移动式瓜果差压预冷机的优化改进

2015-03-10杨会民郭兆峰王学农刘向东孙小丽乔园园吴政国

新疆农机化 2015年1期

关键词：移动式控制系统优化

杨会民，郭兆峰，王学农，刘向东，孙小丽，乔园园，吴政国

（新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆乌鲁木齐　830091）

移动式瓜果差压预冷机的优化改进

杨会民，郭兆峰，王学农，刘向东，孙小丽，乔园园，吴政国

（新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆乌鲁木齐830091）

摘要：文中通过对5TYY- 40型田间移动式瓜果差压预冷机进行优化改进，使其预冷降温过程由直接降温变为阶梯式降温，实现了库内物料的平滑降温，提高了预冷机的预冷效果；同时对预冷机的控制系统进行了升级改进，将温湿度传感器由原来的2个增加到12个，并对其位置进行了合理布置，使系统功率消耗降低，可靠性得到明显提高。我们于2014年7月、8月分别在英吉沙县果品蔬菜供销社和吐鲁番新疆果业集团吐鲁番基地对该机进行了试验测试，试验证明该机预冷效果明显，整机性能得到提高。

关键词：移动式；差压预冷机；控制系统；优化

新疆维吾尔自治区科技重大专项：《新疆特色果品田间预冷及高质化加工关键技术研究与示范》（201130102- 4）；自治区农机化新技术新机具研制开发项目《移动式瓜果田间差压式预冷装置研制开发》

新疆是我国重要的瓜果生产基地，大部分瓜果都要运往内地销售。因运输路距离较远，使得新疆瓜果到达内地市场后品质降低，货架期缩短，严重影响了新疆瓜果行业的经济效益[1]。经济发达国家为了获得高质量的新鲜果蔬产品，已把预冷作为果蔬采后的第一道工序，即在果蔬原料采收后的最短时间内，在果蔬原产地，用人工方法将其预冷到规定温度[2]。预冷的方式有很多种，选择适宜的预冷方法应该考虑很多影响因素[3]。

差压预冷是在冷库预冷的基础上弥补了其预冷时间长、不均匀等不足而研究发展起来的预冷技术，其成本与冷库预冷相当，但预冷效果比冷库预冷提高2～6倍，预冷时间仅为冷库预冷的1/4～1/10。5TYY-40型田间移动式瓜果差压预冷机的降温方式为直接降温，果品无法与冷风及时进行能量转换，预冷效率低，功率消耗大，预冷机的工作可靠性和安全性也有待提高。笔者针对此型预冷机现存在的问题进行了优化改进[4]。

1　工作原理及改进方案

1.1工作原理

（1）当外部启动/停止旋钮转到启动位置，在库温高于设定温度上限值且无系统故障时供液阀经设定延时启动。当库温低于设定温度下限值时供液阀关闭。供液阀启动后经设定延时压缩机启动，当库温低于设定温度下限时，关闭供液阀后经系统延时停止压缩机运行。供液阀启动后经设定延时冷风机启动，当库温低于设定温度下限时，关闭供液阀后经系统延时停止冷风机运行。压缩机启动后，当高压达到压力控制器设定值时，启动冷凝器，当高压低于压力控制器设定值时停止冷凝器运行。化霜为手动化霜，根据实际控制需要在用户参数中设置化霜周期参数，当系统运行时间达到化霜周期设置时间开始自动化霜，是根据实际情况而进行的强制化霜，经化霜时间或到达化霜时库温上限，化霜结束停止化霜。图1为预冷机制冷机组组成。

图1　预冷机制冷机组组成

（2）制冷工作流程如下：

通过冷冻油在压缩机和油分离器之间循环，对压缩机进行冷却，冷媒通过冷凝器散热后回到储液瓶，再通过过滤器、电磁阀、膨胀阀吸热降温，再通过冷风机在预冷间形成冷风气流。

1.2改进方案

（1）优化预冷机降温方式，使其由原来的直接降温改为阶梯式降温，每个阶梯时间段，阶梯温度值都根据预冷果品不同、包装方式不同、预冷果品数量不同而设定，采用这种降温方式，使预冷机预冷效果达到最佳。

（2）对控制系统电气及控制仪进行改进，使其系统可靠性得到提高，预冷机整机功率消耗降低。温湿度传感器由原来的2个增加到现在的12组，均匀分布在预冷间的两侧，能够实时准确地检测到库内温度的变化，使制冷机组效率大大提高。

2　系统设计

2.1系统电气改进设计

为了使预冷机系统低功耗、安全可靠地运行，我们对其电气部分做了改进。本系统采用了丹佛斯FYC-15H风冷制冷机组，设置了高低压保护电路和急停开关，根据系统工作情况设置高压限制值为25KG，低压限制值为1KG，这样可以保证制冷机组的安全运行。为了使系统的可靠性更高，避免机组短时间内频繁启停，我们在压缩机、冷风机、冷凝器电路中加入了延时动作电路。考虑到本预冷机工作过程需要融霜的情况极少出现，为了降低系统功率消耗，把融霜启停改为手动。如图2为系统主电路图，其余控制电路（电源指示、压缩机控制、冷凝器控制、电磁阀控制、冷风机控制、高低压保护、融霜等控制电路）未在图中显示。

图2　系统主电路图

2.2控制系统改进设计

为了实现上述改进方案中预冷瓜果温度的平滑下降及预冷工作间冷风温度的阶梯式下降，本系统采用了广州科力智能仪器有限公司的ACR-700多路巡检控制仪，包括12组温湿度传感器和ACR-700控制器。此控制仪能根据温湿度值的变化控制制冷机组启停，实现工作间冷风温度的阶梯式下降。通过设定目标值、阶梯温度值和阶梯温度保持时间，能够灵活根据不同预冷物料特性实现预冷最佳效果。12组传感器均匀分布在预冷间两侧，使控制仪能根据预冷间温度进行准确控制。本控制仪还具有系统故障报警及紧急关闭制冷机组的功能。图3所示为预冷间温湿度传感器布置示意图。

图3　传感器布置示意图

3　试验及结果

3.1试验测试

2014年7月在英吉沙县果品蔬菜供销社对优化改进后的预冷机进行了色实提杏预冷试验测试，试验选用采摘后2～3 h的色买提杏，按每框10 kg装好，按要求将装好的塑料筐堆码在预冷间两侧，盖好帆布，其余出风口做好密封。温度从27℃开始阶梯式降温至5℃，除了控制器温湿度传感器外，为了测量果心温度变化，笔者在杏子果实内部均匀放置了4个无线温度记录仪。2014年8月在吐鲁番新疆果业集团吐鲁番基地进行无核白葡萄试验测试，物料选用采摘后2～3 h的无核白葡萄3 t，按每框4 kg装入塑料筐，按试验要求堆码在预冷间两侧，盖好帆布，放置好无线温度记录仪，打开电源开始预冷，检测设备的使用性能和不同物料预冷所需时间。

3.2测试结果

试验证明预冷机可以安全稳定地工作。试验人员分别对出风口温度、库温、果心温度进行跟踪记录，结果表明预冷机预冷效果明显提高。

（1）杏子的适宜预冷温度为5℃左右，设定预冷温度为3℃，杏子的初始温度为26～27℃，图4所示为预冷间不同部位温度变化曲线。由图可以看出，出风口温度降到15℃的时候保持1.5 h，制冷机组启动，继续降温，温度降到5℃左右，继续保持0.5 h，形成阶梯式降温。我们可以发现预冷间温度在前1 h内温度降低3℃左右，2～3 h温度降低14℃左右，降温较快。随着果实温度下降，降温幅度越来越小，6 h后果实温度达到预冷设定值。

（2）葡萄的适宜预冷温度为3℃左右，预冷机设定温度为1℃，葡萄的初始温度为32～33℃，图5所示为葡萄预冷的温度变化曲线。由图可以看出，在7 h的时候达到预冷所需温度值，库温接近0℃不再变化；同样在15℃和5℃的时候关停制冷机组，出风口温度分别保持了不同长的时间段。

（3）与直接降温相比，优化改进后的预冷机采用阶梯式降温，预冷物料可以充分与冷风进行能量交换，降温效率更高，功率消耗更低；同时整机的工作可靠性、安全性也得到提高。