南京地铁空调测试系统的研制

南京地铁电客车空调测试系统的研制南京制冷设备有限公司210031李雪峰摘要地铁空调在检修完后需要对其进行综合性能测试，判断空调的性能是否符合要求。本文根据TB/T2432-93《铁道客车车顶单元式空调机组实验方法》要求利用“空气焓差法”对空调进行测试。该测试系统可以自动控制实验室的环境温度，测试工装内的干湿球温度，以及引风机的转速，使被测空调始终稳定在标准工况下，保证了空调测试的准确性，为空调检修后的测试提供可行的方法。关键词：地铁空调，性能测试，制冷量，关键点1、前言南京地铁空调在2014年陆续进入了大修期，在大修的时候，为了保证空调检修质量，根据TB/T2432-93要求，以及《南京地铁电客车空调大修规程》有关要求，需对空调进行产冷量试验，保证空调经检修后空调的实际制冷量不低于原设计的90%，因此为了检测空调的制冷量，空调检修公司必须建立单元是空调机组性能测试装置。根据南京地铁的要求结合TB/T2432-93《铁道客车车顶单元式空调机组实验方法》制作了空调制冷量测试装置。2、制冷量的测试原理与步骤2.1制冷量测试原理：如图1为检测系统的热工系统图，空调机组的制冷送风系统为闭环设计，空气处理如图所示。经空调系统处理过的空气送入检测装置，这时空气的状态变化可视为定压过程，根据热力学观点，定压过程的热量得失等于过程始终的焓差。因此空调过程中产生的热量可用焓差表示。通过测量处理空气前后状态的焓差来计算空调过程的热量，这种方法就叫“空气焓差法”1、被测试空调机组，2、出风干、湿球传感器，3、喷嘴，4、引风机5、加湿器，6、回风干、湿球传感器，7、空调工装图1空调测试原理图2.2测试步骤：2.2.1、把被测空调安装在空调测试工装上，出风口与测试工装进行连接，环境温度控制在35℃，回风干球控制在29℃，回风湿球控制在23℃。2.2.2、为了测试空调在理论风量下的空调制冷量。我们利用设计理论风量值进行反算喷嘴前后压差确定风机是在理论风量下工作。△Hp=(Lp/C*Ap)2/2*Vp------------（1）△Hp------------喷嘴处静压差paLp---------------喷嘴处空气流量m3/sC--------------流量系数0.99AP-------------喷嘴喉部面积（m2）2.2.3、利用引风机的转速对喷嘴前后压差进行控制，使之达到如公式1所计算的静压差△Hp，从而确保空调在设计风量下工作。2.2.4、在空调的出风口和回风口设置干球温度和湿球度测点，并用取样风机保持测点位置达到风速为5m/s，根据空调制冷量计算公式：出风含湿量Xp=（Lc-0.24t)/597.3+0.44t（Kg/Kg干）----------（2）t----------------回风干球温度喷嘴处比容Vp=1/ρ=461.5(273.15+t)(0.622+Xp)/101325(1+Xp)---（3）t---------------出风干球温度Q0=L0*(Ln-Lc)/[Vp(1+Xp)]------------（4）Q0---------------空调实际制冷量L0---------------空气流量测量值Ln---------------回风焓值Ln（J/Kg干）Lc---------------出风焓值Lc（J/Kg干）Vp--------------喷嘴处比容m3/KgXp--------------出风含湿量g/Kg通过公式4计算出空调的实际制冷量。3测试系统的硬件构成：根据计算公式我们可以确定制冷量的主要测试参数为：空调的回风干球温度，回风湿球温度，出风干球温度、出风湿球温度、空调测试的环境温度。喷嘴前后压差。以及电气参数，电压、电流等。本硬件系统有工业计算机、数据采集器、传感器、变送器、控制执行机构等组成。工业计算机采用研华工控机配置为ipc-610配置485接口板卡一块，数据采集器采用3台昆仑海岸的KL-S342数据采集器通过采集27路模拟量和16路开关量来实时监测现场的设备运行情况和环境状况，并通过8路继电器输出来控制所检测现场的环境温度，以及回风干湿球温度。1台数显控制仪表通过压差传感器对引风机的变频器进行控制从而控制引风机的转速。温度传感器采用通用PT100传感器配4-20mA温度变送器精度等级为0.5级分辨率为0.1℃，而电压、电流的测量采用3个4-20mA电压变送器精度等级为0.5级分辨率为0.1V和15个4-20mA的电流变送器，电热测量为3个电流变送器精度等级为0.5级分辨率为0.01A。图2系统测试控制原理图4、软件系统设计4.1根据《南京地铁电客车空调大修规程》的有关要求首先对空调机组的原始参数进行记录：如空调的车号、空调配属、空调机编号，制冷剂重量、空调名义制冷量、空调风量等参数。其次对程序参数记录：测试日期、测试人员、测试单位、采样时间间隔。最后对测试参数进行记录：包括空调环境温度、回风干球、回风湿球、出风干球、出风湿球、以及电流、电压等空调机组连接好后开启计算机测试系统空调机组开始工作。环境温度控制、客室温、湿度控制、引风机转速控制等执行机构根据采集器反馈来的信号执行相应的操作程序。被测空调机组名义工况下。稳定1个小时后计算机开始每隔15分钟记录一次各实验参数到数据库。记录满1个小时后制冷量记录自动停止。空调自动进入高温实验。执行机构把环境温度控制在40℃高温状态下运行1个小时。所有的测试数据都记录的数据库中保存，以便以后查询。4.2本测试系统几个控制关键点：4.2.1、对于环境温度的控制采用冷水机组制冷与电加热器项结合的模式，为了节省能源把冷凝器的产生的热量通过导风筒根据季节的变化，把热量排出工业计算机打印机数据采集器、数显控制仪D/A变频器空调控制执行机构电加热电加湿被测空调温度传感器、压差传感器、电流、电压传感器A/D引风机室外或室内。已减少电加热或冷水机组的能量损失。4.2.2对于回风干湿球温度的控制，通过对电加湿器的输入电压进行PID调节，直到干球温度为29℃、湿球温度为23℃，加湿器的输入电压维持在一定的电压范围为止。4.2.3对于空调引风机的控制采用数显控制仪的输出模拟量来控制变频器的频率从而来控制引风机的转速。利用计算机根据所测试的空调的风量计算出喷嘴前后压差，计算机再根据所计算出的压差利用串口通讯方式对控制仪目标输出SV进行设置利用PID调节的方式控制变频器的频率。5结论本测试系统在公司实际应用中，通过本测试装置可以对空调的电压、电流等参数进行测量，从而判定空调的电气性能是否符合标准。有没有三项不平衡的现象，电流与标准值比较是否符合技术要求。对空调的回风干、湿球，出风干、湿球，环境温度等参数的测定，通过计算机的计算分析判定空调的制冷量是否符合标准。空调检修后，经过本测试系统的检测，对空调的综合性能做一个定性的分析判断，为空调出厂检修合格提供判断依据。参考文献1中华人民共和国铁道部TB/T2432-93《铁道客车车顶单元式空调机组实验方法》2陈焕新《铁路客车单元式空调机组性能检测装置的研制》《中国铁道科学》2001年6月第3期3、昆仑海岸仪器仪表有限公司《KL-S系列数据采集器使用说明》