CN103761920B - 一种制冷系统故障模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制冷系统故障模拟实验装置，包括压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器，冷凝器与毛细管之间串接有第一故障模拟调节管路，第一故障模拟调节管路由第一正常运行支路与第一故障模拟支路并联构成，第一正常运行支路上顺次串接有第一控制阀、储液器和第二控制阀，第一故障模拟支路上串接有第一故障模拟控制阀。本发明的制冷系统故障模拟实验装置在制冷系统中串设故障模拟调节管路，能真实实现制冷常见的制冷剂过多或过少故障，和实际中的故障是一样的，不是用其他信号模拟，更重要的是使其能在正常运行和故障模式之间自由切换，这必将为制冷、空调等相关专业学生学习制冷系统工作原理、判断及排除故障带来极大的方便。

Description

一种制冷系统故障模拟实验装置

技术领域

本发明涉及一种制冷系统故障模拟实验装置。

背景技术

制冷原理是制冷、空调专业及许多相关专业学生必须掌握的一门专业课程，而实验实训是实践教学体系的重要环节，是培养学生实践动手能力的关键所在。目前制冷空调方面常见的教学实验仪器和设备，制冷系统的温度、压力等参数均能显示，但在制冷系统常见故障方面，基本上均为用电信号模拟或动态仿真模拟，或用近似的方法模拟故障获得故障的外在表象，因此，学生不能真实的感受制冷系统发生故障时相关参数的变化和故障现象的确切表现等。

中国专利申请号00219115.6公开了一种热力学制冷循环实验仪，由压缩机、冷凝器、毛细管、干燥过滤器、蒸发器与相应的仪器、仪表构成的，压缩机的出口管与冷凝器管进口管相连接，冷凝器管的出口与截止阀的进口相连接，截止阀的出口与干燥过滤器相连接，干燥过滤器的出口与毛细管相连接，毛细管的出口与修理阀相连接，修理阀的出口与蒸发器相连接，蒸发器的出口管与压缩机的进口管相连接；其利用管路中的截止阀与修理阀使学生排除在实验中人为设计的一些故障，以提高学生分析问题和动手解决问题的能力。该实验仪无法实现对诸如脏堵等故障的模拟。因此，有必要研制一种能真实模拟再现常见的脏堵等故障的故障模拟实验装置，且能实现故障模式与正常运行模式的自由切换。

发明内容

本发明的目的是提供一种制冷系统故障模拟实验装置，以解决现有装置无法真实再现常见故障模拟的问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种制冷系统故障模拟实验装置，包括压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器，所述压缩机的排气口与冷凝器进口相连接，冷凝器的出口与毛细管的进口连接，毛细管的出口与蒸发器的进口相连接，蒸发器的出口与压缩机的吸气口相连接，所述冷凝器与毛细管之间串接有第一故障模拟调节管路，所述第一故障模拟调节管路由第一正常运行支路与第一故障模拟支路并联构成，所述第一正常运行支路上顺次串接有第一控制阀、储液器和第二控制阀，所述第一故障模拟支路上串接有第一故障模拟控制阀。

所述冷凝器与毛细管之间串接有第二故障模拟调节管路，所述第二故障模拟调节管路由第二正常运行支路与第二故障模拟支路并联构成，所述第二正常运行支路上串接有正常运行控制阀和正常运行干燥过滤器，所述第二故障模拟支路上串接有第二故障模拟控制阀和用于经过人为故障设置的故障模拟干燥过滤器。

所述压缩机的排气口与吸气口的管路上连接有一个用于提供高压保护与低压保护的高低压控制器。

所述冷凝器为空气冷凝器，该冷凝器上设有冷凝风机。

所述冷凝器与第二故障模拟调节管路之间的管路上设有第一截止阀；第二故障模拟调节管路与毛细管之间的管路上设有第二截止阀。

所述第二故障模拟调节管路与毛细管之间的管路上设有视液镜。

所述压缩机的吸气口及排气口的管路上和冷凝器的出口管路及蒸发器的进口管路上均设有温度计和压力表。

所述冷凝器与第二故障模拟调节管路之间还串接有一个干燥过滤器。

所述第一控制阀、第二控制阀、第一故障模拟控制阀和正常运行控制阀及第二故障模拟控制阀均为电磁阀。

本发明的制冷系统故障模拟实验装置在制冷系统中串设由正常运行支路与故障模拟支路并联构成的故障模拟调节管路，能真实实现制冷常见的制冷剂过多或过少故障，和实际中的故障是一样的，不是用其他信号模拟，更重要的是使其能在正常运行和故障模式之间自由切换，这必将为制冷、空调等相关专业学生学习制冷系统工作原理、判断及排除故障带来极大的方便，有效提高理论和实验实训教学质量。

另外，该实验装置还能模拟脏堵、高压过高和低压过低的故障，还可以显示制冷系统典型部位的温度、压力及诸如结露结霜等现象，制冷系统的学习者很容易通过这些故障产生的原因、相关部位温度、压力等参数在故障发生后的变化，对制冷系统的正常运行、故障都有直观的认识、深刻的理解。

附图说明

图1为本发明制冷系统故障模拟实验装置第一种实施例的结构示意图；

图2为本发明第二种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1所示为本发明制冷系统故障模拟实验装置实施例的结构示意图，由图可知，该装置包括压缩机1、冷凝器3、毛细管17和设置于箱体19内的蒸发器18，压缩机1的出口与冷凝器3进口相连接，冷凝器3的出口与毛细管13相连接，毛细管17的出口与蒸发器18的进口相连接，蒸发器18的出口与压缩机1的进口相连接；冷凝器3与毛细管17之间串接有一个第一故障模拟调节管路，第一故障模拟调节管路由第一正常运行支路与第一故障模拟支路并联构成，第一正常运行支路上顺次串接有第一控制阀6、储液器7和第二控制阀8，第一故障模拟支路上串接有第一故障模拟控制阀5。

另外，为实现脏堵故障的模拟，本实施例在冷凝器与毛细管之间串接有第二故障模拟调节管路，第二故障模拟调节管路由第二正常运行支路与第二故障模拟支路并联构成，第二正常运行支路上串接有正常运行控制阀11和正常运行干燥过滤器12，第二故障模拟支路上串接有第二故障模拟控制阀13和用于经过人为故障设置的故障模拟干燥过滤器14。

本实施例中故障模拟干燥过滤器14的制作，是在故障模拟干燥过滤器的入口处放置杂物，使其流通面积变的很小，从而能实现真实的脏堵故障。

冷凝器3为空气冷凝器，该冷凝器上设有冷凝风机4。

压缩机1的排气口与吸气口的管路上连接有一个用于提供高压保护与低压保护的高低压控制器2，在进行高压保护或低压保护时一般采用根据制冷系统压力控制压缩机启停的方式实现，当然也可以配合使用报警器或指示灯进行辅助提醒。该高低压控制器可以保护压缩机免于排气压力过高或吸气压力过低，高低压控制器的设定值可调。当然，也可以采用设置于压缩机排气口处的一个高压控制器和设置于压缩机吸气口处的一个低压控制器组合代替本实施例的高低压控制器，同样可以实现其原有功能。

为使学生排除在实验中设计的故障，在冷凝器3与第二故障模拟调节管路之间的管路上设有第一截止阀9；在第二故障模拟调节管路与毛细管17之间的管路上设有第二截止阀16。

另外，在第二故障模拟调节管路的出口与毛细管之间的管路上设有视液镜15，使学生能够通过视液镜的视窗直观地看到制冷剂的流动情况，便于实验观察。当然，视液镜的位置也不局限于设置于第二故障模拟调节管路的出口与毛细管之间的管路上，其可以设置在该制冷系统管路的任意一处待观测点，也可以在制冷系统管路的其他合适位置另设置一个或多个视液镜以观察制冷剂的流动情况。

为进一步提供干燥过滤效果，保持控制阀的清洁，在冷凝器3与第二故障模拟调节管路之间还串接有一个干燥过滤器10。优选地，将其设置于冷凝器与第一故障模拟调节管路之间，如图1所示；当然，也可以将其设置于两个故障模拟调节管路之间的管路上，如图2所示。当然，此处不局限于该结构方式，也可以在第一或第二故障模拟调节管路的各支路的进口处分别再设置干燥过滤器，也可以达到相同的效果。

在压缩机的吸气口及排气口的管路上分别设有温度计d、a和压力表D、A，在冷凝器的出口管路上设有温度计b和压力表B，蒸发器的进口管路上设有温度计c和压力表C,用于直观地检测和显示制冷系统典型部位的温度、压力。当然，温度计及压力表也不局限设置于上述位置，其可以设置于该制冷系统管路的任意一处待检测观察点。

为实现正常运行与故障模式自动切换控制，本实施例的第一控制阀、第二控制阀、第一故障模拟控制阀和正常运行控制阀及第二故障模拟控制阀均采用电磁阀。当然，如果是想采用手动控制，也可以将其设置为手动控制阀，可以根据实际需要选择。

本发明的工作原理和过程如下：从蒸发器18出来的低温低压的制冷剂气体被压缩机1吸入，经压缩机压缩后成为高温高压的制冷剂气体；压缩后的制冷剂进入冷凝器3，和空气进行热交换后变为高压“常温”的制冷剂液体（“常温”是指比环境温度略高、通常约有3～5℃的过冷度）；之后，在正常运行模式时，制冷剂依次流经第一控制阀6、储液器7和第二控制阀8；制冷剂不足故障或制冷剂过多故障运行模式时，制冷剂流经第一故障模拟控制阀5；最后，制冷剂经毛细管17节流变成低温低压的气液两相的制冷剂进入位于箱体19中的蒸发器18内进行蒸发，吸收箱体内的热量；随后有一定过热度的低温低压的制冷剂气体离开蒸发器18后被压缩机1吸入，再次被压缩，如此反复循环。

在进行脏堵故障模拟时，制冷剂液体进入第二故障模拟调节管路：在正常运行模式时，制冷剂从正常运行控制阀11和正常运行干燥过滤器12的第二正常运行支路通过；在脏堵故障模式时，制冷剂经第二故障模拟控制阀13和故障模拟干燥过滤器14的第二故障模拟支路通过。

本发明的制冷系统故障模拟实验装置能实现的真实故障有制冷剂不足及制冷剂过多、脏堵、高压过高和低压过低，故障与正常运行之间能自由切换。下面结合具体过程说明各种故障的实现及各个实验实训的实现。

1、制冷剂不足及制冷剂过多故障的实现及实验实训

实现制冷系统制冷剂不足故障、制冷剂过多故障的原理：制冷系统处于正常模式运行时，第一故障模拟控制阀5的阀门关闭，制冷剂依次流经第一控制阀6、储液器7和第二控制阀8。由于储液器7有储存制冷剂的功能，因此在一定范围内，制冷剂略多或略少不会影响制冷系统的正常运行。也就是说，在一定范围内，带有储液器的制冷系统对制冷剂的充注量不敏感。制冷系统正常运行模式下，通过第一故障模拟控制阀5、第一控制阀6和第二控制阀8的协同动作，将制冷系统中部分制冷剂收于储液器7中，并将储液器短路（即制冷剂不经过储液器），这样就可以实现真实的制冷系统制冷剂不足的故障；而在制冷系统正常运行模式下，可以通过第一故障模拟控制阀5、第一控制阀6和第二控制阀8的协同动作，把储液器7中的制冷剂释放于制冷系统中，并将储液器短路（即制冷剂不经过储液器），这样就可以实现真实的制冷系统制冷剂过多故障。

（1）制冷剂不足故障的实现及实验实训

首先将制冷系统设置于正常运行模式，即将第一故障模拟控制阀5断电，第一控制阀6和第二控制阀8通电，此时压缩机仍保持运行；然后将第二控制阀8断电，制冷剂进入储液器7中，持续一定时间后将第一故障模拟控制阀5通电，同时断开第一控制阀6，这样制冷剂流经第二故障模拟支路的第一控制阀5，第一正常运行支路上的储液器被短路，由于部分制冷剂被封于储液器中不能参与制冷系统循环，从而实现了真实的制冷系统制冷剂不足的故障。

制冷剂不足故障的判断和排除：当系统出现制冷剂不足的故障时，制冷系统制冷效果明显变差，蒸发器部分结霜甚至不结霜，毛细管出口、蒸发器出口处的低压表压力过低，压缩机排气口、冷凝器出口处的高压表压力过低，压缩机吸气口的温度明显升高，说明制冷系统发生了制冷剂不足故障。向制冷系统适当补充制冷剂，即可排除制冷剂不足故障。排除故障后，故障现象消失，制冷效果良好。

（2）制冷剂过多故障的实现及实验实训

首先将制冷系统设置于正常运行模式，即将第一故障模拟控制阀5断电，第一控制阀6和第二控制阀8通电，此时压缩机仍保持运行；然后将第一控制阀6断电，储液器7中的制冷剂被压缩机抽入制冷系统，持续一定时间后将第一故障模拟控制阀5通电，同时将第二控制阀8断电。这样制冷剂流经第二故障模拟支路的第一控制阀5，第一正常运行支路上的储液器被短路，由于原先存储于储液器中的较多的制冷剂离开储液器参与到制冷系统循环，从而实现了真实的制冷系统制冷剂过多的故障。

制冷剂过多故障的判断和排除：当制冷系统制冷效果明显变差，蒸发器出口至压缩机吸气口结霜，甚至压缩机机头也上霜，毛细管出口、蒸发器出口处的低压表压力过高，压缩机排气口、冷凝器出口处的高压表压力过高，压缩机吸气口处的温度明显降低，说明制冷系统发生了制冷剂过多故障。从制冷系统适当放出一些制冷剂，即可排除制冷剂过多故障。排除故障后，故障现象消失，制冷效果良好。

2、脏堵故障的实现及实验实训

脏堵故障的实现：使正常运行控制阀11失电，阀门关闭，切断制冷剂流经正常运行干燥过滤器12的通路，即断开第二正常运行支路；同时，第二故障模拟控制阀13（常闭型）带电，阀门打开，制冷剂流过故障模拟干燥过滤器14；此时，制冷系统处于脏堵故障运行模式，即实现了真实的脏堵故障，出现该故障时，故障模拟干燥过滤器14的出口处明显发凉，甚至出现结露、结霜，这些都是脏堵故障所特有的典型现象。

脏堵故障的判断和排除：根据制冷系统出现的上述故障现象，可以判断发生了脏堵故障。

排除脏堵故障的方法和步骤：关闭第一截止阀9，制冷压缩机继续运行一定时间，待压力表D显示的压力基本上为零表压时，切断实验装置的总电源，同时迅速关闭第二截止阀16。然后，把故障模拟干燥过滤器14从系统上拆下来，可以看到其入口处的确有严重的堵塞情况。取出异物，安装好故障模拟干燥过滤器，经气密性实验后，对制冷系统被隔离的部分抽真空，打开之前关闭的第一截止阀和第二截止阀，接通电源，制冷系统运行恢复正常。

此次脏堵故障判断和排除实验实训完成后，只需把异物重新置于故障模拟干燥过滤器的入口处，即可再次进行脏堵故障实验实训。

3、高压过高故障的实现及实验实训

高压过高故障的实现：制冷系统正常运行时关闭冷凝风机4，冷凝状况恶化，高压将明显高于正常水平。当压力升高至高低压控制器的高压设定值时，高低压控制器2控制压缩机1停机。

在出现高压过高故障时，还能从温度计、压力表观察制冷系统典型部位的温度、压力变化情况。

高压过高故障的判断和排除：观察发现压力表A和B处（压缩机排气口、冷凝器出口）压力过高时，说明制冷系统发生了高压过高故障。检查制冷系统，会发现冷凝风机4停止了工作。当冷凝风机4正常工作后，手动复位高低压控制器（本实验装置使用的高低压控制器的高压侧是手动复位型）后，制冷系统正常工作，高压过高故障排除。

4、低压过低故障的实现及实验实训

低压过低故障的实现：脏堵故障时即伴随有低压过低的非正常现象，也可手动关闭第一截止阀9或毛细管前的第二截止阀16来造成真实的低压过低故障。

低压过低故障的判断和排除：观察压力表C和D处（毛细管出口、蒸发器出口）压力过低时，说明制冷系统发生了低压压力过低故障。检查制冷系统，若为脏堵引起的低压过低故障，排除脏堵后低压过低故障也随之排除。若为手动关闭了第一截止阀9或毛细管上游的第二截止阀16造成的低压过低故障，打开此截止阀即可排除低压过低故障。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种制冷系统故障模拟实验装置，包括压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器，所述压缩机的排气口与冷凝器进口相连接，冷凝器的出口与毛细管的进口连接，毛细管的出口与蒸发器的进口相连接，蒸发器的出口与压缩机的吸气口相连接，其特征在于：所述冷凝器与毛细管之间串接有用于模拟制冷剂不足或制冷剂过多故障的第一故障模拟调节管路，所述第一故障模拟调节管路由第一正常运行支路与第一故障模拟支路并联构成，所述第一正常运行支路上顺次串接有第一控制阀、储液器和第二控制阀，所述第一故障模拟支路上串接有第一故障模拟控制阀；

所述冷凝器与毛细管之间串接有第二故障模拟调节管路，所述第二故障模拟调节管路由第二正常运行支路与第二故障模拟支路并联构成，所述第二正常运行支路上串接有正常运行控制阀和正常运行干燥过滤器，所述第二故障模拟支路上串接有第二故障模拟控制阀和用于经过人为故障设置的故障模拟干燥过滤器，该故障模拟干燥过滤器用于模拟脏堵故障，通过断开第二正常运行支路打开第二故障模拟控制阀实现脏堵故障的模拟。

2.根据权利要求1所述的制冷系统故障模拟实验装置，其特征在于：所述压缩机的排气口与吸气口的管路上连接有一个用于提供高压保护与低压保护的高低压控制器。

3.根据权利要求1所述的制冷系统故障模拟实验装置，其特征在于：所述冷凝器为空气冷凝器，该冷凝器上设有冷凝风机。

4.根据权利要求1所述的制冷系统故障模拟实验装置，其特征在于：所述冷凝器与第二故障模拟调节管路之间的管路上设有第一截止阀；第二故障模拟调节管路与毛细管之间的管路上设有第二截止阀。

5.根据权利要求1所述的制冷系统故障模拟实验装置，其特征在于：所述第二故障模拟调节管路与毛细管之间的管路上设有视液镜。

6.根据权利要求1所述的制冷系统故障模拟实验装置，其特征在于：所述压缩机的吸气口及排气口的管路上和冷凝器的出口管路及蒸发器的进口管路上均设有温度计和压力表。

7.根据权利要求1所述的制冷系统故障模拟实验装置，其特征在于：所述冷凝器与第二故障模拟调节管路之间还串接有一个干燥过滤器。

8.根据权利要求1所述的制冷系统故障模拟实验装置，其特征在于：所述第一控制阀、第二控制阀、第一故障模拟控制阀和正常运行控制阀及第二故障模拟控制阀均为电磁阀。