空調(diào)器部件的脈沖和耐壓試驗(yàn)裝置研制

姜敬德，李 敏，姜靈雨

（1.上海出入境檢驗(yàn)檢疫局機(jī)電產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)中心，上海200135；2.華東理工大學(xué)，上海201424）

空調(diào)器部件的脈沖和耐壓試驗(yàn)裝置研制

姜敬德1，李 敏1，姜靈雨2

（1.上海出入境檢驗(yàn)檢疫局機(jī)電產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)中心，上海200135；2.華東理工大學(xué)，上海201424）

對(duì)GB4706.32-2012新提出的壓力測(cè)試條款要求的壓力試驗(yàn)裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)研制。該組合制冷系統(tǒng)部件壓力試驗(yàn)裝置集合了手動(dòng)和自動(dòng)控制，集合了耐壓試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)裝置，具有高度集成化、運(yùn)行穩(wěn)定性、高響應(yīng)精度、便于維護(hù)、測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)的有益技術(shù)效果，在壓力試驗(yàn)裝置領(lǐng)域進(jìn)行了新技術(shù)的開拓。

空調(diào)器；耐壓試驗(yàn)；脈沖試驗(yàn)

1 前言

新版中國強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB4706.32-2012《家用和類似用途電器的安全——熱泵、空調(diào)器和除濕機(jī)的特殊要求》中增加了附錄EE：壓力測(cè)試條款的要求。在一般要求中提到：所有制冷系統(tǒng)部件應(yīng)能承受在正常運(yùn)行、非正常運(yùn)行和停機(jī)狀態(tài)下預(yù)期的最高壓力。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)該章節(jié)規(guī)定的耐壓性能試驗(yàn)和疲勞性能試驗(yàn)，研制了本套組合制冷系統(tǒng)部件壓力試驗(yàn)裝置。該壓力試驗(yàn)臺(tái)使用常溫清水作為測(cè)試介質(zhì)，具有清潔、成本低、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，是制冷系統(tǒng)零部件按照GB4706.32要求進(jìn)行壓力測(cè)試的必需設(shè)備。

2 工作原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)內(nèi)部使用了交流380V的動(dòng)力電源、交流220V的控制電源，測(cè)試使用的介質(zhì)為常溫普通清水，最高工作壓力為50MPa，故使用過程中必須特別注意漏電的防護(hù)和高壓射流的傷害。本測(cè)試系統(tǒng)可同時(shí)滿足對(duì)空調(diào)系統(tǒng)及其元器件的疲勞和耐壓測(cè)試要求，主要由高壓壓力源、傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測(cè)試隔間組成。

圖1 系統(tǒng)裝置圖

（1）保溫水箱

保溫水箱采用304冷軋薄板焊接而成，采用隔層結(jié)構(gòu)，兩層箱壁板之間填充起隔熱作用的硅酸鋁保溫棉。箱體上安裝放液閥、空氣濾清器、液位計(jì)、不銹鋼高低液位繼電器、溢流管等。箱體進(jìn)水管路上安裝有進(jìn)水電磁閥，當(dāng)保溫水箱水位低于一定值時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)控制進(jìn)水電磁閥打開進(jìn)水；當(dāng)保溫水箱內(nèi)水位達(dá)到一定高度時(shí)，控制系統(tǒng)控制進(jìn)水電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，使得保溫水箱內(nèi)水位始終保持在正常工作所需范圍內(nèi)。萬一控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致保溫水箱內(nèi)水位過高并且也無法關(guān)閉進(jìn)水電磁閥時(shí)，多余的水可從溢流管溢出并通過傳感器報(bào)警；保溫水箱內(nèi)水位過低時(shí)，液位繼電器可控制自動(dòng)停泵以避免系統(tǒng)損壞。

保溫水箱內(nèi)側(cè)壁上安裝有大功率的不銹鋼電加熱器，可以在30分鐘左右將一箱水加熱到最高工作溫度95℃。

（2）供水離心泵

供水離心泵從保溫水箱內(nèi)抽水，供應(yīng)給高壓泵。用于增加對(duì)高壓泵的供水能力，防止高壓泵進(jìn)水管道阻力過大，導(dǎo)致高壓泵進(jìn)水口氣蝕而影響高壓泵的使用效果和壽命。

（3）高壓泵

高壓泵使用進(jìn)口臥式三柱塞高溫高壓水泵，該泵額定工作壓力為6.0MPa，理論輸出流量5.4L/ min，實(shí)際最高使用壓力為2.5MPa，流量3L/min。泵組內(nèi)安裝了安全閥用于防止系統(tǒng)超壓造成設(shè)備和人身損害。

（4）數(shù)控高壓發(fā)生器

數(shù)控高壓發(fā)生器，通過換向閥連接高壓泵，輸出端連接測(cè)試艙體并通過單向閥連接供水離心泵，數(shù)控高壓發(fā)生器使用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，進(jìn)而帶動(dòng)一根不銹鋼單向柱塞缸的活塞移動(dòng)來精確地改變裝置內(nèi)充水的體積，獲得精密可調(diào)的輸出壓力。理論上，裝置內(nèi)壓力可獲得±0.02bar的精確控制，特別是，裝置的升降壓時(shí)間和保壓時(shí)間可獲得精確控制，最快升降壓時(shí)間可達(dá)到0.1s，如此可根據(jù)控制系統(tǒng)來精確控制清水壓力。

（5）調(diào)壓閥

調(diào)壓閥由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于根據(jù)控制系統(tǒng)的指令改變裝置內(nèi)的工作壓力，形成測(cè)試所需的壓力波形。

（6）低壓脈沖發(fā)生器

低壓脈沖發(fā)生器的輸入端連接在調(diào)壓閥的輸出端，輸出端通過單向閥連接測(cè)試艙體，用以根據(jù)控制系統(tǒng)精確控制壓力波形，形成測(cè)試所需的低壓脈沖。

壓力源通過單向閥以及換向閥來控制承壓系統(tǒng)及部件的壓力。試驗(yàn)裝置工作于低壓脈沖或者高壓工作模式，結(jié)構(gòu)和操作都非常簡(jiǎn)單可靠。在高壓工作模式下，在保溫水箱中設(shè)置加熱器，對(duì)清水進(jìn)行加熱；在低壓脈沖工作模式下，在測(cè)試艙體中設(shè)置加熱器，這樣可以在保護(hù)被測(cè)產(chǎn)品的同時(shí)保證測(cè)試的準(zhǔn)確度。

（7）測(cè)試艙體

在測(cè)試過程中，全部被測(cè)產(chǎn)品安裝在一個(gè)基本密閉的測(cè)試隔間內(nèi)。測(cè)試艙體正面開有用于維護(hù)和檢修用的艙門，一側(cè)有用于加熱艙內(nèi)環(huán)境的不銹鋼電熱元件，測(cè)試艙體外的頂部安裝有冷卻艙內(nèi)環(huán)境的冷卻裝置，通過單向閥來控制。測(cè)試艙體內(nèi)部正面安裝有被測(cè)元件安裝板，其上按照一定的間距布置有五個(gè)測(cè)試接口用于與被測(cè)產(chǎn)品聯(lián)接。測(cè)試艙體與壓力源之間采用高壓軟管連接，保證良好的耐油、耐熱及耐老化性能、承受壓力高、脈沖性能優(yōu)良。

為滿足按照標(biāo)準(zhǔn)要求的測(cè)試工況，測(cè)試艙體內(nèi)的溫度可通過控制系統(tǒng)配合冷卻裝置以及加熱器在25～250℃范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。其中，當(dāng)需要測(cè)試艙體內(nèi)溫度低于周圍環(huán)境溫度時(shí)，通過冷卻裝置調(diào)節(jié)測(cè)試艙體內(nèi)的氣溫；當(dāng)要求測(cè)試艙體內(nèi)溫度高于周圍環(huán)境溫度時(shí)，由可控硅調(diào)功器配合加熱器調(diào)節(jié)測(cè)試艙體內(nèi)的氣溫。為防止溫度過高時(shí)損壞冷卻裝置，在冷卻裝置與加熱器之間增設(shè)隔斷裝置，高溫實(shí)驗(yàn)時(shí)隔絕對(duì)冷卻裝置的熱傳導(dǎo)。

測(cè)試隔間內(nèi)部為不銹鋼厚板圍成的隔墻，隔墻外圍包裹有絕熱層避免熱量的散失，隔熱層的外面（測(cè)試艙體的外墻）為噴塑處理彩鋼板，保證設(shè)備外表面的美觀。

（8）連接管路

本系統(tǒng)使用的連接管路均為304不銹鋼精密無縫高壓管路，為保證接頭和管路的聯(lián)接密封效果，使用焊接接頭，焊接時(shí)使用氬弧焊焊接。接頭連接時(shí)使用密封墊密封或成型的錐面金屬密封。

（9）數(shù)據(jù)采集組件

傳感器主要是精密壓力、溫度傳感器，精度等級(jí)0.2級(jí)，它用于將系統(tǒng)內(nèi)的壓力和溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，輸入到控制系統(tǒng)內(nèi)。該傳感器為不銹鋼殼體，使用壓電陶瓷作為敏感元件。

測(cè)試隔間內(nèi)安裝了溫度傳感器用于控制測(cè)試隔間內(nèi)被測(cè)試元件的工作環(huán)境溫度。該溫度傳感器附帶溫度補(bǔ)償功能，避免測(cè)試溫度的不同給測(cè)量數(shù)值帶來的影響。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用高速PLC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將壓力傳感器和溫度傳感器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為以字符表示的數(shù)據(jù)，一方面可由控制系統(tǒng)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)硬盤的數(shù)據(jù)文件中作為測(cè)試數(shù)據(jù)文件存檔備查，另一方面可在控制系統(tǒng)的圖形界面中直接實(shí)時(shí)地顯示為曲線，直觀的反映實(shí)驗(yàn)過程。

（10）控制系統(tǒng)

圖2 脈沖水壓試驗(yàn)手動(dòng)運(yùn)行控制界面

用于強(qiáng)電和弱電控制，以及后續(xù)的數(shù)據(jù)處理、人機(jī)操作界面和系統(tǒng)工況顯示與處理系統(tǒng)。主控元件為工控計(jì)算機(jī)，配合圖形控制界面，可完成系統(tǒng)內(nèi)使用的強(qiáng)電、弱電控制，系統(tǒng)工作狀況的圖形顯示，系統(tǒng)工作參數(shù)等的直接輸入，測(cè)試報(bào)告文件的自動(dòng)生成等功能。

圖3 壓力試驗(yàn)手動(dòng)運(yùn)行控制界面

圖4 耐壓試驗(yàn)界面及曲線

3 系統(tǒng)性能參數(shù)

最大工作壓力：50MPa

輸出流量：3L/min

樣品環(huán)境溫度：25～250oC連續(xù)可調(diào)

輸出回路數(shù)：5路

過載保護(hù)壓力：55～60MPa可調(diào)

機(jī)組功率：30kW

電源要求：AC380V，三相

外形尺寸與重量：高壓源：長1800mm×寬1100mm×高1450mm，750kg

測(cè)試隔間：長2460mm×寬1260mm×高2450mm，950kg

4 案例試驗(yàn)測(cè)試

對(duì)KFR-72BW的冷凝器進(jìn)行EE.1-EE.4.1的耐壓測(cè)試，按照壓力值至少是工作至保護(hù)狀態(tài)出現(xiàn)最高壓力值的3倍進(jìn)行至少1min的耐壓試驗(yàn)。

對(duì)KFR-35BW的冷凝器進(jìn)行EE.5的疲勞測(cè)試，按照最高壓力不低于制冷劑50℃時(shí)的飽和蒸汽壓力，下限壓力值不高于制冷劑5℃時(shí)的飽和蒸汽壓力，進(jìn)行250000次的試驗(yàn)。

圖5 疲勞試驗(yàn)界面及曲線

5 總結(jié)

國家對(duì)于空調(diào)器等承壓產(chǎn)品的安全性越來越重視，對(duì)于要擴(kuò)展GB4706.32-2012測(cè)試能力的第三方實(shí)驗(yàn)室以及企業(yè)實(shí)驗(yàn)室來說，如何建造滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的水壓測(cè)試裝置是個(gè)重點(diǎn)。本課題研究的組合制冷系統(tǒng)部件壓力試驗(yàn)裝置能很好的滿足標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)條件要求，并達(dá)到高精度控制、運(yùn)行平穩(wěn)有效、節(jié)約能耗的特點(diǎn)，對(duì)于第三方實(shí)驗(yàn)室以及企業(yè)實(shí)驗(yàn)室有很好的參考價(jià)值，在以后的空調(diào)器及承壓產(chǎn)品的安全試驗(yàn)領(lǐng)域有很好的應(yīng)用價(jià)值。

［1］家用和類似用途電器的安全熱泵、空調(diào)器和除濕機(jī)的特殊要求GB4706.32-2012［S］.

［2］吳業(yè)正.制冷原理及設(shè)備［M］.第三版.西安：西安交通大學(xué)出版社，2010

Development of the Pulse and Pressure Test Device of Air Conditioner Parts

JIANG Jingde，LIMin，JIANG Lingyu
（1.Shanghaientry exit inspection and Quarantine Bureau Center detection technologyofmechanical and electrical products，Shanghai200135；2.East China University of Science and Technology，Shanghai201424）

The pressure testing equipment of GB4706.32-2012 proposed new provisions require stress tests were designed and developed.The combined refrigeration system components pressure test device setmanual and automatic control，set the pressure test and fatigue test device.It has beneficial technical effects of high integration，operation stability，high accuracy，easymaintenance response and accurate results，which carried out the new technology development in the field of pressure test device.

Air conditioner；Pressure test；Pulse test

TB6［文獻(xiàn)標(biāo)示碼］A

10.3696/J.ISSN.1005-9180.2015.03.009

ISSN1005-9180（2015）03-050-05

2015-3-2

姜敬德。Email：jiangjd@shciq.gov.cn