一種小型工業(yè)空調(diào)的故障分析與改進

1、2004年第32卷第10期 流 體 機 械 67文章編號: 1005 0329(2004 10 0067 03一種小型工業(yè)空調(diào)的故障分析與改進張靖強1, 2, 杜彥亭1, 張永紅2(1. 西安交通大學, 陜西西安 710049; 2. 長嶺集團公司, 陜西寶雞 721006摘 要: 實驗分析了制冷劑充灌量、毛細管長度、通風量以及環(huán)境溫度對冷凝器溫度的影響。通過采用優(yōu)化參數(shù)以及一系列改進方案使所使用的小型工業(yè)空調(diào)排除了故障, 實現(xiàn)了正常運轉(zhuǎn)。關鍵詞: 空調(diào); 毛細管; 通風量中圖分類號: TB65 文獻標識碼: BFailure Analysis and Reparation for the S

2、mall 2scale Air Condition Used in IndustryZ HA NG Jing 2qiang 1,2, D U Yan 2ting 1, Z HAN G Yo ng 2hong 2(1. Xi . an Jiaotong Uninverstiy, X i . an 710049, China; 2. Changling Group Co. , Ltd. , Baoji 721006, ChinaAbstr act: The influence of quanti ty o f refrigerant charge, the length of capillary

3、and the quanti ty o f ventilation on co ndenser tempera 2ture was analy zed and machines w as repaired by optimizing permanents. Key wor ds: air conditio n; capillary; quanti ty o f ventilation1 引言大型的電子設備元器件多, 發(fā)熱量大, 特別是在高溫情況下要求24h 連續(xù)運轉(zhuǎn), 一般的通風設備很難滿足其工作要求, 往往需要通過制冷手段將電子設備機箱內(nèi)的空氣冷卻, 從而實現(xiàn)對元器件的冷卻。這種對工業(yè)電子設

4、備進行冷卻的制冷機就是工業(yè)用空調(diào), 可廣泛應用于數(shù)控機床、通訊設備、醫(yī)療及精密測試設備。但這類小型工業(yè)空調(diào)產(chǎn)品在生產(chǎn)中尚存在一些問題需要加以改進。某公司的L A 225W, L A 232W 兩種機型在南方地區(qū)使用中先后出現(xiàn)熱保護和頻繁開停機現(xiàn)象。實地考察使用區(qū)域條件, 發(fā)生保護時環(huán)境溫度在38e 以上, 濕度在80%以上(環(huán)境溫度降低后, 熱保護和頻繁開機現(xiàn)象消失 。制冷系統(tǒng)產(chǎn)生熱保護的原因多為:系統(tǒng)堵塞、泄露造成的制冷劑不足、制冷劑充注過量等1。由于環(huán)境溫度降低后制冷機恢復正常, 基本可以排除系統(tǒng)堵塞等因素; 保護器因與廠家附件說明一致, 亦可排除使用不當?shù)囊蛩? 選擇其它廠家同種機型時,

5、 系統(tǒng)能正常工作, 也排除了機型太小、冷負荷太大等因素, 因此可以判斷該機系統(tǒng)匹配不當是其發(fā)生故障的主要原因。下面主要以L A-32W 型空調(diào)為例進行分析(見圖1。 圖1 LA-32W 型空調(diào)結構示意2 原機的測試及分析收稿日期: 2003 11 2868 FL UID M AC HIN ERY Vol 132, No 110, 20042. 1 結構形式及參數(shù)L A 232W 型空調(diào)的主要性能參數(shù)以及各組成器件的結構參數(shù)如下:額定電流:5. 5A; 輸入功率:900W; 壓機型號:YZ G 232A; 冷凝器:管距25mm, 排距22, 管長400mm, 管數(shù)42; 蒸發(fā)器:管距25mm,

6、排距22, 管長400mm, 管數(shù)25; 冷凝風機:總名義風量12. 7m /min; 蒸發(fā)風機:總名義風量7. 3m 3/min; 節(jié)流形式細管L =800mm (內(nèi)徑<1. 6 ; 制冷劑:R22; 充注3量:1050g ; 電源:220V /50Hz 。212 測試為了解該機在高溫情況下的運行狀態(tài), 在壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器等處布置了感溫頭。在環(huán)境溫度為38e , 蒸發(fā)器側(cè)溫度為38e (電子設備一般沒有保溫措施, 故蒸發(fā)器側(cè)的溫度較標準工況高 時, 該機連續(xù)運行了4h 后壓機出現(xiàn)保護, 之后20min 間歇地頻繁開停機。測試所得各特征點溫度見表1。其中壓機運行電流為8. 1A 。

7、(e 冷凝器出風溫度表1 原型機各測點的溫度壓縮機殼溫91. 3冷凝器蒸發(fā)器排氣溫度進氣溫度進口溫度中間溫度出口溫度進口溫度出口溫度93. 430. 682. 973. 366. 415. 620. 370. 119. 4213 結果分析(1 冷凝器進出口溫差不足30e (正常溫差應在40e 左右 , 說明冷凝器偏小。(2 根據(jù)冷凝出口溫度查R22圖得知其飽和壓力在2. 4M Pa 左右, 壓機的背壓相當高降低背壓的有效途徑是增大冷凝器降低排氣溫度, 但對于已經(jīng)出廠且安裝結構受到限制的機組, 只能通過改變其它參數(shù)來達到降低排氣溫度。3 改進方案對原型機的結構和制冷系統(tǒng)進行分析, 考慮到制冷劑充

8、注量、節(jié)流深度和風量均會對排氣溫度產(chǎn)生影響, 并根據(jù)返修難易程度及更改成本的大小, 決定按如下方案返修:(1 調(diào)整系統(tǒng)充灌量;(2 調(diào)整毛細管;(3 改變風量, 改善通風條件。311 調(diào)整充灌量調(diào)整系統(tǒng)制冷劑的充灌量將影響系統(tǒng)的運行功率, 也即影響到系統(tǒng)的負荷2。在原樣機結構不動的情況下, 對其充灌進行調(diào)整, 以50g 為一分度, 在環(huán)境溫度為38e , 箱內(nèi)側(cè)溫度為38e 時, 測試冷凝器進出口及中間段溫度, 冷凝器排風溫度、蒸發(fā)器進出口溫度及蒸發(fā)器出風溫度, 見表2所示。(e 105082. 973. 266. 470. 715. 620. 519. 931. 28. 1充 注 量(g 進

9、口溫度(e 中間溫度(e 出口溫度(e 出風溫度(e 進口溫度(e 蒸發(fā)器出口溫度(e 出風溫度(e 回氣溫度(e 電流(A 表2 調(diào)整充灌量后各測點的溫度80085090086. 977. 562. 669. 916. 423. 121. 530. 37. 785. 174. 662. 867. 415. 620. 719. 929. 77. 882. 868. 360. 964. 314. 920. 31928. 37. 795081. 562. 760. 859. 414. 319. 418. 327. 47. 6100082. 766. 464. 265. 114. 920. 119.

10、 129. 67. 8冷凝器壓機調(diào)整充灌量后冷凝器中間溫度變化見圖2。由圖2可知, 隨著充灌量的增加, 當充灌量為950g 左右時, 冷凝溫度先下降再上升, 在充灌量大于800g 后冷凝器溫度下降(是由于隨著充灌量的增加回氣溫度逐漸下降而引起的 , 但隨著充灌量的進一步增加、蒸發(fā)器內(nèi)液態(tài)制冷劑的增加, 回氣溫度會緩慢上升, 致使排氣溫度上升。充灌量為950g 應該是該系統(tǒng)的最佳充灌量。但此時冷凝溫度依然很高, 連續(xù)運轉(zhuǎn)仍會出現(xiàn)熱保護。顯然單純調(diào)整充灌量不能達到要求。 2004年第32卷第10期 流 體 機 械 69只能考慮提高單位面積的換熱效率。采用高效率的冷凝器, 如SEIFERT 公司的新

11、機型采用蒸發(fā)器的冷凝水直接導入冷凝器來提高冷凝器效率的方法只宜在開發(fā)新機型時采用, 對于大量的返修機并不適合。因此, 增加通風量是最經(jīng)濟實用的選擇:(1 減小氣流阻力, 將通風網(wǎng)孔(845的長圓孔 重新沖裁改為2045的長方孔。圖2 調(diào)整充灌量后冷凝器中間溫度的變化312 調(diào)整毛細管(2 在原安裝尺寸不變的情況下, 選擇新型大在充注量為950g 的條件下對毛細管(內(nèi)徑<1. 6 進行了調(diào)整, 測試結果如表3所示。表3 調(diào)整毛細管后各測點溫度(e 毛細管長度(m m 700850900950進口溫度84. 183. 380 . 784. 4冷凝器中間溫度61. 558. 256. 460.

12、 1出口溫度53. 650. 749. 752. 3出風溫度60. 658. 557. 361. 3進口溫度6. 513. 812. 413. 3蒸發(fā)器出口溫度24. 222. 120. 321. 9出風溫度21. 32019. 119. 8壓機回氣溫度29. 527. 726. 127. 8電流(A 7. 47. 26. 87. 3調(diào)整毛細管后冷凝器中間段溫度的變化如圖3所示。由圖3可以看出, 毛細管長度在900mm 附近時, 制冷量達到最大值, 同時冷凝溫度也達到了最低, 其原理仍然是回氣溫度的降低使得排氣溫度得以降低。因此取900mm 為最佳毛細管長度, 此時排氣溫度, 壓機電流已有了很

13、大程度的改善, 但返修后3臺機子仍有1臺在38e 下連續(xù)運行了6h 后出現(xiàn)保護而頻繁開停機, 還需要進一步的改進。圖3 調(diào)整毛細管后冷凝器中間段溫度的變化313 改善冷凝器通風條件由于機型結構的限制無法增加冷凝器面積,風量離心風機。原型機裝兩臺130FJ1離心風機(風量3. 6m 3/min 和一臺150FZ Y2-D 軸流(風量5. 5m 3/min , 根據(jù)安裝尺寸選擇了兩臺130FJ5離心風機(風量5. 5m 3/min , 軸流風機不變。使總風量由原12. 7m 3/min增加至16. 5m 3/min 。設備加以改造后(在毛細管900mm, 充灌量950g , 冷凝器的進口、中間及出口溫度分別為81. 1e 、49. 8e 、44. 3e , 蒸發(fā)器出風溫度平均達15. 3e , 在環(huán)境溫度為38e , 室內(nèi)側(cè)溫度為38e 時, 3臺制冷機連續(xù)運轉(zhuǎn)24h 均未出現(xiàn)熱保護。314 控制系統(tǒng)的調(diào)整合理地布置溫度傳感器的位置, 設置恰當?shù)拈_停機溫度, 對壓縮機的正常運轉(zhuǎn)也有重要的影響。原機的傳感器靠近設備箱壁且氣流不暢, 該位置受箱外傳熱影響大且對流差, 致使系統(tǒng)難以達到停機溫度, 更改后的傳感器更靠近設備中心, 且氣流通暢, 接近箱內(nèi)平均溫度。另外, 還將原來開停機溫度由高于設定溫度2e 開機、低于設定溫度2e 停機, 改為高于設定溫度2e