CC BY
33
ТЕХНОЛОГИИ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
УДК 621.569.92.041
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ БЫТОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
© 2012 г. А.В. Кожемяченко, М.А. Лемешко, В.В. Рукасевич
Южно-Российский государственный университет South-Russian State University
экономики и сервиса, г. Шахты of the Economy and Service, Shahty
Рассмотрен способ диагностирования технического состояния бытовых холодильных приборов, основанный на оценке технического состояния по скорости снижения температуры воздуха в отделениях диагностируемого и эталонного бытовых холодильных приборов за фиксированный промежуток времени.
Ключевые слова: диагностирование; холодильный прибор; скорость охлаждения.
In article the way of diagnosing of a technical condition of the household refrigerating devices, based on an estimation of a technical condition on speed of decrease in temperature of air in branches of diagnosed and reference household refrigerating devices for the fixed time interval is considered.
Keywords: diagnosing; the refrigerating device; speed of cooling.
Опыт эксплуатации бытовых холодильных приборов (БХП) показывает, что на изменение его технического состояния влияют такие эксплуатационные факторы, как:
- режим работы холодильной машины (зависит от установки терморегулятора);
- температура и скорость движения окружающего воздуха; температура кипения холодильного агента (зависит от конструктивного устройства БХП и вида хладагента);
- степени износа трибосопряжений хладонового компрессора;
- степени засорения внутренних полостей герметичного холодильного агрегата;
- количества хладагента в системе герметичного холодильного агрегата;
- плотности прилегания двери к холодильному шкафу и др.
Совокупность влияния этих факторов приводит к ухудшению технического состояния БХП, например к увеличению его суточного энергопотребления (рис. 1).
Определение технического состояния БХП в условиях воздействия эксплуатационных факторов является современной актуальной задачей, особенно в рамках реализации требований закона Российской Федерации «Об энергосбережении, о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
Современные конструкции БХП характеризуются увеличением степени автоматизации процессов регулирования холода, размораживания низкотемператур-
ного отделения, отключения хладонового компрессора при перегреве [1]. Однако в них отсутствуют встроенные технические средства самодиагностирования технического состояния подсистем БХП и холодильной машины в целом в процессе эксплуатации.
Существующие способы определения технического состояния БХП в период технической эксплуатации характеризуются использованием громоздких измерительных средств, длительностью испытаний, применением шкальных манометров, ручным управлением процессов измерений, что обусловливает относительно высокую погрешность измерений. Они, как правило, не учитывают влияния температуры окружающего воздуха [1, 2].
С учётом вышесказанного в настоящее время особый интерес представляет решение задачи автономности процесса определения технического состояния БХП, увеличения достоверности оценки его технического состояния при сокращении затрат времени на диагностику.
Предлагаемое решение поставленной задачи заключается в том, что техническое состояние БХП оценивается по скорости снижения температуры в низкотемпературном и холодильном отделениях БХП за фиксированный отрезок времени или по промежутку времени работы хладонового компрессора от включения до достижения в отделении (отделениях) установленного значения температуры. При этом сравнивается скорость охлаждения испытуемого БХП со скоростью охлаждения эталонного (заведомо исправного) БХП. По разности скоростей охлаждения судят о техническом состоянии диагностируемого БХП.
Рис. 1. Влияние эксплуатационных факторов на техническое состояние бытовых холодильных приборов
Реализация предлагаемого способа предусматривает процедуры размещения датчиков температуры в отделения диагностируемого БХП, датчиков температуры окружающего воздуха, подключение устройства учета времени работы хладонового компрессора и использование контроллера для сбора и обработки информации, процессов измерений, вычислений и индикацию технического состояния БХП.
Основой разработки предлагаемого способа явились результаты исследований влияния температуры окружающего воздуха на теплоэнергетические характеристики герметичного агрегата БХП [3, 4].
Согласно данным [5], при испытаниях холодильных агрегатов БХП компрессор, входящий в состав агрегата, предварительно подвергали теплоэнергетическим испытаниям, результаты которых представили в виде семейства кривых Ga = f (Тк), где Ga - массо-
вая производительность агрегата, кг/с; Тк - температура конденсации, К.
Массовую производительность Ga, полученную в результате испытаний холодильного агрегата по тепловому балансу калориметра со вторичным холодильным агентом, наносили на график, построенный ранее для испытаний компрессора.
Испытания холодильного агрегата проводили на калориметрическом стенде, принципиальная схема которого показана на рис. 2.
Для расширения функциональных возможностей при испытании холодильных агрегатов стенд снабжен байпасной линией, содержащей регулирующий орган, моделирующий эффект засорения линии высокого давления, и дифференциальный манометр, обеспечивающий контроль перепада давления хладона до и после регулирующего органа.
Рис. 2. Принципиальная схема калориметрического стенда для испытаний холодильного агрегата: 1 - электрический калориметр; 2 - электронагревательный элемент; 3 - змеевик - испаритель; 4 - компрессор; 5 - змеевиковый маслоохладитель; 6 - форконденсатор; 7 - конденсатор; 8 - соединительная муфта; 9 - ресивер; 10 - мерное стекло; 11 - технологический фильтр - осушитель; 12 - прибор для определения концентрации масла; 13 - дифференциальный ртутный манометр; 14 - устройство для регулирования проходимости жидкостной линии; 15 - регулирующий вентиль; 16 - реле давления; 17 - теплоизолированная камера; 18 - электрический нагреватель; 19 - вентилятор; 20 - конденсатор; 21 - контактный термометр
Испытания агрегата проводили в диапазоне температур кипения хладагента от 243 до 263 К и температуре воздуха вокруг стенда от 289 до 316 К, что соответствовало реальным условиям эксплуатации современных моделей БХП и требованиям ГОСТов 17008-85 и 16317-83.
Для этого экспериментальный холодильный прибор помещали в теплоизолированную камеру, а требуемый температурный режим вокруг БХП поддерживали с помощью электрических нагревателей, вентиляторов кондиционера и контактных термометров с использованием усилительных устройств УКТ-4, обеспечивающих точность поддержания заданной температуры ±0,1 К. Скорость воздуха вокруг экспериментального стенда не превышали 0,25 м/с.
Характеристики температурного поля, герметичного холодильного агрегата и воздуха внутри шкафа испытуемого БХП, а также воздуха вокруг него измеряли ртутными лабораторными термометрами типа ТЛ-6 с ценой деления 0,1 К. Температуру металлических элементов хладонового компрессора, смазочного масла и хладагента R600а определяли с использованием медьконстантановых термопар Тл, Тлт.. Термопары устанавливали по тракту движения хладона от всасывающего патрубка хладонового компрессора до входа
в испаритель низкотемпературного отделения, в масляную ванну и полости всасывания и нагнетания хла-донового компрессора.
Термопары предварительно тарировали с построением зависимости = /(Я), где - показания тарированного прибора, мВ; К - значение температуры показаний термопары, К.
Показания образцовых манометров и моновакуумметров фиксировали согласно поправкам, указанным в свидетельствах на данные приборы. Мощность, подводимую к экспериментальному БХП, устанавливали и поддерживали автотрансформатором. При испытаниях величину атмосферного давления определяли ртутным барометром. Сопротивление рабочей и пусковой обмотки статора встроенного электродвигателя хладонового компрессора измеряли с помощью моста постоянного тока МО-62 класса 0,1 путем использования косвенного метода.
Исследованиями установлено, что на определенном интервале изменения температуры в охлаждаемом отделении скорость охлаждения может быть описана линейной функцией.
Холодопроизводительность агрегата определяли по уравнению: багр = ^тр('атр1 ~ 'а^Х где Сагр - мас-
совая производительность агрегата, кг/с; и -соответственно энтальпии хладагента перед входом и на выходе из агрегата.
Исследования проводились при фиксированных значениях температуры окружающего воздуха 289, 298, 305, 315, 323 К, для температур кипения хладагента 263, 253, 243, К.
Как видно из рис. 3 зависимости температуры в отделениях БХП от времени работы хладонового компрессора при различных температурах окружающего воздуха на некотором диапазоне изменения температур в отделениях линейна, а скорость охлаждения (угол наклона линии) одинакова при различных температурах окружающего воздуха. Таким образом, измеряя скорость охлаждения при любых температурах окружающего воздуха, можно оценивать техническое состояние БХП. При этом скорость охлаждения определяет холодопроизводительность герметичного агрегата, объем охлаждаемого продукта и, в целом, техническое состояние всех подсистем БХП.
Температура окружающего воздуха Т, °С
Время процесса т, мин
Рис. 3. Зависимость температур в охлаждаемом отделении БХП от времени работы компрессора
При диагностике или при определении технического состояния БХП отделения не загружаются продуктами, и для каждого объема отделения нового (эталонного) и диагностируемого БХП скорость охлаждения характеризует техническое состояние всех его подсистем в совокупности, а по отклонению фактической (измеренной) скорости охлаждения от эталонной оценивается его техническое состояние.
С другой стороны, целесообразнее реализовывать диагностику технического состояния в процессе размораживания, что способствует автоматизации процесса диагностирования.
Модификации такого подхода позволяют определить техническое состояние различных подсистем БХП: герметичный агрегат, испаритель, конденсатор, компрессор, фильтр-осушитель.
В каждом случае решение об оценке технического состояния диагностируемой подсистемы БХП является ее интегральной оценкой по соответствию фактической и эталонной скоростям охлаждения.
Скорость охлаждения (рис. 4) определяем из выражения:
V =
охл
ДТ
где АТ - диапазон температур от начального значения (равного температуре окружающего воздуха) до конечного, измеренного через установленный отрезок времени работы хладонового компрессора т.
АТЭ
мин
Рис. 4. Зависимость температур в охлаждаемом отделении для эталонного и диагностируемого БХП от времени работ компрессора
Для эталонного БХП скорость охлаждения равна
V=
ДТ
для диагностируемого - V = -
ДТ„
откло-
X X
нение скорости охлаждения в диагностируемом БХП от скорости охлаждения в эталонном БХП равно
ДТэ-ДТ д
ДV =—э-д
отл
По величине этого отклонения оценивается техническое состояние диагностируемого БХП. Косвенно скорость охлаждения можно определить (рис. 5) при одинаковом диапазоне изменения температур (АТэ = АТд) временем работы компрессора, затрачиваемым для охлаждения холодильного отделения до заданного (Тохл) значения температуры, т.е. измерять тэ и тд, а техническое состояние БХП при этом определяется величиной Ахохл = хд - хэ.
Т
1 от
7
Y
tэ
t, мин
Рис. 5. Изменение температур эталонного и диагностируемого БХП при обеспечении заданной температуры в охлаждаемом отделении
х
х
э
АТэ= АТи
Т
т
и
Так же скорость охлаждения можно косвенно определить (рис. 4) путем задания одинакового периода времени работы компрессора для эталонного и для диагностируемого БХП, т.е. при тэ =тд =т,
тогда техническое состояние БХП определяется как ДТ = ДТэ - ДТд - по отличию времени, затрачиваемого на охлаждение сравниваемых БХП.
Выводы
Таким образом, сущность рассматриваемого способа оценки технического состояния БХП заключается в сравнении скоростей охлаждения эталонной и диагностируемой холодильной машины.
При этом сравнение скоростей охлаждения может выполняться на основе:
- сведений о скоростях охлаждения (без загрузки продуктов нового БХП до начала его эксплуатации и после определенного срока эксплуатации;
- сведений о скорости охлаждения в однотипном БХП - эталоне, заведомо исследованном и исправном;
- сведений об ожидаемой скорости охлаждения на основе теплотехнических расчетов;
- сведений, полученных с применением критериев подобия [6].
Рассматриваемый способ позволяет упростить процесс измерения и исключить присутствие оператора при снятии характеристик БХП.
Литература
1. А.с. СССР № 1315762 МПК 4F25B 49/00. Стенд для испытания герметичного холодильного агрегата: [Текст] / И.В.Болгов, В.В.Левкин, А.В.Кожемяченко, С.Н.Алехин и др.; заявитель и патентообладатель Шахтинский технологический институт бытового обслуживания. № 389590/23-06; заявл. 16.05.85, опубл. 07.06.87 // Бюл. № 21.
2. Лепаев Д.А. Ремонт бытовых холодильников. М., 1989. С. 255 - 258.
3. Кожемяченко А.В., Алексеенко Л.Д., Недохлебов В.А. Результаты экспериментального определения технического состояния бытовых холодильных приборов в процессе их эксплуатации / Вестн. Восточноукраинского национального университета им. В. Даля. Луганск, 2009. № 2 (132). С. 184 - 190.
4. Кожемяченко А.В., Петросов С.П. Результаты испытания агрегата БХП в условиях воздействия эксплуатационных факторов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2006. № 10. С. 134 - 136.
5. Якобсон В.Б. Малые холодильные машины. М., 1977. 368 с.
6. Пат. № 2354899 Рос. Федерация МПК F25B 49/02 (2006.01) 01М 19/00. Способ определения технического состояния подсистем бытовых компрессионных холодильников / В.А. Першин, А.В. Кожемяченко, Д.В. Рус-ляков и др.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса», № 2007120003, заявл. 29.05.2007; опубл. 10.05.2009 // Бюл. № 13.
Поступила в редакцию 30 марта 2012 г.
Кожемяченко Александр Васильевич - д-р техн. наук, профессор, Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты.
Лемешко Михаил Александрович - доцент, Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты.
Рукасевич Владимир Владимирович - аспирант, Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты. vova1572@rambler.ru
Kozhemjachenko Aleksandr Vasilievich - Doctor of Technical Sciences, professor, South-Russian State University of the Economy and Service, Shahty.
Lemeshko Michael Aleksandrovich - assistant professor, South-Russian State University of the Economy and Service, Shahty.
Rukasevich Vladimir Vladimirovich - post-graduate student, South-Russian State University of the Economy and Service, Shahty.
