Разработка автономного способа определения технического состояния бытового холодильного прибора

Актуальность работы

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 трибосопряженийхладо-нового 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.

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».

Анализ современных способов определения технического состояния БХП Современные конструкции БХП характеризуются увеличением степени автоматизации процессов регулирования холода, размораживания низкотемпературного отделения, отключения хладонового компрессора при перегреве [1]. Однако в них отсутствуют встроенные технические средства самодиагностирова-ния 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 обуславливает относительно высокую погрешность измерений. Они, как правило, не учитывают влияния температуры окружающего воздуха [1, 2].

Учитывая вышесказанное, 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.

Разработка автономного способа определения технического состояния БХП

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.

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 [6] при испытаниях холодильных агрегатов БХП, компрессор, входящий в состав агрегата, предварительно подвергали теплоэнергетическим испытаниям, результаты которых представили в виде семейства кривых G = f ( Т ), где: G_a – массоваяпроизводи-тельность агрегата, кг/с; Т _к –температура конденсации, К.

Массовую производительность G , полученную в результате испытаний холодильного агрегата по тепловому балансу калориметра со вторичным холодильным агентом, наносили на график, построенный ранее для испытаний компрессора.

Методика и результаты испытаний холодильного агрегата БХП

Испытания холодильного агрегата проводили на калориметрическом стенде[1].

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.

Испытания агрегата проводили в диапазоне температур кипения хладагента от 243 К до 263 К и температуре воздуха вокруг стенда от 289 К до 316 К, что соответствовало реальным условиям эксплуатации современных моделей БХП и требованиям ГОСТов 17008-85 и 16317-83.

Исследованиями установлено, что на определенном интервале изменения температуры в охлаждаемом отделении скорость охлаждения может быть описана линейной функцией.

Полученные 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.

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 реа-лизовыватьдиагностику технического состояния в процессе размораживания, что способствует автоматизации процесса диагностирова- ния.

Модификации такого подхода позволя- ют 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 определяем из выражения: Уохл

Δ Т

=--- , где А Т - диапазон тем-

τ

ператур от начального значения (равного температуре окружающего воздуха) до конечного, измеренного, через установленный отрезок времени работы хладонового компрессора τ.

Для эталонного БХП скорость охлажде-

ΔТ ния равна Уэ = —-, для диагностируемого -τ

ΔТ у = —-, отклонение скорости охлаждения в τ диагностируемом БХП от скорости охлаждения в эталонном БХП равно А Уотл

Δ Т э -Δ Т д τ _э

По величине этого отклонения оценива- ется техническое состояние диагностируемого БХП. Косвенно скорость охлаждения можно определить при одинаковом диапазоне изменения температур (ΔТэ = ΔТд) временем работы компрессора, затрачиваемым для охлаждения холодильного отделения до заданного (Тохл.) значения температуры, т.е. измерять τэ и τд, а техническое состояние БХП при этом определяется величиной: Δτохл = τд -τэ .

Так же скорость охлаждения можно косвенно определить путем задания одинакового периода времени работы компрессора для эталонного и для диагностируемого БХП, т.е.

при τ = τ = τ, тогда техническое состояние БХП определяется ΔТ = ΔТ - ΔТ – поотли- чию 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 [5].

Рассматриваемый способ позволяет упростить процесс измерения и исключить присутствие оператора при снятии характеристик БХП.