冷水机组综合性能测试实验台的开发

刘孝刚

摘 要：针对冷水机组的应用现状，结合高等学校冷水机组的教学实训情况，开发了一套教学与工程并用的冷水机组性能测试实验台，对设备进行性能检测，在计算机控制下实现数据采集与输出，绘制出压缩机性能检测曲线与冷水机组在不同工况下的性能曲线，可提升学生对冷水机组性能指标计算和热力过程分析的理解，对企业职工培训、高校专业实训教学和教学科研有很大的促进作用。

关键词：冷水机组;软件测试;性能曲线;数据采集

0    引言

当前，随着我国经济的高速增长和人们生活水平的不断提高，中央空调的应用越来越广泛，成为商用建筑物的基本配套设施。其中，中央空调水机中冷水机组的选用，直接影响中央空调的制冷效果、使用寿命和工作效率，进而影响整个中央空调的工作性能。冷水机组各项参数的检测对于改善工作性能，提高制冷效率有着重要意义，是衡量冷水机组带负荷运转能力的重要标志，是产品出厂检验、质量抽检不可缺少的环节，也是高校开展专业教学时不可缺少的教學内容。鉴于此，结合企业应用情况和专业的实训教学情况，尝试开发了一套适合企业实际应用和教学实训使用的冷水机组性能检测设备[1]。

1    冷水机组及其性能测试实验台的应用现状

1.1    活塞式冷水机组和螺杆式冷水机组的应用现状

常用的冷水机组分为活塞式冷水机组、螺杆式冷水机组和离心式冷水机组，大中型机组常用螺杆式压缩机，小型机组多用活塞式压缩机。活塞式冷水机组对变工况运行具有较好的适应性，对气体带液运行不敏感，并且运转时力矩变化小，动力平衡性好。螺杆式冷水机组易损件少、振动小、噪声低、运行寿命长、可靠性高，滑阀还可以实现无级调节，比起活塞式压缩机的能量调节方式更具优越性。近年来，随着机械生产能力的提高，螺杆式冷水机组应用越来越广泛，从性能比较上看，螺杆式冷水机组的耗功较活塞式的小，CUP值比活塞式的高，因而其性能也较活塞式冷水机组优良。

1.2    溴化锂吸收式冷水机组与离心式冷水机组的应用现状

溴化锂吸收式冷水机组也有许多独特的优点，近年发展十分迅速，特别是在水机中应用广泛。我国的溴化锂机组产品的制造水平和产量位居世界前列。直燃型溴化锂吸收式冷热水机组的一次能效普遍高于其他类型的热水机组，以一台3 200 kW的冷水机组为例，国产离心式冷水机组耗电量为900 kW，而溴化锂吸收式冷水机组除功率较小的屏蔽泵以外，没有其他运动部件，仅耗电20 kW，可节电880 kW[2]，所以溴化锂吸收式制冷机的应用可以缓解电力的紧缺，平衡冬夏电力负荷，具有现实意义。离心式冷水机组的运行寿命长，机组冷量大，大大高于其他类型机组，在一些石油化工企业更具优越性。

冷水机组各具特点，就当前性能检测来看，活塞式冷水机组应用更加广泛，在实验检测方面，主要应用动力学计算软件、热力学和冷水机组工作过程模拟软件等检测手段，目的是提高冷水机组的产品性能。因此，检测手段多样化，积极开发适合高校和企业使用的冷水机组综合性能测试实验台具有重要意义。

2    高校冷水机组性能测试实验台现状分析

当前，性能测试实验台的创新趋势主要体现在制冷量优化、效率提高与节能、应用范围拓宽、结构优化、环境保护和自动控制等方面[3]，这些方面的发展与突破给冷水机组教学实验台的开发提供了方向。高校的性能测试实验台一般是从生产企业买入，存在交互性差、基础理论研究作用不强、产品的二次技术开发能力低等缺点，工艺装备和实验手段有限制、实训台更新不及时，与企业应用的冷水机组检测实验台还存在一定差距。但冷水机组性能检测在提升产品质量、专业教学和技能训练方面都很重要，所以，高校自己动手开发冷水机组性能检测实验台对提升企业产品合格率、产学研的广泛开展都具有深远影响。

3    活塞式冷水机组性能检测实验台的研制

3.1    实验台的开发思路

开发的实验台主要包括：冷水机组、冷凝器冷却水系统、蒸发器冷媒水系统、测量参数系统及数据采集系统。在典型测点处安装压力传感器和温度传感器，利用微机的测试软件对冷水机组参数进行实时动态采集，包括压力、温度、流量等瞬态信号，经桥式整流后通过动态应变仪放大，经过控制器转换为数值量送到计算机，经计算机的测试软件处理后得到冷水机组工作过程的有关数据。这些检测点通过数据卡进行数据采集，可利用计算机可视化界面实现人机交互、远程控制。开发思路如图1所示。

3.2    冷水机组性能测试

冷水机组实验台由活塞式压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、循环水泵、水温控制器、冷凝器冷却水系统、蒸发器冷媒水系统组成，参数测量系统由温度传感器、压力传感器、流量计等测量仪器组成，开发系统图如图2所示。冷水机组包括冷媒水系统测试和冷却水系统测试，每个系统参数均通过传感器进行传输，并通过参数的设置来控制冷水机组的能量调节。实验台通过设置不同的冷媒水和冷却水的温度、流量、压力得到冷水机组不同的工况，分别通过调节恒温器中的传感器进行控制。冷水机组的输入功率通过电流表和电压表测得，制冷量通过蒸发器冷媒水的进出口温度和流量计的流量得出，冷凝器放热量可通过冷却水进出口温度及流量计算。为了便于实时监控，在系统中加入了温度测点和压力测点，可以使学生更加深入地掌握冷水机组的工作过程。通过该教学实验台不仅可以进行冷水机组的运行特性研究、工作过程实时控制，还可以开展冷水机组的数据采集、测试诊断和运用测试软件进行远程控制系统开发。此外，还可以测试冷水机组产品在实际工况下的性能参数，根据计算机绘制的性能曲线对比产品性能，提升冷水机组产品开发的成功率[4]。

3.3    压缩机性能检测