冷水機組綜合性能測試實驗臺的開發(fā)

引言

當前,隨著我國經濟的高速增長和人們生活水平的不斷提高,中央空調的應用越來越廣泛,成為商用建筑物的基本配套設施。其中,中央空調水機中冷水機組的選用,直接影響中央空調的制冷效果、使用壽命和工作效率,進而影響整個中央空調的工作性能。冷水機組各項參數的檢測對于改善工作性能,提高制冷效率有著重要意義,是衡量冷水機組帶負荷運轉能力的重要標志,是產品出廠檢驗、質量抽檢不可缺少的環(huán)節(jié),也是高校開展專業(yè)教學時不可缺少的教學內容。鑒于此,結合企業(yè)應用情況和專業(yè)的實訓教學情況,嘗試開發(fā)了一套適合企業(yè)實際應用和教學實訓使用的冷水機組性能檢測設備。

1冷水機組及其性能測試實驗臺的應用現狀

1.1活塞式冷水機組和螺桿式冷水機組的應用現狀

常用的冷水機組分為活塞式冷水機組、螺桿式冷水機組和離心式冷水機組,大中型機組常用螺桿式壓縮機,小型機組多用活塞式壓縮機?；钊嚼渌畽C組對變工況運行具有較好的適應性,對氣體帶液運行不敏感,并且運轉時力矩變化小,動力平衡性好。螺桿式冷水機組易損件少、振動小、噪聲低、運行壽命長、可靠性高,滑閥還可以實現無級調節(jié),比起活塞式壓縮機的能量調節(jié)方式更具優(yōu)越性。近年來,隨著機械生產能力的提高,螺桿式冷水機組應用越來越廣泛,從性能比較上看,螺桿式冷水機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組優(yōu)良。

1.2溴化鋰吸收式冷水機組與離心式冷水機組的應用現狀

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

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

2高校冷水機組性能測試實驗臺現狀分析

當前,性能測試實驗臺的創(chuàng)新趨勢主要體現在制冷量優(yōu)化、效率提高與節(jié)能、應用范圍拓寬、結構優(yōu)化、環(huán)境保護和自動控制等方面,這些方面的發(fā)展與突破給冷水機組教學實驗臺的開發(fā)提供了方向。高校的性能測試實驗臺一般是從生產企業(yè)買入,存在交互性差、基礎理論研究作用不強、產品的二次技術開發(fā)能力低等缺點,工藝裝備和實驗手段有限制、實訓臺更新不及時,與企業(yè)應用的冷水機組檢測實驗臺還存在一定差距。但冷水機組性能檢測在提升產品質量、專業(yè)教學和技能訓練方面都很重要,所以,高校自己動手開發(fā)冷水機組性能檢測實驗臺對提升企業(yè)產品合格率、產學研的廣泛開展都具有深遠影響。

3活塞式冷水機組性能檢測實驗臺的研制

3.1實驗臺的開發(fā)思路

開發(fā)的實驗臺主要包括:冷水機組、冷凝器冷卻水系統、蒸發(fā)器冷媒水系統、測量參數系統及數據采集系統。在典型測點處安裝壓力傳感器和溫度傳感器,利用微機的測試軟件對冷水機組參數進行實時動態(tài)采集,包括壓力、溫度、流量等瞬態(tài)信號,經橋式整流后通過動態(tài)應變儀放大,經過控制器轉換為數值量送到計算機,經計算機的測試軟件處理后得到冷水機組工作過程的有關數據。這些檢測點通過數據卡進行數據采集,可利用計算機可視化界面實現人機交互、遠程控制。開發(fā)思路如圖1所示。

3.2冷水機組性能測試

冷水機組實驗臺由活塞式壓縮機、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、蒸發(fā)器冷媒水系統組成,參數測量系統由溫度傳感器、壓力傳感器、流量計等測量儀器組成,開發(fā)系統圖如圖2所示。冷水機組包括冷媒水系統測試和冷卻水系統測試,每個系統參數均通過傳感器進行傳輸,并通過參數的設置來控制冷水機組的能量調節(jié)。實驗臺通過設置不同的冷媒水和冷卻水的溫度、流量、壓力得到冷水機組不同的工況,分別通過調節(jié)恒溫器中的傳感器進行控制。冷水機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)器冷媒水的進出口溫度和流量計的流量得出,冷凝器放熱量可通過冷卻水進出口溫度及流量計算。為了便于實時監(jiān)控,在系統中加入了溫度測點和壓力測點,可以使學生更加深入地掌握冷水機組的工作過程。通過該教學實驗臺不僅可以進行冷水機組的運行特性研究、工作過程實時控制,還可以開展冷水機組的數據采集、測試診斷和運用測試軟件進行遠程控制系統開發(fā)。此外,還可以測試冷水機組產品在實際工況下的性能參數,根據計算機繪制的性能曲線對比產品性能,提升冷水機組產品開發(fā)的成功率。

3.3壓縮機性能檢測

壓縮機是冷水機組內部的重要部件,壓縮機性能檢測可以確定壓縮機的理論輸氣量、輸入功率、容積效率、轉速等參數,實驗臺包括活塞式制冷壓縮機、壓縮機電機及測試系統,輔助以溫度、壓力、流量等傳感器和計算機搭建的測試實驗臺,測試系統包括應變式壓力傳感器、磁脈沖式傳感器、818HD型PLC控制器、動態(tài)應變儀等。壓縮機性能檢測系統如圖3所示,采用2AZ100系列制冷壓縮機,制冷劑采用R410A,壓縮機吸排氣閥門處安裝壓力傳感器及壓力表,聯軸器安裝磁力脈沖傳感器。利用測試軟件對活塞式壓縮機參數進行實時動態(tài)采集,經計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、容積效率、指示功、指示功率等性能參數。

3.4實驗數據采集

測試軟件采用winxP平臺下的VisualBasic語言編寫,由PLC控制器進行數據采集與轉換,由ACCEss數據庫軟件進行數據庫的存儲與組織,運用MoDBUs通信進行數據傳輸,可實現對冷卻水進出口溫度、冷媒水進出口溫度、冷卻水流量、冷媒水流量、功率、制冷量的實時監(jiān)測,還可以下載App進行遠程控制。實驗臺以25min的測量周期對冷水機組的數據進行采集,采樣后的數據以圖形的形式顯示,可以進行冷水機組制冷量的計算,也可以遠程對機組進行參數的設定、機組開啟和關閉等。

為了方便對機組檢測數據的測定,計算機對以上參數進行保存,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、參數計算界面等,可以直觀地表現冷水機組運轉過程的性能參數與性能曲線,如圖4所示。冷水機組壓縮機為2AZ100系列壓縮機,缸徑D=100mm,活塞行程70mm,軸功率標準工況8.12kw,轉速n=1960r/min,標準制冷量26.7kw,電壓380V,電機功率15kw。壓縮機性能檢測與冷水機組性能檢測二者可同時實現,壓縮機性能測試曲線如圖5所示,冷水機組綜合性能測試實驗臺的運行記錄如圖6所示。

實驗測試過程方便快捷、準確,實驗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、壓力值可以準確轉換,提高了壓縮機和冷水機組產品測試的準確性與可靠性:818HD型pLC控制器采用VisualBasic語言進行編程,學生在自主條件下可以完成:整個實驗裝置采用一體化操控界面,可以實現對設備組件參數的實時監(jiān)控:實驗臺的曲線界面增設了實時曲線測定界面、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運行情況展開全面研究,為冷水機組的產品數據分析提供了依據。

4結語

冷水機組綜合性能測試實驗臺的研制可以滿足企業(yè)檢測需要和專業(yè)教學要求,還可以進行多項冷水機組實驗項目的技能訓練,綜合性和交互性強:可應用于冷水機組產品的檢驗,真正實現專業(yè)教學、科學研究、對外服務的一體化。實驗臺的開發(fā)過程充分考慮了專業(yè)實訓教學和企業(yè)產品測試的需要,及時更新了企業(yè)數據,彌補了高?，F行冷水機組實訓設備的不足,能夠對高等院校技能人才和企業(yè)工程技術人員的培養(yǎng)起到關鍵作用。