飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組的融霜設(shè)計(jì)

（廣東吉榮空調(diào)有限公司，廣東 揭陽 522000）

飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組的融霜設(shè)計(jì)

林美娜 江茂旭 林運(yùn)齡

（廣東吉榮空調(diào)有限公司，廣東 揭陽 522000）

本文從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣控制兩個(gè)方面介紹飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組的融霜設(shè)計(jì)原理，并通過試驗(yàn)對(duì)比分析融霜設(shè)計(jì)對(duì)飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，合理的融霜設(shè)計(jì)是飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組高效、節(jié)能、可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，是飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組低溫、穩(wěn)定送風(fēng)的重要保證。

飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組；融霜設(shè)計(jì)；比例積分三通閥

1 前言

隨著我國機(jī)場(chǎng)使用橋載設(shè)備替代飛機(jī)自身的輔助動(dòng)力裝置APU（auxiliary power unit）專項(xiàng)工作的推廣，飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組在我國各大機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用已經(jīng)越來越普遍。自北京首都國際機(jī)場(chǎng)、上海虹橋國際機(jī)場(chǎng)和廣州白云國際機(jī)場(chǎng)使用飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組以來，2009年，三大機(jī)場(chǎng)全年減少二氧化碳排放12.7萬噸，節(jié)省航油成本2.16億元；2011年，三大機(jī)場(chǎng)全年節(jié)省航油 7.3萬噸，減少二氧化碳排放 23萬噸。飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組的應(yīng)用，既降低燃油消耗，又有效降低開啟APU系統(tǒng)燃油對(duì)環(huán)境空氣造成的污染。

飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組是一種全新風(fēng)特種空調(diào)機(jī)。以上海市為例，夏季進(jìn)入飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組空氣的干球溫度為35℃，濕球溫度為28.3℃，含濕量為21.54g/kg；機(jī)組制冷送出的空氣干球溫度為1℃，相對(duì)濕度為90%，含濕量3.65g/kg，按機(jī)組送風(fēng)量9000m3/h設(shè)計(jì)，則機(jī)組的除濕量高達(dá)193.2kg/h。由于進(jìn)入飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組的空氣含濕量高而機(jī)組送風(fēng)干球溫度低，故機(jī)組蒸發(fā)器的表面溫度低于0℃，當(dāng)翅片表面溫度低于0℃時(shí)，翅片表面就會(huì)結(jié)霜。蒸發(fā)器翅片表面霜層會(huì)增加空氣流動(dòng)阻力，加大飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組的功率消耗，降低機(jī)組的制冷能力并引起送風(fēng)溫度波動(dòng)，因此，合理的融霜設(shè)計(jì)是飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組高效、節(jié)能、低溫送風(fēng)、可靠運(yùn)行的重要保證。

2 飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組的融霜設(shè)計(jì)原理

圖1 飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組融霜系統(tǒng)原理圖

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖2 停壓縮機(jī)融霜的送風(fēng)溫度變化曲線

圖3 使用比例積分三通閥融霜的送風(fēng)溫度變化曲線

融霜技術(shù)是制冷裝置進(jìn)行正常循環(huán)的保證，也是節(jié)能降耗的重要環(huán)節(jié)。目前，空調(diào)機(jī)除霜方法主要有自然除霜法、淋水法、電融霜和熱氣融霜等。自然除霜法除霜效率低，機(jī)組送風(fēng)溫度波動(dòng)大；淋水融霜法對(duì)于安裝在登機(jī)廊橋下的飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組來說，安裝復(fù)雜，使用不方便；電融霜由于必須增加機(jī)組的配電功率而很多機(jī)場(chǎng)的配電容量又是一定的，所以，前三種方法并不適合應(yīng)用在飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組上。本文著重介紹熱氣融霜法在飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組上的應(yīng)用。

飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組融霜系統(tǒng)原理如圖1所示，由壓縮機(jī)，比例積分三通閥、冷凝器、膨脹閥、氣液混合頭、蒸發(fā)器以及控制配件組成。

機(jī)組制冷運(yùn)行初始階段，蒸發(fā)器不結(jié)霜，比例積分三通閥通往蒸發(fā)器的閥門（融霜閥門）關(guān)閉，從壓縮機(jī)排出的高溫高壓氣態(tài)制冷劑全部進(jìn)入冷凝器冷凝，經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓后，進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，成為低壓氣態(tài)制冷劑后，進(jìn)入壓縮機(jī)，完成制冷循環(huán)。

機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，低送風(fēng)溫度使蒸發(fā)器表面逐漸結(jié)霜，機(jī)組的內(nèi)部阻力隨著霜層的加厚而逐漸增加，機(jī)組的送風(fēng)量逐漸減少，壓縮機(jī)的吸氣壓力也不斷降低。為了確保機(jī)組正常、高效運(yùn)行，確保送入飛機(jī)機(jī)艙的空氣溫度穩(wěn)定，此時(shí)，打開比例積分三通閥融霜閥門，旁通部分壓縮機(jī)排出的高溫氣態(tài)制冷劑，進(jìn)入蒸發(fā)器融霜。

2.2 電氣控制

根據(jù)飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組接不同型號(hào)飛機(jī)時(shí)送風(fēng)風(fēng)量風(fēng)壓變化趨勢(shì)，結(jié)合機(jī)組運(yùn)行時(shí)間和蒸發(fā)壓力，控制比例積分三通閥的開度，從而控制進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量，確保機(jī)組融霜控制的高效性。

比例積分三通閥融霜閥門的開度與蒸發(fā)壓力成反比。比例積分三通閥的開度從0～100%變化，無需除霜時(shí)融霜閥門的開度為0%，從壓縮機(jī)出來的制冷劑全部進(jìn)入冷凝器。當(dāng)系統(tǒng)蒸發(fā)壓力低于0.35MPa且機(jī)組運(yùn)行時(shí)間超過18min時(shí)，啟動(dòng)融霜控制。融霜控制停止的方法共有兩種，一種是采用時(shí)間差法：設(shè)定融霜閥門的開啟時(shí)間，時(shí)間一到不論蒸發(fā)壓力高低，關(guān)閉融霜閥門；另一種是采用壓差法，當(dāng)系統(tǒng)低壓壓力回升到設(shè)定值時(shí)，不論融霜時(shí)間長短，關(guān)閉融霜閥門。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

為了對(duì)比不同融霜方法對(duì)飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組送風(fēng)溫度的影響，驗(yàn)證飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組使用比例積分三通閥融霜控制的可行性，筆者通過制作樣機(jī)，在實(shí)驗(yàn)室模擬上海地區(qū)新風(fēng)工況，進(jìn)行型式試驗(yàn)。使用常規(guī)停壓縮機(jī)融霜時(shí)，機(jī)組的送風(fēng)溫度變化曲線如圖2所示；使用比例積分三通閥融霜控制時(shí)，機(jī)組的送風(fēng)溫度變化曲線如圖3所示。

3.1 由于使用比例積分三通閥，壓縮機(jī)出口高溫氣態(tài)制冷劑與膨脹閥后的液態(tài)制冷劑混合后直接進(jìn)入蒸發(fā)器，其沖霜作用比常規(guī)停壓縮機(jī)融霜方法更加直接，化霜效果更為明顯。

3.2 比例積分三通閥的使用，既避免飛機(jī)地面空調(diào)機(jī)組的壓縮機(jī)頻繁啟停，延長壓縮機(jī)的使用壽命，又有效避免出風(fēng)溫度過低造成蒸發(fā)器結(jié)霜嚴(yán)重，增加機(jī)組內(nèi)部阻力，加大機(jī)組功耗甚至導(dǎo)致機(jī)組低壓故障停機(jī)等一系列問題發(fā)生，在保證機(jī)組高效、可靠運(yùn)行的同時(shí)，節(jié)能效果更加顯著。

3.3 通過機(jī)組運(yùn)行時(shí)間、蒸發(fā)壓力以及送風(fēng)風(fēng)量風(fēng)壓變化趨勢(shì)三者相結(jié)合，控制比例積分三通閥開度，調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量，融霜速度快，融霜效果顯著且送風(fēng)溫度波動(dòng)小，確保機(jī)組穩(wěn)定、低溫送風(fēng)，從而保證飛機(jī)機(jī)艙的溫度穩(wěn)定，有效提高機(jī)艙的舒適性。

[1]金中平.輔助動(dòng)力裝置及其標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展綜述[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，1998（04）：19-22.

[2]王毅.2009～2010：我國交通發(fā)展關(guān)鍵詞[J].綜合運(yùn)輸，2010，（01）：80-83.

[3]中國民用航空局.2011年民航行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB/OL].http://www.caac. gov.cn/I1/index_1.html，2012-05-07.

[4]鄭曉峰，臧潤清，姚秀.制冷系統(tǒng)液體冷媒融霜的實(shí)驗(yàn)研究[J].流體機(jī)械，2008（04）：54-57+49.

[5]鄭曉峰，臧潤清，姚秀.制冷系統(tǒng)液體冷媒融霜的實(shí)驗(yàn)研究[J].流體機(jī)械，2008（04）：54-57+49.

[6]程建杰，陳汝東.制冷裝置的除霜研究[J].流體機(jī)械，2004（07）：64-66.

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