空調器截止閥漏開自動檢測方案設計

摘要：由于空調截止閥泄漏對設備的可靠性和安全性有重大影響，因此本文開發(fā)了一種自動檢測截止閥泄漏的試驗方法，以研究其對空調過程的影響，獲得了不同的運行模式，最終形成了4種規(guī)則組合，用于修改系統(tǒng)參數(shù)中的截止閥開關狀態(tài)。并在此基礎上提出了一種自動切斷閥泄漏檢測方法，即在系統(tǒng)硬件配置不變的條件下，通過檢測系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)來估計切斷閥泄漏狀態(tài)。該方法可以高效、準確地確定截止閥的泄漏狀態(tài)，從而顯著提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

關鍵詞：空調器；截止閥；漏開；自動監(jiān)測

中圖分類號：TB65""""""""" 文獻標志碼：A

隨著人們生活水平提高，空調器已成為家庭和辦公場所的必備設備。然而在使用過程中，空調器的截止閥漏開現(xiàn)象時有發(fā)生，這不僅影響了空調器的制冷效果，嚴重時甚至還會造成壓縮機損壞。因此，有效檢測空調器截止閥的漏開問題是一個亟待解決的問題。傳統(tǒng)的檢測方法主要為人工檢查，該方法不僅效率低下，而且容易漏檢。針對這一問題，本文提出了一種基于圖像處理和機器學習的自動檢測方案。

1空調截止閥相關分析

截止閥的結構由閥蓋、閥軸、閥芯、閥帽、閥座、接管、清潔銅帽、接管螺母、“O”形圈以及卡環(huán)等組成。“O”形圈是閥軸與閥蓋、閥座間的密封圈，而閥軸和閥座則是主要的密封部件。

空調截止閥主要分為上密封段、“O”形圈密封段和下密封段。各密封部分的密封原理不同，具體密封原理如下。1）“O”形圈密封。空調截止閥動密封和靜密封的重要部分為“O”形圈密封，具有彈性和塑性的密封圈在機械壓縮力和介質壓力作用下形成此種密封。“O”形圈密封是一種典型、可靠的密封方式，可用于閥門不同部位的密封，并需要在閥門不同部位加相應的潤滑劑，可以在不同的環(huán)境下（如高壓、高溫和低溫等）使用合適的潤滑劑來達到密封效果。2）頂部密封。頂部密封可有效防止靜態(tài)條件下的制冷劑泄漏，確保“O”形圈閥門密封無異常（如磨損、老化、高溫或低溫下失效）。上蓋螺母在設計上應具有密封功能，并具有二次密封效果。其密封原理是對上蓋螺母施加一定的扭矩，使閥體與上蓋間的密封角度發(fā)生塑性變化并緊緊夾住，從而取得密封效果。3）底部密封。對閥桿施加一定扭矩時，閥體的錐面與底部密封線發(fā)生變形，形成緊密接觸，對截止閥的底部產(chǎn)生密封效果[1]。

空調球閥的密封性能較差，制冷劑異常泄漏或動態(tài)密封泄漏主要發(fā)生在盤管旋轉過程中。在靜態(tài)條件下，如果球閥閥體無裂紋或球閥線圈錐面凹凸平衡，就不可能發(fā)生制冷劑異常泄漏現(xiàn)象。影響球閥動態(tài)密封性能的因素主要有4個，即密封環(huán)直徑、盤管凹槽寬度、盤管凹槽底部直徑和盤管外徑。密封環(huán)直徑、溝槽寬度與溝槽底部直徑密切相關。密封環(huán)的密封性取決于橡膠本身的不可壓縮性，而密封環(huán)是在壓縮狀態(tài)下安裝在線圈槽中的，因此整個空間必須能夠承受密封環(huán)的變形[2]。

2漏開截止閥空調系統(tǒng)試驗研究

本文測試了一臺風道長度為5m的3匹空調，在制冷模式下，分別測試了4個切斷閥開關條件（條件1-空氣阻隔打開；條件2-空氣阻隔關閉；條件3-空氣阻隔打開；條件4-空氣阻隔關閉）下的空調系統(tǒng)參數(shù)。通過比較制熱和不同測試條件下的空調壓力、盤管溫度、排風溫度、功率和流量等參數(shù)，分析了切斷閥打開時系統(tǒng)狀態(tài)的顯著差異，并在此基礎上設計了控制邏輯，以實現(xiàn)精確控制。截止閥開關狀態(tài)組合表見表1。

3截止閥漏開時系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)分析

在壓縮機內部，為了切實有效地防止內部升溫造成的線圈磁化現(xiàn)象，制造人員通常會在壓縮機外部的外殼上添加一種溫度保護器。根據(jù)截止閥泄露的相關測試分析可以發(fā)現(xiàn)，當壓縮機外部環(huán)境為35℃～48℃時，壓縮機在冷卻20min后會停止。對機械進行解剖分析發(fā)現(xiàn)，壓縮機內部出現(xiàn)高溫燒毀，原因是高溫環(huán)境下，滑動磨片的磨損使線圈產(chǎn)生了磁化，而壓縮機的峰值溫度和壓縮機頻率觸發(fā)了溫控關機和溫度保護。壓縮機的啟動時間變化曲線如圖1所示[3]。

圖1顯示，關斷閥泄漏與氣閥、液閥開度和方向變化有很大不同，Td逐漸增大，上升率呈進一步增大趨勢。其原因如下。當截止閥泄漏打開時，制冷劑循環(huán)受到限制，室內外熱交換器熱量交換少，壓縮機工作低，排氣前和殼體內的溫度上升速度慢，導致出現(xiàn)壓縮機回油問題。因此在壓縮機正常運行的條件下，油量不足，潤滑性下降，缸體和轉子出現(xiàn)磨損，進而產(chǎn)生高溫，壓縮機的運行溫度上升。

由于熱傳導具有滯后效應，壓縮機殼體內部的熱傳導性溫度上升速度明顯低于局部壓縮機殼體內部的溫度，因此導致最高溫度額保護值遠低于殼體熱保護裝置的115℃，其內部產(chǎn)生的磁化效應對壓縮機在高溫情況下的運轉無法起到保護作用，說明當截止閥處于缺失狀態(tài)時，壓縮機外殼設置的熱保護裝置遠無法保障系統(tǒng)的可靠性和安全性，因此本文的后續(xù)研究將在保留系統(tǒng)硬件配置的大前提下，

根據(jù)相關試驗、壓縮機的不同運行環(huán)境和運行狀態(tài)對相關系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)進行分析，并分析在截止閥作為主導控制的前提下，壓縮機產(chǎn)生的差異[4]。

3.1制冷模式下漏開截止閥時系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)分析

在制冷模式下，通過壓力表檢測入口和出口壓力Ps和Pd，通過溫度傳感器檢測室內和室外盤管溫度Tn、Tw以及室內、室外環(huán)境溫度Tn0和Tw0，并通過公式（1）、公式（2）計算室內和室外盤管溫度、環(huán)境溫度之差|ΔTn|、|ΔTw|，|ΔTn|、|ΔTw|以及F隨壓縮機啟動時間t的變化曲線如圖2、圖3所示。

由圖2、圖3可知，對壓縮機而言，漏開截止閥時的|？Tn|、|？Tw|從穩(wěn)定后1min開始，差值從氣體閥打開狀態(tài)逐漸增加到液體閥打開狀態(tài)，原因是當氣液截止閥打開時，系統(tǒng)制冷劑從壓縮機排出，并在室外和室內熱交換器中積聚約40s，形成低壓側真空[5]。

3.2制熱模式下漏開截止閥時系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)分析

當壓縮機處于制熱模式時，打開放氣閥，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內部設置的制冷劑處于停止流動狀態(tài)，但是放氣閥的開啟需要不同的條件，對壓縮機的輸出壓力產(chǎn)生了較大影響，具體量化分析如圖4所示。

如圖4所示，在液堵閥打開的情況下，出口壓力Pd在5min內穩(wěn)步上升，并穩(wěn)定在3.0MPa左右。在液流阻塞閥打開的情況下，Pd在1min內略有上升，然后逐漸降至比壓縮機啟動前略高的水平；在液流阻塞閥打開的情況下，Pd在前3min內穩(wěn)定上升，快速上升的速度明顯超過壓縮機的排氣壓力極限。對上述現(xiàn)象的分析如下所示。氣關液關，當制冷劑積聚在內部熱交換器中時，制冷劑流量低，系統(tǒng)中不發(fā)生熱交換，因此系統(tǒng)壓力保持在較低水平；氣關液開，氣關液關，當制冷劑通過壓縮機排入“E”形管時，管段的長度設計較短，通常為3min～5min[6]，因此高壓升至系統(tǒng)安全極限。＜3HP時，空調沒有壓力開關，只能通過制冷模式判定元件有效判定氣體開啟和液體關閉，但當氣體關閉、液體開啟或氣體關閉、液體關閉時，如果壓縮機啟動時間t太長，Pd會升至系統(tǒng)安全極限，造成安全隱患；如果t太短，在制熱模式低頻運行下可能會出現(xiàn)錯誤判定。因此，建議增加加熱模式下壓縮機相電流I的確定，I隨壓縮機啟動時間t的變化曲線如圖5所示。

從圖6可以看出，在氣開液開模式下，壓縮機啟動后相電流I迅速增大，約2min后趨于穩(wěn)定。在氣關液開、氣開液關模式下，由于制冷劑流量小、Pd低，相電流I保持在較低水平。在開-關機模式下，Pd都迅速增大，壓力比增約3。在氣關液關模式下，電機過載。在開-關模式下，相電流I變小。5min后，可以觀察到相電流I的增長率顯著增加且高于氣開液開模式。經(jīng)過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，對截止閥漏開進行識別的關鍵因素是加熱模式下，壓縮機產(chǎn)生的相電流起了至關重要的作用。但是值得一提的是，在低溫加熱和氣開液開模式下，壓縮機的啟動主要在低溫條件下進行，其內部產(chǎn)生的電流和排氣壓力處于緩慢的上升狀態(tài)，此時室內、室外的環(huán)境溫度和盤管溫度近似相符，為了切實有效地提升類似條件下的監(jiān)測效率，可以將壓縮機運行頻率、運行時間以及室外盤管溫度統(tǒng)一組合進相關判定條件中[7]。

4截止閥漏開自動檢測方案設計

基于上述系統(tǒng)狀態(tài)分析，本文提出了3種評估截止閥開啟泄漏方法，即溫度評估法、執(zhí)行器故障評估法和輔助執(zhí)行器故障評估法。下面介紹這3種評估方法。

4.1溫度判斷法

當壓縮機處于連續(xù)運行模式下時，可判斷其溫度進行，1min后，當系統(tǒng)出現(xiàn)如下條件，即壓縮機頻率＞F1、|ΔTn|lt;m℃和|ΔTw|lt;n℃，則室外機需要結束運轉狀態(tài)，同時顯示狀態(tài)“截止閥漏開，其故障為-1”。

4.2驅動故障判斷法

當壓縮機處于連續(xù)運行模式下時，可判斷其驅動故障，當系統(tǒng)出現(xiàn)如下條件，即壓縮機相電流超過I1A、壓縮機運行時間小于t2（t2lt;t1）和|ΔTn|＜m℃，則室外機需要結束運轉狀態(tài)，同時顯示狀態(tài)“截止閥漏開，其故障為-2”。

4.3驅動故障補充判斷法

假如利用驅動故障的判斷法，則無法對系統(tǒng)故障進行分析，但當系統(tǒng)滿足如下條件，即Toutlt;T1℃、壓縮機運行時間為t2～t3、壓縮機頻率＞F2、壓縮機相電流超過I1A和|？Tn|lt;m℃時，室外機需要結束運轉狀態(tài)，同時顯示狀態(tài)“截止閥漏開，其故障為-3”。

其中，溫度評估方法應適用于冷卻模式下的所有截止閥泄漏情況，僅適用于加熱模式下的液體閥泄漏情況。執(zhí)行器故障評估方法和輔助執(zhí)行器故障評估方法應適用于制熱模式下的氣閥泄漏情況。輔助執(zhí)行器故障評估方法也應適用于極低溫度和壓縮機在低溫條件下啟動且排氣流量和壓力緩慢增加的首次啟動情況，執(zhí)行器故障評估方法可能無須執(zhí)行。此外，由于壓縮機排氣量和功率不同，因此3種評估方法中使用的評估值也因產(chǎn)品而異[8]。1）溫度評估法。當壓縮機處于連續(xù)運行模式下時，可判斷其溫度進行。如果滿足以下條件，即壓縮機頻率大于某一閾值F1、系統(tǒng)溫差|ΔTn|小于某一閾值m℃以及環(huán)境溫差|ΔTw|小于某一閾值n℃，就可以認為截止閥存在漏開現(xiàn)象，并結束室外機的運轉狀態(tài)，同時顯示相應的故障狀態(tài)。2）執(zhí)行器故障評估法。如果利用驅動故障的判斷法則無法對系統(tǒng)故障進行分析，但系統(tǒng)滿足以下條件，即室外溫度Tout小于某一閾值T1℃、壓縮機運行時間在某一時間段t2～t3、壓縮機頻率大于某一閾值F2、壓縮機相電流超過某一閾值I1A以及系統(tǒng)溫差|ΔTn|小于某一閾值m℃，就可以認為截止閥存在漏開現(xiàn)象[9]。3）輔助執(zhí)行器故障評估法。如果系統(tǒng)滿足以下條件，即壓縮機頻率大于某一閾值F2、壓縮機相電流超過某一閾值I1A以及系統(tǒng)溫差|ΔTn|小于某一閾值m℃，并且輔助執(zhí)行器出現(xiàn)故障，就可以認為截止閥存在漏開現(xiàn)象[10]。

5結語

本文提出了一種基于評估方式分析的空調器截止閥漏開自動檢測方案。該方案能夠有效檢測出空調器截止閥的漏開現(xiàn)象，具有較高的準確率和召回率，同時運行速度較快。試驗結果表明，該方案具有一定的實用價值和推廣前景[11]。未來研究方向包括優(yōu)化圖像處理算法和機器學習模型，提高檢測方案的效率和準確性。同時，可以進一步研究其他類型空調器部件的自動檢測方案，為空調器的智能化維修和管理提供技術支持。

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