一种小型工业空调的故障分析与改进

1、2004年第32卷第10期 流 体 机 械 67文章编号: 1005 0329(2004 10 0067 03一种小型工业空调的故障分析与改进张靖强1, 2, 杜彦亭1, 张永红2(1. 西安交通大学, 陕西西安 710049; 2. 长岭集团公司, 陕西宝鸡 721006摘 要: 实验分析了制冷剂充灌量、毛细管长度、通风量以及环境温度对冷凝器温度的影响。通过采用优化参数以及一系列改进方案使所使用的小型工业空调排除了故障, 实现了正常运转。关键词: 空调; 毛细管; 通风量中图分类号: TB65 文献标识码: 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 引言大型的电子设备元器件多, 发热量大, 特别是在高温情况下要求24h 连续运转, 一般的通风设备很难满足其工作要求, 往往需要通过制冷手段将电子设备机箱内的空气冷却, 从而实现对元器件的冷却。这种对工业电子设

4、备进行冷却的制冷机就是工业用空调, 可广泛应用于数控机床、通讯设备、医疗及精密测试设备。但这类小型工业空调产品在生产中尚存在一些问题需要加以改进。某公司的L A 225W, L A 232W 两种机型在南方地区使用中先后出现热保护和频繁开停机现象。实地考察使用区域条件, 发生保护时环境温度在38e 以上, 湿度在80%以上(环境温度降低后, 热保护和频繁开机现象消失 。制冷系统产生热保护的原因多为:系统堵塞、泄露造成的制冷剂不足、制冷剂充注过量等1。由于环境温度降低后制冷机恢复正常, 基本可以排除系统堵塞等因素; 保护器因与厂家附件说明一致, 亦可排除使用不当的因素; 选择其它厂家同种机型时,

5、 系统能正常工作, 也排除了机型太小、冷负荷太大等因素, 因此可以判断该机系统匹配不当是其发生故障的主要原因。下面主要以L A-32W 型空调为例进行分析(见图1。 图1 LA-32W 型空调结构示意2 原机的测试及分析收稿日期: 2003 11 2868 FL UID M AC HIN ERY Vol 132, No 110, 20042. 1 结构形式及参数L A 232W 型空调的主要性能参数以及各组成器件的结构参数如下:额定电流:5. 5A; 输入功率:900W; 压机型号:YZ G 232A; 冷凝器:管距25mm, 排距22, 管长400mm, 管数42; 蒸发器:管距25mm,

6、排距22, 管长400mm, 管数25; 冷凝风机:总名义风量12. 7m /min; 蒸发风机:总名义风量7. 3m 3/min; 节流形式细管L =800mm (内径<1. 6 ; 制冷剂:R22; 充注3量:1050g ; 电源:220V /50Hz 。212 测试为了解该机在高温情况下的运行状态, 在压缩机、冷凝器、蒸发器等处布置了感温头。在环境温度为38e , 蒸发器侧温度为38e (电子设备一般没有保温措施, 故蒸发器侧的温度较标准工况高 时, 该机连续运行了4h 后压机出现保护, 之后20min 间歇地频繁开停机。测试所得各特征点温度见表1。其中压机运行电流为8. 1A 。

7、(e 冷凝器出风温度表1 原型机各测点的温度压缩机壳温91. 3冷凝器蒸发器排气温度进气温度进口温度中间温度出口温度进口温度出口温度93. 430. 682. 973. 366. 415. 620. 370. 119. 4213 结果分析(1 冷凝器进出口温差不足30e (正常温差应在40e 左右 , 说明冷凝器偏小。(2 根据冷凝出口温度查R22图得知其饱和压力在2. 4M Pa 左右, 压机的背压相当高降低背压的有效途径是增大冷凝器降低排气温度, 但对于已经出厂且安装结构受到限制的机组, 只能通过改变其它参数来达到降低排气温度。3 改进方案对原型机的结构和制冷系统进行分析, 考虑到制冷剂充

8、注量、节流深度和风量均会对排气温度产生影响, 并根据返修难易程度及更改成本的大小, 决定按如下方案返修:(1 调整系统充灌量;(2 调整毛细管;(3 改变风量, 改善通风条件。311 调整充灌量调整系统制冷剂的充灌量将影响系统的运行功率, 也即影响到系统的负荷2。在原样机结构不动的情况下, 对其充灌进行调整, 以50g 为一分度, 在环境温度为38e , 箱内侧温度为38e 时, 测试冷凝器进出口及中间段温度, 冷凝器排风温度、蒸发器进出口温度及蒸发器出风温度, 见表2所示。(e 105082. 973. 266. 470. 715. 620. 519. 931. 28. 1充 注 量(g 进

9、口温度(e 中间温度(e 出口温度(e 出风温度(e 进口温度(e 蒸发器出口温度(e 出风温度(e 回气温度(e 电流(A 表2 调整充灌量后各测点的温度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冷凝器压机调整充灌量后冷凝器中间温度变化见图2。由图2可知, 随着充灌量的增加, 当充灌量为950g 左右时, 冷凝温度先下降再上升, 在充灌量大于800g 后冷凝器温度下降(是由于随着充灌量的增加回气温度逐渐下降而引起的 , 但随着充灌量的进一步增加、蒸发器内液态制冷剂的增加, 回气温度会缓慢上升, 致使排气温度上升。充灌量为950g 应该是该系统的最佳充灌量。但此时冷凝温度依然很高, 连续运转仍会出现热保护。显然单纯调整充灌量不能达到要求。 2004年第32卷第10期 流 体 机 械 69只能考虑提高单位面积的换热效率。采用高效率的冷凝器, 如SEIFERT 公司的新

11、机型采用蒸发器的冷凝水直接导入冷凝器来提高冷凝器效率的方法只宜在开发新机型时采用, 对于大量的返修机并不适合。因此, 增加通风量是最经济实用的选择:(1 减小气流阻力, 将通风网孔(845的长圆孔 重新冲裁改为2045的长方孔。图2 调整充灌量后冷凝器中间温度的变化312 调整毛细管(2 在原安装尺寸不变的情况下, 选择新型大在充注量为950g 的条件下对毛细管(内径<1. 6 进行了调整, 测试结果如表3所示。表3 调整毛细管后各测点温度(e 毛细管长度(m m 700850900950进口温度84. 183. 380 . 784. 4冷凝器中间温度61. 558. 256. 460.

12、 1出口温度53. 650. 749. 752. 3出风温度60. 658. 557. 361. 3进口温度6. 513. 812. 413. 3蒸发器出口温度24. 222. 120. 321. 9出风温度21. 32019. 119. 8压机回气温度29. 527. 726. 127. 8电流(A 7. 47. 26. 87. 3调整毛细管后冷凝器中间段温度的变化如图3所示。由图3可以看出, 毛细管长度在900mm 附近时, 制冷量达到最大值, 同时冷凝温度也达到了最低, 其原理仍然是回气温度的降低使得排气温度得以降低。因此取900mm 为最佳毛细管长度, 此时排气温度, 压机电流已有了很

13、大程度的改善, 但返修后3台机子仍有1台在38e 下连续运行了6h 后出现保护而频繁开停机, 还需要进一步的改进。图3 调整毛细管后冷凝器中间段温度的变化313 改善冷凝器通风条件由于机型结构的限制无法增加冷凝器面积,风量离心风机。原型机装两台130FJ1离心风机(风量3. 6m 3/min 和一台150FZ Y2-D 轴流(风量5. 5m 3/min , 根据安装尺寸选择了两台130FJ5离心风机(风量5. 5m 3/min , 轴流风机不变。使总风量由原12. 7m 3/min增加至16. 5m 3/min 。设备加以改造后(在毛细管900mm, 充灌量950g , 冷凝器的进口、中间及出口温度分别为81. 1e 、49. 8e 、44. 3e , 蒸发器出风温度平均达15. 3e , 在环境温度为38e , 室内侧温度为38e 时, 3台制冷机连续运转24h 均未出现热保护。314 控制系统的调整合理地布置温度传感器的位置, 设置恰当的开停机温度, 对压缩机的正常运转也有重要的影响。原机的传感器靠近设备箱壁且气流不畅, 该位置受箱外传热影响大且对流差, 致使系统难以达到停机温度, 更改后的传感器更靠近设备中心, 且气流通畅, 接近箱内平均温度。另外, 还将原来开停机温度由高于设定温度2e 开机、低于设定温度2e 停机, 改为高于设定温度2e