冷水機組綜合性能測試實驗臺的開發

劉孝剛

摘 要：針對冷水機組的應用現狀，結合高等學校冷水機組的教學實訓情況，開發了一套教學與工程并用的冷水機組性能測試實驗臺，對設備進行性能檢測，在計算機控制下實現數據采集與輸出，繪制出壓縮機性能檢測曲線與冷水機組在不同工況下的性能曲線，可提升學生對冷水機組性能指標計算和熱力過程分析的理解，對企業職工培訓、高校專業實訓教學和教學科研有很大的促進作用。

關鍵詞：冷水機組;軟件測試;性能曲線;數據采集

0? ? 引言

當前，隨著我國經濟的高速增長和人們生活水平的不斷提高，中央空調的應用越來越廣泛，成為商用建筑物的基本配套設施。其中，中央空調水機中冷水機組的選用，直接影響中央空調的制冷效果、使用壽命和工作效率，進而影響整個中央空調的工作性能。冷水機組各項參數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能力的重要標志，是產品出廠檢驗、質量抽檢不可缺少的環節，也是高校開展專業教學時不可缺少的教學內容。鑒于此，結合企業應用情況和專業的實訓教學情況，嘗試開發了一套適合企業實際應用和教學實訓使用的冷水機組性能檢測設備[1]。

1? ? 冷水機組及其性能測試實驗臺的應用現狀

1.1? ? 活塞式冷水機組和螺桿式冷水機組的應用現狀

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性，對氣體帶液運行不敏感，并且運轉時力矩變化小，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，滑閥還可以實現無級調節，比起活塞式壓縮機的能量調節方式更具優越性。近年來，隨著機械生產能力的提高，螺桿式冷水機組應用越來越廣泛，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良。

1.2? ? 溴化鋰吸收式冷水機組與離心式冷水機組的應用現狀

溴化鋰吸收式冷水機組也有許多獨特的優點，近年發展十分迅速，特別是在水機中應用廣泛。我國的溴化鋰機組產品的制造水平和產量位居世界前列。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3 200 kW的冷水機組為例，國產離心式冷水機組耗電量為900 kW，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20 kW，可節電880 kW[2]，所以溴化鋰吸收式制冷機的應用可以緩解電力的緊缺，平衡冬夏電力負荷，具有現實意義。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更具優越性。

冷水機組各具特點，就當前性能檢測來看，活塞式冷水機組應用更加廣泛，在實驗檢測方面，主要應用動力學計算軟件、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品性能。因此，檢測手段多樣化，積極開發適合高校和企業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狀分析

當前，性能測試實驗臺的創新趨勢主要體現在制冷量優化、效率提高與節能、應用范圍拓寬、結構優化、環境保護和自動控制等方面[3]，這些方面的發展與突破給冷水機組教學實驗臺的開發提供了方向。高校的性能測試實驗臺一般是從生產企業買入，存在交互性差、基礎理論研究作用不強、產品的二次技術開發能力低等缺點，工藝裝備和實驗手段有限制、實訓臺更新不及時，與企業應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品質量、專業教學和技能訓練方面都很重要，所以，高校自己動手開發冷水機組性能檢測實驗臺對提升企業產品合格率、產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? ? 實驗臺的開發思路

開發的實驗臺主要包括：冷水機組、冷凝器冷卻水系統、蒸發器冷媒水系統、測量參數系統及數據采集系統。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進行實時動態采集，包括壓力、溫度、流量等瞬態信號，經橋式整流后通過動態應變儀放大，經過控制器轉換為數值量送到計算機，經計算機的測試軟件處理后得到冷水機組工作過程的有關數據。這些檢測點通過數據卡進行數據采集，可利用計算機可視化界面實現人機交互、遠程控制。開發思路如圖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、節流閥、蒸發器、循環水泵、水溫控制器、冷凝器冷卻水系統、蒸發器冷媒水系統組成，參數測量系統由溫度傳感器、壓力傳感器、流量計等測量儀器組成，開發系統圖如圖2所示。冷水機組包括冷媒水系統測試和冷卻水系統測試，每個系統參數均通過傳感器進行傳輸，并通過參數的設置來控制冷水機組的能量調節。實驗臺通過設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，分別通過調節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。為了便于實時監控，在系統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據采集、測試診斷和運用測試軟件進行遠程控制系統開發。此外，還可以測試冷水機組產品在實際工況下的性能參數，根據計算機繪制的性能曲線對比產品性能，提升冷水機組產品開發的成功率[4]。

3.3? ? 壓縮機性能檢測