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摘 要： 本文闡述了上海巨怡綜合試驗箱(試驗設備)的基本工作原理，介紹了如何對綜合試驗箱的故障進行分析和判斷，並就一個典型故障進行了分析。
關鍵字： 巨怡綜合試驗箱 工作原理 故障分析 (試驗設備)
1. 引言
巨怡綜合試驗箱是指能同時施加溫度、濕度應力的試驗箱，它與振動臺相結(jié)合可以組成綜合試驗系統(tǒng)。隨著我國工業(yè)產(chǎn)品研製的需要，近幾年來，我國從國外引進了大批綜合試驗系統(tǒng)，為我國工業(yè)產(chǎn)品的研製和定型發(fā)揮了重要作用。但由於綜合試驗箱本身的複雜性，使得綜合試驗箱在運行中出現(xiàn)了許多問題，而且出現(xiàn)了問題不能及時解決，大大延長了試驗週期，影響了產(chǎn)品的研製工作。而產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是對綜合試驗箱的工作原理不了解。為此，本文將對綜合試驗箱的基本工作原理作一簡要闡述，並介紹如何對綜合試驗箱(試驗設備)的故障進行分析和判斷。
2. 巨怡綜合試驗箱的原理----------(試驗設備)
巨怡綜合試驗箱由製冷系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，濕度系統(tǒng)，空氣循環(huán)系統(tǒng)，和感測器系統(tǒng)等組成，系統(tǒng)方框圖見圖1, 上述系統(tǒng)分屬電氣和機械製冷兩大方面。下麵初步敘述幾個主要系統(tǒng)的工作原理和工作過程：
巨怡綜合試驗箱的系統(tǒng)方框圖
2.1 製冷系統(tǒng)------------(試驗設備)
製冷系統(tǒng)是巨怡綜合試驗箱的關鍵部分之一。一般來說，(試驗設備)綜合試驗箱的製冷方式都是機械製冷以及輔助液氮製冷，機械製冷採用蒸氣壓縮式製冷，該製冷方式是人工製冷中應用廣泛而又經(jīng)濟的製冷方式之一。蒸氣壓縮式製冷型式有：單級製冷、多級製冷和複疊式製冷，它們主要由壓縮機，冷凝器，節(jié)流機構(gòu)和蒸發(fā)器組成。由於我們試驗的溫度低溫要達到-55℃，單級製冷難以滿足要求，因此綜合試驗箱的製冷方式一般採用複疊式製冷。下麵以義大利ACS公司生產(chǎn)的綜合試驗箱的製冷系統(tǒng)為例作一簡要介紹，該製冷系統(tǒng)簡化圖。它由兩部分組成，分別稱為高溫部分和低溫部分，每一部分都是一個相對獨立的製冷系統(tǒng)。高溫部分中製冷劑（HP80）的蒸發(fā)吸收來自低溫部分的製冷劑（R23）的熱量而汽化；低溫部分製冷劑的蒸發(fā)則從被冷卻的對象（試驗箱內(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蒸發(fā)冷凝器聯(lián)繫起來的，它既是高溫部分的蒸發(fā)器，也是低溫部分的冷凝器A
試驗箱的高溫部分製冷劑採用中溫製冷劑HP80，低溫部分製冷劑採用低溫製冷劑R23，箱內(nèi)溫度能達到-70℃。
注：圖中實線表示高溫機組，虛線表示低溫機組，粗線表示兩者的聯(lián)繫部分
圖2 ACS試驗箱製冷系統(tǒng)簡化圖
2.2 加熱系統(tǒng)----(試驗設備)
巨怡綜合試驗箱的加熱系統(tǒng)相對製冷系統(tǒng)而言，是比較簡單的。它主要由大功率電阻絲組成。由於綜合試驗箱要求的升溫速率較大，因此綜合試驗箱的加熱系統(tǒng)功率都比較大，而且在試驗箱的底板也設有加熱器。
2.3 控制系統(tǒng)
控制部分是綜合試驗箱的核心，它決定了試驗箱的升降溫速率，精度等重要指標。現(xiàn)有綜合試驗箱的控制器大都採用PID控制，也有少部分採用PID與模糊控制相結(jié)合的控制方式。由於控制系統(tǒng)基本上屬於軟體的範疇，而且此部分在使用過程中，一般不會出現(xiàn)問題，因此，本文不對控制系統(tǒng)作太多的介紹。
2.4 濕度系統(tǒng)---------(試驗設備)
濕度系統(tǒng)分為加濕和除濕兩個子系統(tǒng)。
巨怡綜合試驗箱的加濕方式一般採用蒸氣加濕法，即將低壓蒸氣直接注入試驗空間加濕。這種加濕方法加濕能力強，速度快，加濕控制靈敏，尤其在降溫時容易實現(xiàn)強制加濕。
巨怡綜合試驗箱的除濕方式有兩種：機械製冷除濕和乾燥器除濕。機械製冷除濕的除濕原理是將空氣冷卻到露點溫度以下，使大於飽和含濕量的水氣凝結(jié)析出，這樣就降低了濕度。乾燥器除濕是利用氣泵將試驗箱內(nèi)的空氣抽出，並將乾燥的空氣注入，同時將濕空氣送入可迴圈利用的乾燥器進行乾燥，乾燥完後又送入試驗箱內(nèi)，如此反復迴圈進行除濕?，F(xiàn)在大部分綜合試驗箱採用前一種除濕方法。後一種的除濕方法，可以使露點溫度達到0℃以下，適用於有特殊要求的場合，但費用較貴。
2.5 感測器系統(tǒng)
巨怡綜合試驗箱的感測器主要是溫度和濕度感測器。溫度感測器應用較多的是鉑電阻和熱電偶。濕度的測量方法有兩種：幹濕球溫度計法和固態(tài)電子式感測器直接測量法。由於幹濕球法測量精度不高，現(xiàn)在的綜合試驗箱正逐步地以固態(tài)感測器代替幹濕球來進行濕度的測量。
2.6 空氣循環(huán)系統(tǒng)空氣循環(huán)系統(tǒng)一般由離心式風扇和驅(qū)動其運轉(zhuǎn)的電機構(gòu)成。它提供了試驗箱內(nèi)空氣的迴圈。
3. 故障的分析判斷
由於巨怡綜合試驗箱是一個既有電氣又有製冷機械等多個系統(tǒng)組成的設備，因此，一旦設備出現(xiàn)問題，一定要全面地對整個設備進行檢查和綜合分析。一般來說，分析判斷的過程可以先"外"後"裏"。即首先排除外部因素，如冷卻水、供電等，在*排除外部因素後，根據(jù)故障現(xiàn)象，對設備進行先系統(tǒng)分解後系統(tǒng)綜合的分析判斷，可以採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，zui後查找是否製冷系統(tǒng)的問題。表1提供了一些常見故障的分析表。(試驗設備)
表1 故障分析表
故障現(xiàn)象 | 故障原因分析 | 排除故障方法 |
設備不降溫 | 1. 製冷系統(tǒng)製冷劑量不足（漏氟）。 2. 製冷系統(tǒng)管路發(fā)生髒堵或冰堵。 3. 向蒸發(fā)器供液的電磁閥損壞。 4. 膨脹閥的流量過大或過小或損壞。 | 1. 查漏，並充氟。 2. 更換被堵器件或乾燥劑。 3. 更換電磁閥。 4. 調(diào)整或更換膨脹閥。 |
設備升溫緩慢 | 1. 加熱器的熱保險被燒斷。 2. 控制加熱器工作的接觸器損壞。 | 1. 更換熱保險。 2. 更換接觸器。 |
系統(tǒng)不工作 | 1. 離心式風扇未運轉(zhuǎn)。 | 1. 風扇保險燒壞，更換保險；風扇熱保護，複位保護開關。 |
壓縮機不運轉(zhuǎn) | 1. 壓縮機的保險燒壞。 2. 電源電壓不夠。 3. 控制壓縮機啟動的接觸器損壞。 | 1. 更換保險。 2. 提高供電電壓。 3. 更換接觸器。 |
排氣壓力過高 | 1. 製冷系統(tǒng)中有空氣。 2. 冷卻水量不足或溫度過高。 3. 冷凝器水管積垢過厚。 | 1. 放空氣。 2. 增加供水量。 3. 清洗冷凝器。 |
吸氣壓力過低 | 1. 製冷系統(tǒng)製冷劑量不足。 2. 膨脹閥冰堵或損壞。 3. 篩檢程式堵塞。 | 1. 查漏，並充氟。 2. 對管路進行乾燥或更換膨脹閥。 3. 更換篩檢程式。 |
系統(tǒng)不能加濕 | 1.加濕鍋爐的保險燒壞。 | 1.更換保險。 |
系統(tǒng)不能除濕 | 1.用於除濕的壓縮機未啟動。 2.除濕電磁閥不工作。 | 1.參照壓縮機不工作的排故方法對照解決。 |
4.典型故障分析--------(試驗設備)
綜合試驗箱在-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3 溫度運行曲線示意圖
對該故障現(xiàn)象進行分析
1）(試驗設備) 試驗箱能夠製冷，說明外部因素-冷卻水的問題可以排除。
2） 由於是溫度保持不住，觀察製冷壓縮機在(試驗設備)試驗箱運行過程中是否能夠正常啟動，壓縮機在試驗箱運行過程中都能夠啟動，說明從主電源到各壓縮機的電氣線路正常，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)檢查製冷系統(tǒng)。首先檢查兩組製冷機組的排氣和吸氣壓力，發(fā)現(xiàn)主機組的低溫（R23）級壓縮機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)，說明主製冷機組的製冷劑量不足。用手摸主機組R23壓縮機的排氣和吸氣管路，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），這也說明了主機組的R23製冷劑缺乏，系統(tǒng)漏氟。
4） 為確定故障原因，(試驗設備)結(jié)合試驗箱的控制過程進一步確認故障原因，該試驗箱擁有兩套製冷機組，一為主機組，另一為輔助機組。在降溫速率較大時，兩組機組同時工作，在溫度保持階段初期，兩組機組依然同時工作。待溫度初步穩(wěn)定下來，輔助機組停止工作，由主機組來維持溫度的穩(wěn)定。如果主機組的R23洩漏，會使主機組製冷效果不大，由於降溫過程中，兩組機組同時工作，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，一旦輔助機組停止工作，主機組又無製冷作用，試驗箱內(nèi)的空氣就會緩慢上升，當溫度上升到一定程度，控制系統(tǒng)就會啟動輔助機組來降溫，將溫度下降至設定值（-55℃）附近，然後輔助機組又停止工作，如此反復，便會出現(xiàn)如圖3所示的故障現(xiàn)象。至此，已確認為產(chǎn)生故障的原因是主機組的低溫（R23）級機組的製冷劑R23洩漏。 (試驗設備)
5） 對製冷系統(tǒng)進行查漏，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的細縫。更換此電磁閥後，對系統(tǒng)重新充氟，系統(tǒng)運行正常。 由上文可以看出，對該故障現(xiàn)象的分析和判斷基本上是由易至難，先"外"後"裏"，先"電氣"後"製冷"的脈絡進行分析和判斷的，熟悉和瞭解試驗箱(試驗設備)的原理和工作過程是分析故障和判斷故障的基礎。(試驗設備)
5.結(jié)束語
綜上所述，只有深入瞭解綜合試驗箱(試驗設備)的工作原理和工作過程，才能迅速地解決綜合試驗箱在運行過程中出現(xiàn)的問題。希望本文能夠?qū)氖颅h(huán)境設備管理運行維護人員有所裨益，共同推動我國環(huán)境工程的發(fā)展。(試驗設備)
