制冷多功能实验台的设计分析
当前，很多制冷综合实验台的技术功能单一，不能实现对制冷设备的有效监测和故障诊断，也不能同时兼有可视化能功能和回收制冷剂的功能。制冷实验设备采用的实验仪器基本上是将制冷装置的外壳去掉，形成的一种实验装置，它有如下缺点:出现故障时，不能对制冷剂在制冷系统中温度和压强的变化进行追踪监测; 不能实现制冷剂蒸发与冷凝时的动态可视化演示; 不能表征制冷剂在循环系统中的流向。因此，亟待需要对制冷教学试验台进行优化设计，提高实验台的交互性和应用性，使实验台更加适应当前的职业教育与技术培训。
1、制冷多功能实验台
1．1制冷多功能实验台的介绍
本实验台采用分体空调作为实验主机，辅助以温度、压力、流量等传感器和计算机搭建的制冷多功能综合实验台，采用工控组态软件构成了制冷系统状态监测和故障演示的实验平台。如图1所示。制冷多功能实验台包括以下功能: 可以通过计算机检测系统对现场检测状态点进行实时监控，监测点设置包括以下测点，在压缩机、冷凝器、蒸发器和热力膨胀阀等处安装压力继电器或温度传感器，在压缩机进出口安装高低压继电器和平衡继电器，在冷凝器与蒸发器之间安装石英管路和优化后的雾化器，来实现制冷剂的流动可视。优化后的实验台可以在线监测各种运行状态，通过实验台模拟各种制冷系统常见故障，这些被采集的状态点通过数据采集卡采集，可通过计算机实现设备状态可视化界面。
图1制冷多功能实验台设计框架
1．2主要模拟故障演示内容
模拟故障演示研究包括:
(1) 制冷压缩机排气吸气阀片破损
在压缩机高低压侧设置高低压继电器和平衡压力阀门，点击电磁阀开关，通过这个电磁阀演示压缩机故障，此电磁阀是“平衡”电磁阀，点击后，系统循环短路。高压表、低压表压力值基本平衡(运转电流增大，原因是吸气压力大，排气压力更大，负载增大)。此故障产生的原因有: ①压缩机内的高压管断裂; ②连杆断裂; ③气阀阀片损坏;④高压垫损坏。
(2) 毛细管冰堵或者脏堵
在毛细管处设置电磁阀，关闭电磁阀，点击压力继电器开关使其处于“通”的状态，随运行时间的延长，冰堵现象产生，此时注意观察低压表的变化，其示数逐渐趋于负压状态。演示结束后，将电磁阀打开，关闭压力继电器，恢复正常工作状态。
(3) 冷凝器风扇损坏
冷凝器风扇损坏或者不转。点击冷凝器风机开关“断”，风机停止转动，冷凝器不散热，冷凝器内部压力升高，高压表明显升压。高压保护启动，压缩机停机，蜂鸣器报警，视为冷凝器风扇电机损坏。
1．3制冷多功能实验台工作实例－ 制冷量不足故障演示
制冷量不足是当前制冷装置常见的故障，制冷综合实验台可以演示制冷量不足时各监测点参数的变化。
(1) 制冷压缩机效果差，表现在压缩机工作时冷凝压力上升和蒸发压力下降，而安装在冷凝器和蒸发器上的压力表通过温度传感器反馈到计算机，计算机的可视化界面会显示当时的蒸发压力和冷凝压力，超过设置的额定值，表明制冷量下降，图2 为计算机控制界面图形。
图2 计算机控制界面图
(2) 膨胀阀流量增大也会引起蒸发温度过高，使制冷量下降，可以通过膨胀阀的流量控制器查看测试的参数，得出是否是膨胀阀开启度发生故障。
(3) 过滤器脏堵或冰赌，制冷剂通过过滤器阻力增大，流量减少，通过流量控制器可以判断过滤器是否出现故障。
(4) 如果上诉参数都正常，但压缩机吸排气压力比正常低，但排气温度较高，就会确定系统制冷剂不足引起制冷量下降。如果压缩机吸气温度过低，使吸气过热度减少，间接导致制冷剂下降，就会确定制冷剂过量引起的制冷量下降。
2、实验台的优化设计
2．1增加雾化器的使用
在冷凝器与蒸发器的管路之间并联安装雾化器，使制冷剂经过雾化器，通过三通电磁阀来改变制冷剂流向，完成制冷剂在雾化器内的冷凝与蒸发可视化，图3为雾化器的安装图。此外，研制过程中在制冷系统的关键部位安装透明石英管路，实现制冷剂动态可视化。
图3雾化器安装图
2．2制冷多功能实验台加入制冷剂回收实验
该实验台还可以对制冷剂进行净化回收，采用一线维修工人常用的便携式制冷剂回收技术，可以快速的对制冷剂进行回收。
制冷剂净化与收集装置(如图4所示)，包括刺破顶针阀、复合修理阀、干燥过滤器、油分离器、水冷冷凝器、真空泵、制冷剂回收钢瓶、磅秤和截止阀组成。工作前，将各个元件依次通过尼龙软管进行连接，从压缩机工艺管开始，依次经过刺破顶针阀，由于小型的制冷设备没有专门的维修阀门，维修工艺口都是焊接密封的，如果想做到制冷剂能完全回收，就应该在该装置与冰箱的连接部位安装刺破顶针阀，在刺破工艺口的同时马上进行制冷剂回收，确保制冷剂不能排出大气中去。
图4制冷剂净化与回收意图
优化后的制冷综合实验台对制冷净化收集装置对家用冰箱进行了制冷剂回收。在回收制冷剂前，检查各管路的气密性，把低压管连接到制冷系统中压缩机工艺口上，夹紧工艺管上的刺破阀，把高压软管连接到真空泵的排气阀上，高压软管的另一段接回收管路至回收罐。启动真空泵和大风量冷凝器，同时观察复合修理阀压力表的读数，在系统内还有少量的正压力(约0．03MPa)的时候停止回收，暂停制冷剂回收。整个回收过程历时6min，磅秤读数增加0．45kg，原制冷充注量为0．5kg，回收将近系统制冷量的90%，如果进一步回收剩余的制冷剂，停机等待约10min后再次启动制冷剂净化收集装置，会将剩余制冷剂收集完毕，最后有0．1kg的少量制冷剂残留系统中，基本达到制冷剂收集的目的。
3、结论
制冷剂多功能教学实验台经过优化与设计，增加了雾化器和制冷剂回收装置，弥补了制冷剂在蒸发器和冷凝器中的雾化可视，增加了实验装置的实用性。同时，制冷剂回收实验的结合增加了本实验台的功能，为制冷专业开展制冷剂回收实验打下了基础。
