能: 可以通過(guò)計算機檢測系統對現場(chǎng)檢測狀態(tài)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，監測點(diǎn)設置包括以下測點(diǎn)，在壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器和熱力膨脹閥等處安裝壓力繼電器或溫度傳感器，在壓縮機進(jìn)出口安裝高低壓繼電器和平衡繼電器，在冷凝器與蒸發(fā)器之間安裝石英管路和優(yōu)化后的霧化器，來(lái)實(shí)現制冷劑的流動(dòng)可視。優(yōu)化后的實(shí)驗臺可以在線(xiàn)監測各種運行狀態(tài)，通過(guò)實(shí)驗臺模擬各種制冷系統常見(jiàn)故障，這些被采集的狀態(tài)點(diǎn)通過(guò)數據采集卡采集，可通過(guò)計算機實(shí)現設備狀態(tài)可視化界面。

圖1制冷多功能實(shí)驗臺設計框架
1．2主要模擬故障演示內容
模擬故障演示研究包括:
(1) 制冷壓縮機排氣吸氣閥片破損
在壓縮機高低壓側設置高低壓繼電器和平衡壓力閥門(mén)，點(diǎn)擊電磁閥開(kāi)關(guān)，通過(guò)這個(gè)電磁閥演示壓縮機故障，此電磁閥是“平衡”電磁閥，點(diǎn)擊后，系統循環(huán)短路。高壓表、低壓表壓力值基本平衡(運轉電流增大，原因是吸氣壓力大，排氣壓力更大，負載增大)。此故障產(chǎn)生的原因有: ①壓縮機內的高壓管斷裂; ②連桿斷裂; ③氣閥閥片損壞;④高壓墊損壞。
(2) 毛細管冰堵或者臟堵
在毛細管處設置電磁閥，關(guān)閉電磁閥，點(diǎn)擊壓力繼電器開(kāi)關(guān)使其處于“通”的狀態(tài)，隨運行時(shí)間的延長(cháng)，冰堵現象產(chǎn)生，此時(shí)注意觀(guān)察低壓表的變化，其示數逐漸趨于負壓狀態(tài)。演示結束后，將電磁閥打開(kāi)，關(guān)閉壓力繼電器，恢復正常工作狀態(tài)。
(3) 冷凝器風(fēng)扇損壞
冷凝器風(fēng)扇損壞或者不轉。點(diǎn)擊冷凝器風(fēng)機開(kāi)關(guān)“斷”，風(fēng)機停止轉動(dòng)，冷凝器不散熱，冷凝器內部壓力升高，高壓表明顯升壓。高壓保護啟動(dòng)，壓縮機停機，蜂鳴器報警，視為冷凝器風(fēng)扇電機損壞。
1．3制冷多功能實(shí)驗臺工作實(shí)例－ 制冷量不足故障演示
制冷量不足是當前制冷裝置常見(jiàn)的故障，制冷綜合實(shí)驗臺可以演示制冷量不足時(shí)各監測點(diǎn)參數的變化。
(1) 制冷壓縮機效果差，表現在壓縮機工作時(shí)冷凝壓力上升和蒸發(fā)壓力下降，而安裝在冷凝器和蒸發(fā)器上的壓力表通過(guò)溫度傳感器反饋到計算機，計算機的可視化界面會(huì )顯示當時(shí)的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力，超過(guò)設置的額定值，表明制冷量下降，圖2 為計算機控制界面圖形。

圖2 計算機控制界面圖
(2) 膨脹閥流量增大也會(huì )引起蒸發(fā)溫度過(guò)高，使制冷量下降，可以通過(guò)膨脹閥的流量控制器查看測試的參數，得出是否是膨脹閥開(kāi)啟度發(fā)生故障。
(3) 過(guò)濾器臟堵或冰賭，制冷劑通過(guò)過(guò)濾器阻力增大，流量減少，通過(guò)流量控制器可以判斷過(guò)濾器是否出現故障。
(4) 如果上訴參數都正常，但壓縮機吸排氣壓力比正常低，但排氣溫度較高，就會(huì )確定系統制冷劑不足引起制冷量下降。如果壓縮機吸氣溫度過(guò)低，使吸氣過(guò)熱度減少，間接導致制冷劑下降，就會(huì )確定制冷劑過(guò)量引起的制冷量下降。
2、實(shí)驗臺的優(yōu)化設計
2．1增加霧化器的使用
在冷凝器與蒸發(fā)器的管路之間并聯(lián)安裝霧化器，使制冷劑經(jīng)過(guò)霧化器，通過(guò)三通電磁閥來(lái)改變制冷劑流向，完成制冷劑在霧化器內的冷凝與蒸發(fā)可視化，圖3為霧化器的安裝圖。此外，研制過(guò)程中在制冷系統的關(guān)鍵部位安裝透明石英管路，實(shí)現制冷劑動(dòng)態(tài)可視化。

圖3霧化器安裝圖
2．2制冷多功能實(shí)驗臺加入制冷劑回收實(shí)驗
該實(shí)驗臺還可以對制冷劑進(jìn)行凈化回收，采用一線(xiàn)維修工人常用的便攜式制冷劑回收技術(shù)，可以快速的對制冷劑進(jìn)行回收。
制冷劑凈化與收集裝置(如圖4所示)，包括刺破頂針閥、復合修理閥、干燥過(guò)濾器、油分離器、水冷冷凝器、真空泵、制冷劑回收鋼瓶、磅秤和截止閥組成。工作前，將各個(gè)元件依次通過(guò)尼龍軟管進(jìn)行連接，從壓縮機工藝管開(kāi)始，依次經(jīng)過(guò)刺破頂針閥，由于小型的制冷設備沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的維修閥門(mén)，維修工藝口都是焊接密封的，如果想做到制冷劑能*回收，就應該在該裝置與冰箱的連接部位安裝刺破頂針閥，在刺破工藝口的同時(shí)馬上進(jìn)行制冷劑回收，確保制冷劑不能排出大氣中去。

圖4制冷劑凈化與回收意圖
優(yōu)化后的制冷綜合實(shí)驗臺對制冷凈化收集裝置對家用冰箱進(jìn)行了制冷劑回收。在回收制冷劑前，檢查各管路的氣密性，把低壓管連接到制冷系統中壓縮機工藝口上，夾緊工藝管上的刺破閥，把高壓軟管連接到真空泵的排氣閥上，高壓軟管的另一段接回收管路至回收罐。啟動(dòng)真空泵和大風(fēng)量冷凝器，同時(shí)觀(guān)察復合修理閥壓力表的讀數，在系統內還有少量的正壓力(約0．03MPa)的時(shí)候停止回收，暫停制冷劑回收。整個(gè)回收過(guò)程歷時(shí)6min，磅秤讀數增加0．45kg，原制冷充注量為0．5kg，回收將近系統制冷量的90%，如果進(jìn)一步回收剩余的制冷劑，停機等待約10min后再次啟動(dòng)制冷劑凈化收集裝置，會(huì )將剩余制冷劑收集完畢，zui后有0．1kg的少量制冷劑殘留系統中，基本達到制冷劑收集的目的。
3、結論
制冷劑多功能教學(xué)實(shí)驗臺經(jīng)過(guò)優(yōu)化與設計，增加了霧化器和制冷劑回收裝置，彌補了制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器中的霧化可視，增加了實(shí)驗裝置的實(shí)用性。同時(shí)，制冷劑回收實(shí)驗的結合增加了本實(shí)驗臺的功能，為制冷專(zhuān)業(yè)開(kāi)展制冷劑回收實(shí)驗打下了基礎。