制冷多功能實驗臺的設計分析

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

圖1制冷多功能實驗臺設計框架
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，點擊電磁閥開關，通過這個電磁閥演示壓縮機故障，此電磁閥是“平衡”電磁閥，點擊后，系統循環短路。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，關閉電磁閥，點擊壓力繼電器開關使其處于“通”的狀態，隨運行時間的延長，冰堵現象產生，此時注意觀察低壓表的變化，其示數逐漸趨于負壓狀態。演示結束后，將電磁閥打開，關閉壓力繼電器，恢復正常工作狀態。
(3) 冷凝器風扇損壞
冷凝器風扇損壞或者不轉。點擊冷凝器風機開關“斷”，風機停止轉動，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，壓縮機停機，蜂鳴器報警，視為冷凝器風扇電機損壞。
1．3制冷多功能實驗臺工作實例－ 制冷量不足故障演示
制冷量不足是當前制冷裝置常見的故障，制冷綜合實驗臺可以演示制冷量不足時各監測點參數的變化。
(1) 制冷壓縮機效果差，表現在壓縮機工作時冷凝壓力上升和蒸發壓力下降，而安裝在冷凝器和蒸發器上的壓力表通過溫度傳感器反饋到計算機，計算機的可視化界面會顯示當時的蒸發壓力和冷凝壓力，超過設置的額定值，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引起蒸發溫度過高，使制冷量下降，可以通過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啟度發生故障。
(3) 過濾器臟堵或冰賭，制冷劑通過過濾器阻力增大，流量減少，通過流量控制器可以判斷過濾器是否出現故障。
(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低，使吸氣過熱度減少，間接導致制冷劑下降，就會確定制冷劑過量引起的制冷量下降。
2、實驗臺的優化設計
2．1增加霧化器的使用
在冷凝器與蒸發器的管路之間并聯安裝霧化器，使制冷劑經過霧化器，通過三通電磁閥來改變制冷劑流向，完成制冷劑在霧化器內的冷凝與蒸發可視化，圖3為霧化器的安裝圖。此外，研制過程中在制冷系統的關鍵部位安裝透明石英管路，實現制冷劑動態可視化。

圖3霧化器安裝圖
2．2制冷多功能實驗臺加入制冷劑回收實驗
該實驗臺還可以對制冷劑進行凈化回收，采用一線維修工人常用的便攜式制冷劑回收技術，可以快速的對制冷劑進行回收。
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，將各個元件依次通過尼龍軟管進行連接，從壓縮機工藝管開始，依次經過刺破頂針閥，由于小型的制冷設備沒有專門的維修閥門，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馬上進行制冷劑回收，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
優化后的制冷綜合實驗臺對制冷凈化收集裝置對家用冰箱進行了制冷劑回收。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。啟動真空泵和大風量冷凝器，同時觀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)的時候停止回收，暫停制冷劑回收。整個回收過程歷時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%，如果進一步回收剩余的制冷劑，停機等待約10min后再次啟動制冷劑凈化收集裝置，會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
制冷劑多功能教學實驗臺經過優化與設計，增加了霧化器和制冷劑回收裝置，彌補了制冷劑在蒸發器和冷凝器中的霧化可視，增加了實驗裝置的實用性。同時，制冷劑回收實驗的結合增加了本實驗臺的功能，為制冷專業開展制冷劑回收實驗打下了基礎。