試驗(yàn)箱是指能同時(shí)施加溫度、濕度應(yīng)力的試驗(yàn)箱。隨著我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品研制的需要,近幾年來,我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)了大批試驗(yàn)系統(tǒng),為我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品的研制和定型發(fā)揮了重要作用。但由于其本身的復(fù)雜性,使得試驗(yàn)箱在運(yùn)行中出現(xiàn)了許多問題,而且出現(xiàn)了問題不能及時(shí)解決,大大延長(zhǎng)了試驗(yàn)周期,影響了產(chǎn)品的研制工作。而產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是對(duì)綜合試驗(yàn)箱的工作原理不了解。為此,我們對(duì)試驗(yàn)箱的基本工作原理作了一些簡(jiǎn)要闡述,并介紹如何對(duì)綜合試驗(yàn)箱試驗(yàn)設(shè)備的故障進(jìn)行分析和判斷。
2.試驗(yàn)箱的原理:綜合試驗(yàn)箱由制冷系統(tǒng),加熱系統(tǒng),控制系統(tǒng),濕度系統(tǒng),空氣循環(huán)系統(tǒng),和傳感器系統(tǒng)等組成, 上述系統(tǒng)分屬電氣和機(jī)械制冷兩大方面。下面初步敘述幾個(gè)主要系統(tǒng)的工作原理和工作過程:
2.1 制冷系統(tǒng):制冷系統(tǒng)是綜合試驗(yàn)箱的關(guān)鍵部分之一。一般來說,試驗(yàn)箱的制冷方式都是機(jī)械制冷以及輔助液氮制冷,機(jī)械制冷采用蒸氣壓縮式制冷,該制冷方式是人工制冷中應(yīng)用廣泛而又經(jīng)濟(jì)的制冷方式之一。蒸氣壓縮式制冷型式有:?jiǎn)渭?jí)制冷、多級(jí)制冷和復(fù)疊式制冷,它們主要由壓縮機(jī),冷凝器,節(jié)流機(jī)構(gòu)和蒸發(fā)器組成。由于我們?cè)囼?yàn)的溫度低溫要達(dá)到-55℃,單級(jí)制冷難以滿足要求,因此綜合試驗(yàn)箱的制冷方式一般采用復(fù)疊式制冷。下面以意大利ACS公司生產(chǎn)的綜合試驗(yàn)箱的制冷系統(tǒng)為例作一簡(jiǎn)要介紹,圖2為該制冷系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖。它由兩部分組成,分別稱為高溫部分和低溫部分,每一部分都是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的制冷系統(tǒng)。高溫部分中制冷劑(HP80)的蒸發(fā)吸收來自低溫部分的制冷劑(R23)的熱量而汽化;低溫部分制冷劑的蒸發(fā)則從被冷卻的對(duì)象(試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣)吸熱以獲取冷量。高溫部分和低溫部分之間是用一個(gè)蒸發(fā)冷凝器聯(lián)系起來的,它既是高溫部分的蒸發(fā)器,也是低溫部分的冷凝器。ACS試驗(yàn)箱的高溫部分制冷劑采用中溫制冷劑HP80,低溫部分制冷劑采用低溫制冷劑R23,箱內(nèi)溫度能達(dá)到-70℃
2.2 加熱系統(tǒng):試驗(yàn)箱的加熱系統(tǒng)相對(duì)制冷系統(tǒng)而言,是比較簡(jiǎn)單的。它主要由大功率電阻絲組成。由于試驗(yàn)箱要求的升溫速率較大,因此試驗(yàn)箱的加熱系統(tǒng)功率都比較大,而且在試驗(yàn)箱的底板也設(shè)有加熱器。
2.3 控制系統(tǒng):控制部分是綜合試驗(yàn)箱的核心,它決定了試驗(yàn)箱的升降溫速率,精度等重要指標(biāo)。現(xiàn)有試驗(yàn)箱的控制器大都采用PID控制,也有少部分采用PID與模糊控制相結(jié)合的控制方式。由于控制系統(tǒng)基本上屬于軟件的范疇,而且此部分在使用過程中,一般不會(huì)出現(xiàn)問題,因此,本文不對(duì)控制系統(tǒng)作太多的介紹。
2.4 濕度系統(tǒng):濕度系統(tǒng)分為加濕和除濕兩個(gè)子系統(tǒng)。
試驗(yàn)箱的加濕方式一般采用蒸氣加濕法,即將低壓蒸氣直接注入試驗(yàn)空間加濕。這種加濕方法加濕能力強(qiáng),速度快,加濕控制靈敏,尤其在降溫時(shí)容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制加濕。
試驗(yàn)箱的除濕方式有兩種:機(jī)械制冷除濕和干燥器除濕。機(jī)械制冷除濕的除濕原理是將空氣冷卻到露點(diǎn)溫度以下,使大于飽和含濕量的水氣凝結(jié)析出,這樣就降低了濕度。干燥器除濕是利用氣泵將試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣抽出,并將干燥的空氣注入,同時(shí)將濕空氣送入可循環(huán)利用的干燥器進(jìn)行干燥,干燥完后又送入試驗(yàn)箱內(nèi),如此反復(fù)循環(huán)進(jìn)行除濕,F(xiàn)在大部分綜合試驗(yàn)箱采用前一種除濕方法。后一種的除濕方法,可以使露點(diǎn)溫度達(dá)到0℃以下,適用于有特殊要求的場(chǎng)合,但費(fèi)用較貴。
2.5 傳感器系統(tǒng):試驗(yàn)箱的傳感器主要是溫度和濕度傳感器。溫度傳感器應(yīng)用較多的是鉑電阻和熱電偶。濕度的測(cè)量方法有兩種:干濕球溫度計(jì)法和固態(tài)電子式傳感器直接測(cè)量法。由于干濕球法測(cè)量精度不高,現(xiàn)在的試驗(yàn)箱正逐步地以固態(tài)傳感器代替干濕球來進(jìn)行濕度的測(cè)量。
2.6 空氣循環(huán)系統(tǒng)空氣循環(huán)系統(tǒng)一般由離心式風(fēng)扇和驅(qū)動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)構(gòu)成。它提供了試驗(yàn)箱內(nèi)空氣的循環(huán)。
3. 故障的分析判斷
由于試驗(yàn)箱是一個(gè)既有電氣又有制冷機(jī)械等多個(gè)系統(tǒng)組成的設(shè)備,因此,一旦設(shè)備出現(xiàn)問題,一定要全面地對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行檢查和綜合分析。一般來說,分析判斷的過程可以先"外"后"里"。即首先排除外部因素,如冷卻水、供電等,在完全排除外部因素后,根據(jù)故障現(xiàn)象,對(duì)設(shè)備進(jìn)行先系統(tǒng)分解后系統(tǒng)綜合的分析判斷,可以采用倒推的方法查找故障原因:首先按照電氣接線圖查找是否電氣系統(tǒng)的問題,最后查找是否制冷系統(tǒng)的問題。表1提供了一些常見故障的分析表
表1 故障分析表
故障現(xiàn)象 |
故障原因分析 |
排除故障方法 |
設(shè)備不降溫 |
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設(shè)備升溫緩慢 |
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系統(tǒng)不工作 |
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壓縮機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn) |
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排氣壓力過高 |
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吸氣壓力過低 |
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系統(tǒng)不能加濕 |
1.加濕鍋爐的保險(xiǎn)燒壞。 |
1.更換保險(xiǎn)。 |
系統(tǒng)不能除濕 |
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1.參照壓縮機(jī)不工作的排故方法對(duì)照解決。 |
4.典型故障分析--------
一試驗(yàn)箱在-55℃低溫保持階段出現(xiàn)了溫度保持不住的現(xiàn)象,其溫度曲線大致如圖3。
圖2 溫度運(yùn)行曲線示意圖
對(duì)該故障現(xiàn)象進(jìn)行分析:
1)試驗(yàn)箱能夠制冷,說明外部因素-冷卻水的問題可以排除。
2) 由于是溫度保持不住,觀察制冷壓縮機(jī)在試驗(yàn)箱運(yùn)行過程中是否能夠正常啟動(dòng),壓縮機(jī)在試驗(yàn)箱運(yùn)行過程中都能夠啟動(dòng),說明從主電源到各壓縮機(jī)的電氣線路正常,電氣系統(tǒng)方面也沒有問題。
3) 電氣系統(tǒng)沒有問題,繼續(xù)檢查制冷系統(tǒng)。首先檢查兩組制冷機(jī)組的排氣和吸氣壓力,發(fā)現(xiàn)主機(jī)組的低溫(R23)級(jí)壓縮機(jī)的排氣和吸氣壓力都較正常值偏低,而且吸氣壓力呈抽真空狀態(tài),說明主制冷機(jī)組的制冷劑量不足。用手摸主機(jī)組R23壓縮機(jī)的排氣和吸氣管路,發(fā)現(xiàn)排氣管路的溫度不高,吸氣管路的溫度也不低(未結(jié)霜),這也說明了主機(jī)組的R23制冷劑缺乏,系統(tǒng)漏氟。
4) 為確定故障原因,結(jié)合試驗(yàn)箱的控制過程進(jìn)一步確認(rèn)故障原因,該試驗(yàn)箱擁有兩套制冷機(jī)組,一為主機(jī)組,另一為輔助機(jī)組。在降溫速率較大時(shí),兩組機(jī)組同時(shí)工作,在溫度保持階段初期,兩組機(jī)組依然同時(shí)工作。待溫度初步穩(wěn)定下來,輔助機(jī)組停止工作,由主機(jī)組來維持溫度的穩(wěn)定。如果主機(jī)組的R23泄漏,會(huì)使主機(jī)組制冷效果不大,由于降溫過程中,兩組機(jī)組同時(shí)工作,故沒有溫度穩(wěn)定不住的現(xiàn)象,而只是降溫速率降低。在溫度保持階段,一旦輔助機(jī)組停止工作,主機(jī)組又無制冷作用,試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣就會(huì)緩慢上升,當(dāng)溫度上升到一定程度,控制系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)輔助機(jī)組來降溫,將溫度下降至設(shè)定值(-55℃)附近,然后輔助機(jī)組又停止工作,如此反復(fù),便會(huì)出現(xiàn)如圖3所示的故障現(xiàn)象。至此,已確認(rèn)為產(chǎn)生故障的原因是主機(jī)組的低溫(R23)級(jí)機(jī)組的制冷劑R23泄漏。
5) 對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行查漏,用檢漏儀和肥皂水相結(jié)合的方法檢查,發(fā)現(xiàn)是一熱氣旁通電磁閥的閥桿開裂了一約1cm的細(xì)縫。更換此電磁閥后,對(duì)系統(tǒng)重新充氟,系統(tǒng)運(yùn)行正常。由上文可以看出,對(duì)該故障現(xiàn)象的分析和判斷基本上是由易至難,先"外"后"里",先"電氣"后"制冷"的脈絡(luò)進(jìn)行分析和判斷的,熟悉和了解試驗(yàn)箱的原理和工作過程是分析故障和判斷故障的基礎(chǔ)。
5.結(jié)束語
綜上所述,只有深入了解試驗(yàn)箱的工作原理和工作過程,才能迅速地解決試驗(yàn)箱在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題。希望本文能夠?qū)氖颅h(huán)境設(shè)備管理運(yùn)行維護(hù)人員有所裨益,共同推動(dòng)我國(guó)環(huán)境工程的發(fā)展。