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(jīng)濟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)水機中冷水機組的選用,直接影響中央空調(diào)的制冷效果、使用壽命和工作效率,進而影響整個中央空調(diào)的工作性能。冷水機組各項參數(shù)的檢測對于改善工作性能,提高制冷效率有著重要意義,是衡量冷水機組帶負荷運轉(zhuǎn)能力的重要標志,是產(chǎn)品出廠檢驗、質(zhì)量抽檢不可缺少的環(huán)節(jié),也是高校開展專業(yè)教學時不可缺少的教學內(nèi)容。鑒于此,結(jié)合企業(yè)應(yīng)用情況和專業(yè)的實訓(xùn)教學情況,嘗試開發(fā)了一套適合企業(yè)實際應(yīng)用和教學實訓(xùn)使用的冷水機組性能檢測設(shè)備。

1冷水機組及其性能測試實驗臺的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1活塞式冷水機組和螺桿式冷水機組的應(yīng)用現(xiàn)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。活塞式冷水機組對變工況運行具有較好的適應(yīng)性,對氣體帶液運行不敏感,并且運轉(zhuǎn)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(xiàn)無級調(diào)節(jié),比起活塞式壓縮機的能量調(diào)節(jié)方式更具優(yōu)越性。近年來,隨著機械生產(chǎn)能力的提高,螺桿式冷水機組應(yīng)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(yīng)用現(xiàn)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(yīng)用廣泛。我國的溴化鋰機組產(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(chǎn)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(yīng)用可以緩解電力的緊缺,平衡冬夏電力負荷,具有現(xiàn)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(yīng)用更加廣泛,在實驗檢測方面,主要應(yīng)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(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(xiàn)狀分析

當前,性能測試實驗臺的創(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(chǎn)企業(yè)買入,存在交互性差、基礎(chǔ)理論研究作用不強、產(chǎn)品的二次技術(shù)開發(fā)能力低等缺點,工藝裝備和實驗手段有限制、實訓(xùn)臺更新不及時,與企業(yè)應(yīng)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(chǎn)品質(zhì)量、專業(yè)教學和技能訓(xùn)練方面都很重要,所以,高校自己動手開發(fā)冷水機組性能檢測實驗臺對提升企業(yè)產(chǎn)品合格率、產(chǎn)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(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(shù)進行實時動態(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)值量送到計算機,經(jīng)計算機的測試軟件處理后得到冷水機組工作過程的有關(guān)數(shù)據(jù)。這些檢測點通過數(shù)據(jù)卡進行數(shù)據(jù)采集,可利用計算機可視化界面實現(xiàn)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(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、流量計等測量儀器組成,開發(fā)系統(tǒng)圖如圖2所示。冷水機組包括冷媒水系統(tǒng)測試和冷卻水系統(tǒng)測試,每個系統(tǒng)參數(shù)均通過傳感器進行傳輸,并通過參數(shù)的設(shè)置來控制冷水機組的能量調(diào)節(jié)。實驗臺通過設(shè)置不同的冷媒水和冷卻水的溫度、流量、壓力得到冷水機組不同的工況,分別通過調(diào)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(tǒng)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(shù)據(jù)采集、測試診斷和運用測試軟件進行遠程控制系統(tǒng)開發(fā)。此外,還可以測試冷水機組產(chǎn)品在實際工況下的性能參數(shù),根據(jù)計算機繪制的性能曲線對比產(chǎn)品性能,提升冷水機組產(chǎn)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(nèi)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(zhuǎn)速等參數(shù),實驗臺包括活塞式制冷壓縮機、壓縮機電機及測試系統(tǒng),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(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。壓縮機性能檢測系統(tǒng)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(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參數(shù)進行實時動態(tài)采集,經(jīng)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(shù)、容積效率、指示功、指示功率等性能參數(shù)。

3.4實驗數(shù)據(jù)采集

測試軟件采用winxP平臺下的VisualBasic語言編寫,由PLC控制器進行數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換,由ACCEss數(shù)據(jù)庫軟件進行數(shù)據(jù)庫的存儲與組織,運用MoDBUs通信進行數(shù)據(jù)傳輸,可實現(xiàn)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(shù)據(jù)進行采集,采樣后的數(shù)據(jù)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(shù)的設(shè)定、機組開啟和關(guān)閉等。

為了方便對機組檢測數(shù)據(jù)的測定,計算機對以上參數(shù)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(shù)計算界面等,可以直觀地表現(xiàn)冷水機組運轉(zhuǎn)過程的性能參數(shù)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(zhuǎn)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(xiàn),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(zhuǎn)換,提高了壓縮機和冷水機組產(chǎn)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(xiàn)對設(shè)備組件參數(shù)的實時監(jiān)控:實驗臺的曲線界面增設(shè)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(tǒng)運行情況展開全面研究,為冷水機組的產(chǎn)品數(shù)據(jù)分析提供了依據(jù)。

4結(jié)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(xùn)練,綜合性和交互性強:可應(yīng)用于冷水機組產(chǎn)品的檢驗,真正實現(xiàn)專業(yè)教學、科學研究、對外服務(wù)的一體化。實驗臺的開發(fā)過程充分考慮了專業(yè)實訓(xùn)教學和企業(yè)產(chǎn)品測試的需要,及時更新了企業(yè)數(shù)據(jù),彌補了高?，F(xiàn)行冷水機組實訓(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。