冷水機(jī)組綜合性能測試實驗臺的開發(fā)

劉孝剛

摘 要：針對冷水機(jī)組的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合高等學(xué)校冷水機(jī)組的教學(xué)實訓(xùn)情況，開發(fā)了一套教學(xué)與工程并用的冷水機(jī)組性能測試實驗臺，對設(shè)備進(jìn)行性能檢測，在計算機(jī)控制下實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與輸出，繪制出壓縮機(jī)性能檢測曲線與冷水機(jī)組在不同工況下的性能曲線，可提升學(xué)生對冷水機(jī)組性能指標(biāo)計算和熱力過程分析的理解，對企業(yè)職工培訓(xùn)、高校專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)和教學(xué)科研有很大的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：冷水機(jī)組;軟件測試;性能曲線;數(shù)據(jù)采集

0? ? 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)荷運轉(zhuǎn)能力的重要標(biāo)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(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)的實訓(xùn)教學(xué)情況，嘗試開發(fā)了一套適合企業(yè)實際應(yīng)用和教學(xué)實訓(xùn)使用的冷水機(jī)組性能檢測設(shè)備[1]。

1? ? 冷水機(jī)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(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)。活塞式冷水機(jī)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(jī)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(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)組也有許多獨特的優(yōu)點，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3 200 kW的冷水機(jī)組為例，國產(chǎn)離心式冷水機(jī)組耗電量為900 kW，而溴化鋰吸收式冷水機(jī)組除功率較小的屏蔽泵以外，沒有其他運動部件，僅耗電20 kW，可節(jié)電880 kW[2]，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)實意義。離心式冷水機(jī)組的運行壽命長，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，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，在實驗檢測方面，主要應(yīng)用動力學(xué)計算軟件、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)組綜合性能測試實驗臺具有重要意義。

2? ? 高校冷水機(jī)組性能測試實驗臺現(xiàn)狀分析

當(dāng)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(hù)和自動控制等方面[3]，這些方面的發(fā)展與突破給冷水機(jī)組教學(xué)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(qiáng)、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(jī)組檢測實驗臺還存在一定差距。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)組性能檢測實驗臺對提升企業(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(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(jī)，經(jīng)計算機(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)。這些檢測點通過數(shù)據(jù)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可利用計算機(jī)可視化界面實現(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)組實驗臺由活塞式壓縮機(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(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(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)實驗臺不僅可以進(jìn)行冷水機(jī)組的運行特性研究、工作過程實時控制，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)品在實際工況下的性能參數(shù)，根據(jù)計算機(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[4]。

3.3? ? 壓縮機(jī)性能檢測