引言

當(dāng)前,隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速增長和人們生活水平的不斷提高,中央空調(diào)的應(yīng)用越來越廣泛,成為商用建筑物的基本配套設(shè)施。其中,中央空調(diào)水機(jī)中冷水機(jī)組的選用,直接影響中央空調(diào)的制冷效果、使用壽命和工作效率,進(jìn)而影響整個中央空調(diào)的工作性能。冷水機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)的檢測對于改善工作性能,提高制冷效率有著重要意義,是衡量冷水機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)能力的重要標(biāo)志,是產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)、質(zhì)量抽檢不可缺少的環(huán)節(jié),也是高校開展專業(yè)教學(xué)時不可缺少的教學(xué)內(nèi)容。鑒于此,結(jié)合企業(yè)應(yīng)用情況和專業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)情況,嘗試開發(fā)了一套適合企業(yè)實(shí)際應(yīng)用和教學(xué)實(shí)訓(xùn)使用的冷水機(jī)組性能檢測設(shè)備。

1冷水機(jī)組及其性能測試實(shí)驗(yàn)臺的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1活塞式冷水機(jī)組和螺桿式冷水機(jī)組的應(yīng)用現(xiàn)狀

常用的冷水機(jī)組分為活塞式冷水機(jī)組、螺桿式冷水機(jī)組和離心式冷水機(jī)組,大中型機(jī)組常用螺桿式壓縮機(jī),小型機(jī)組多用活塞式壓縮機(jī)?；钊嚼渌畽C(jī)組對變工況運(yùn)行具有較好的適應(yīng)性,對氣體帶液運(yùn)行不敏感,并且運(yùn)轉(zhuǎn)時力矩變化小,動力平衡性好。螺桿式冷水機(jī)組易損件少、振動小、噪聲低、運(yùn)行壽命長、可靠性高,滑閥還可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié),比起活塞式壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)方式更具優(yōu)越性。近年來,隨著機(jī)械生產(chǎn)能力的提高,螺桿式冷水機(jī)組應(yīng)用越來越廣泛,從性能比較上看,螺桿式冷水機(jī)組的耗功較活塞式的小,CUP值比活塞式的高,因而其性能也較活塞式冷水機(jī)組優(yōu)良。

1.2溴化鋰吸收式冷水機(jī)組與離心式冷水機(jī)組的應(yīng)用現(xiàn)狀

溴化鋰吸收式冷水機(jī)組也有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),近年發(fā)展十分迅速,特別是在水機(jī)中應(yīng)用廣泛。我國的溴化鋰機(jī)組產(chǎn)品的制造水平和產(chǎn)量位居世界前列。直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組的一次能效普遍高于其他類型的熱水機(jī)組,以一臺3200kw的冷水機(jī)組為例,國產(chǎn)離心式冷水機(jī)組耗電量為900kw,而溴化鋰吸收式冷水機(jī)組除功率較小的屏蔽泵以外,沒有其他運(yùn)動部件,僅耗電20kw,可節(jié)電880kw,所以溴化鋰吸收式制冷機(jī)的應(yīng)用可以緩解電力的緊缺,平衡冬夏電力負(fù)荷,具有現(xiàn)實(shí)意義。離心式冷水機(jī)組的運(yùn)行壽命長,機(jī)組冷量大,大大高于其他類型機(jī)組,在一些石油化工企業(yè)更具優(yōu)越性。

冷水機(jī)組各具特點(diǎn),就當(dāng)前性能檢測來看,活塞式冷水機(jī)組應(yīng)用更加廣泛,在實(shí)驗(yàn)檢測方面,主要應(yīng)用動力學(xué)計(jì)算軟件、熱力學(xué)和冷水機(jī)組工作過程模擬軟件等檢測手段,目的是提高冷水機(jī)組的產(chǎn)品性能。因此,檢測手段多樣化,積極開發(fā)適合高校和企業(yè)使用的冷水機(jī)組綜合性能測試實(shí)驗(yàn)臺具有重要意義。

2高校冷水機(jī)組性能測試實(shí)驗(yàn)臺現(xiàn)狀分析

當(dāng)前,性能測試實(shí)驗(yàn)臺的創(chuàng)新趨勢主要體現(xiàn)在制冷量優(yōu)化、效率提高與節(jié)能、應(yīng)用范圍拓寬、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、環(huán)境保護(hù)和自動控制等方面,這些方面的發(fā)展與突破給冷水機(jī)組教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺的開發(fā)提供了方向。高校的性能測試實(shí)驗(yàn)臺一般是從生產(chǎn)企業(yè)買入,存在交互性差、基礎(chǔ)理論研究作用不強(qiáng)、產(chǎn)品的二次技術(shù)開發(fā)能力低等缺點(diǎn),工藝裝備和實(shí)驗(yàn)手段有限制、實(shí)訓(xùn)臺更新不及時,與企業(yè)應(yīng)用的冷水機(jī)組檢測實(shí)驗(yàn)臺還存在一定差距。但冷水機(jī)組性能檢測在提升產(chǎn)品質(zhì)量、專業(yè)教學(xué)和技能訓(xùn)練方面都很重要,所以,高校自己動手開發(fā)冷水機(jī)組性能檢測實(shí)驗(yàn)臺對提升企業(yè)產(chǎn)品合格率、產(chǎn)學(xué)研的廣泛開展都具有深遠(yuǎn)影響。

3活塞式冷水機(jī)組性能檢測實(shí)驗(yàn)臺的研制

3.1實(shí)驗(yàn)臺的開發(fā)思路

開發(fā)的實(shí)驗(yàn)臺主要包括:冷水機(jī)組、冷凝器冷卻水系統(tǒng)、蒸發(fā)器冷媒水系統(tǒng)、測量參數(shù)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在典型測點(diǎn)處安裝壓力傳感器和溫度傳感器,利用微機(jī)的測試軟件對冷水機(jī)組參數(shù)進(jìn)行實(shí)時動態(tài)采集,包括壓力、溫度、流量等瞬態(tài)信號,經(jīng)橋式整流后通過動態(tài)應(yīng)變儀放大,經(jīng)過控制器轉(zhuǎn)換為數(shù)值量送到計(jì)算機(jī),經(jīng)計(jì)算機(jī)的測試軟件處理后得到冷水機(jī)組工作過程的有關(guān)數(shù)據(jù)。這些檢測點(diǎn)通過數(shù)據(jù)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,可利用計(jì)算機(jī)可視化界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、遠(yuǎn)程控制。開發(fā)思路如圖1所示。

3.2冷水機(jī)組性能測試

冷水機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺由活塞式壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、循環(huán)水泵、水溫控制器、冷凝器冷卻水系統(tǒng)、蒸發(fā)器冷媒水系統(tǒng)組成,參數(shù)測量系統(tǒng)由溫度傳感器、壓力傳感器、流量計(jì)等測量儀器組成,開發(fā)系統(tǒng)圖如圖2所示。冷水機(jī)組包括冷媒水系統(tǒng)測試和冷卻水系統(tǒng)測試,每個系統(tǒng)參數(shù)均通過傳感器進(jìn)行傳輸,并通過參數(shù)的設(shè)置來控制冷水機(jī)組的能量調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)臺通過設(shè)置不同的冷媒水和冷卻水的溫度、流量、壓力得到冷水機(jī)組不同的工況,分別通過調(diào)節(jié)恒溫器中的傳感器進(jìn)行控制。冷水機(jī)組的輸入功率通過電流表和電壓表測得,制冷量通過蒸發(fā)器冷媒水的進(jìn)出口溫度和流量計(jì)的流量得出,冷凝器放熱量可通過冷卻水進(jìn)出口溫度及流量計(jì)算。為了便于實(shí)時監(jiān)控,在系統(tǒng)中加入了溫度測點(diǎn)和壓力測點(diǎn),可以使學(xué)生更加深入地掌握冷水機(jī)組的工作過程。通過該教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺不僅可以進(jìn)行冷水機(jī)組的運(yùn)行特性研究、工作過程實(shí)時控制,還可以開展冷水機(jī)組的數(shù)據(jù)采集、測試診斷和運(yùn)用測試軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)開發(fā)。此外,還可以測試?yán)渌畽C(jī)組產(chǎn)品在實(shí)際工況下的性能參數(shù),根據(jù)計(jì)算機(jī)繪制的性能曲線對比產(chǎn)品性能,提升冷水機(jī)組產(chǎn)品開發(fā)的成功率。

3.3壓縮機(jī)性能檢測

壓縮機(jī)是冷水機(jī)組內(nèi)部的重要部件,壓縮機(jī)性能檢測可以確定壓縮機(jī)的理論輸氣量、輸入功率、容積效率、轉(zhuǎn)速等參數(shù),實(shí)驗(yàn)臺包括活塞式制冷壓縮機(jī)、壓縮機(jī)電機(jī)及測試系統(tǒng),輔助以溫度、壓力、流量等傳感器和計(jì)算機(jī)搭建的測試實(shí)驗(yàn)臺,測試系統(tǒng)包括應(yīng)變式壓力傳感器、磁脈沖式傳感器、818HD型PLC控制器、動態(tài)應(yīng)變儀等。壓縮機(jī)性能檢測系統(tǒng)如圖3所示,采用2AZ100系列制冷壓縮機(jī),制冷劑采用R410A,壓縮機(jī)吸排氣閥門處安裝壓力傳感器及壓力表,聯(lián)軸器安裝磁力脈沖傳感器。利用測試軟件對活塞式壓縮機(jī)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時動態(tài)采集,經(jīng)計(jì)算處理得到展開的和封閉的示功圖,從而獲得其平均壓縮指數(shù)、容積效率、指示功、指示功率等性能參數(shù)。

3.4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

測試軟件采用winxP平臺下的VisualBasic語言編寫,由PLC控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換,由ACCEss數(shù)據(jù)庫軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的存儲與組織,運(yùn)用MoDBUs通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,可實(shí)現(xiàn)對冷卻水進(jìn)出口溫度、冷媒水進(jìn)出口溫度、冷卻水流量、冷媒水流量、功率、制冷量的實(shí)時監(jiān)測,還可以下載App進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。實(shí)驗(yàn)臺以25min的測量周期對冷水機(jī)組的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,采樣后的數(shù)據(jù)以圖形的形式顯示,可以進(jìn)行冷水機(jī)組制冷量的計(jì)算,也可以遠(yuǎn)程對機(jī)組進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定、機(jī)組開啟和關(guān)閉等。

為了方便對機(jī)組檢測數(shù)據(jù)的測定,計(jì)算機(jī)對以上參數(shù)進(jìn)行保存,并具備打印功能。軟件的測試界面提供了主界面、性能曲線界面、參數(shù)計(jì)算界面等,可以直觀地表現(xiàn)冷水機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過程的性能參數(shù)與性能曲線,如圖4所示。冷水機(jī)組壓縮機(jī)為2AZ100系列壓縮機(jī),缸徑D=100mm,活塞行程70mm,軸功率標(biāo)準(zhǔn)工況8.12kw,轉(zhuǎn)速n=1960r/min,標(biāo)準(zhǔn)制冷量26.7kw,電壓380V,電機(jī)功率15kw。壓縮機(jī)性能檢測與冷水機(jī)組性能檢測二者可同時實(shí)現(xiàn),壓縮機(jī)性能測試曲線如圖5所示,冷水機(jī)組綜合性能測試實(shí)驗(yàn)臺的運(yùn)行記錄如圖6所示。

實(shí)驗(yàn)測試過程方便快捷、準(zhǔn)確,實(shí)驗(yàn)臺采用高精度的溫度壓力控制器、壓差變送器,測量的溫度值、壓力值可以準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換,提高了壓縮機(jī)和冷水機(jī)組產(chǎn)品測試的準(zhǔn)確性與可靠性:818HD型pLC控制器采用VisualBasic語言進(jìn)行編程,學(xué)生在自主條件下可以完成:整個實(shí)驗(yàn)裝置采用一體化操控界面,可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備組件參數(shù)的實(shí)時監(jiān)控:實(shí)驗(yàn)臺的曲線界面增設(shè)了實(shí)時曲線測定界面、歷史曲線測定界面以便用戶查閱使用:冷卻水性能曲線可方便操作者對系統(tǒng)運(yùn)行情況展開全面研究,為冷水機(jī)組的產(chǎn)品數(shù)據(jù)分析提供了依據(jù)。

4結(jié)語

冷水機(jī)組綜合性能測試實(shí)驗(yàn)臺的研制可以滿足企業(yè)檢測需要和專業(yè)教學(xué)要求,還可以進(jìn)行多項(xiàng)冷水機(jī)組實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的技能訓(xùn)練,綜合性和交互性強(qiáng):可應(yīng)用于冷水機(jī)組產(chǎn)品的檢驗(yàn),真正實(shí)現(xiàn)專業(yè)教學(xué)、科學(xué)研究、對外服務(wù)的一體化。實(shí)驗(yàn)臺的開發(fā)過程充分考慮了專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)和企業(yè)產(chǎn)品測試的需要,及時更新了企業(yè)數(shù)據(jù),彌補(bǔ)了高?，F(xiàn)行冷水機(jī)組實(shí)訓(xùn)設(shè)備的不足,能夠?qū)Ω叩仍盒＜寄苋瞬藕推髽I(yè)工程技術(shù)人員的培養(yǎng)起到關(guān)鍵作用。