62 FLUID MACHINERY Vo1.35,No.12,2007 标准试验装置上测得性能非常好的产品,在实际 测试系统由冷却水循环系统、冷水循环系统 应用场合可能根本无法使用。例如:在冷水回路 以及自动控制和数据采集系统组成。 3.1冷却水循环系统 系统中,夏季高温可能会使静止的水温度在30℃ 以上,由于管路较长可能会使机组在开机时有很 长一段时问内冷水进水温度很高,这时如果机组 的适应性能不好就会出现报警,从而无法开机;另 外,如果建筑的负荷变化比较大,而机组的加载和 卸载性能不好,可能会导致机组频繁的开停机,从 冷却水循环系统是试验装置的重要组成部 分,它包括水泵、水罐、换热器、冷却塔和冷水机组 等,冷却塔是用于系统的自然散热,以节约能源。 所配置的冷水机组主要用于在环境温度较高时, 降低冷却水的温度和系统进行ARI的部分负荷 而浪费很多能源;严重时甚至会出现报警,导致系 统无法正常运行。 冷水机组的动态性能包括高水温启动性能、 部分负荷运行性能、变化负载的适应性能等。这 些参数都不可以用一个数据来描述,它是机组在 负荷出现变化后,自动加载或卸载的一个动态响 应过程,就是机组自动调整并与外界负荷达到平 衡的一个过渡过程,表征它的特性主要是过渡时 问和最终的稳定情况,这都可以从机组的功率和 出水温度的变化曲线上获得。热负荷的变化特性 多种多样,但都可描述成两种基本的变化,即连续 性变化和阶跃变化,如图1所示。连续性变化指 负载的变化随时问连续地变化,阶跃变化指负荷 在较短的时间内出现突然或跳跃性的变化。因此 需要创造一个测试的条件,通过模拟负载的变化, 然后记录功率、制冷量和出水温度的变化曲线,从 而分析出机组的动态性能。 握 O 时间 (a)连续负载变化 坦 0 时间 (b) 阶跃变化 图1 负荷变化的基本特征示意 3 测试系统构成 测试时控制冷却水的进水温度。换热器可以用来 调整冷却水系统的水温,以实现在各种温度下机 组启动性能的试验,冷却水系统的水罐可以提供 循环时问可调整的循环水系统。根据被试机组的 冷却水流量来选择容积,可以调整冷却水的循环 时问,从而调整冷却水系统温度变化的惯性,满足 对产品进行长循环回路的适应性测试的要求。 按照ARI 550/590—2003的要求…,测试冷 水机组的IPLV时,需要测试机组在25%、50%、 75%和100%负荷条件下的运行,在这些不同的 运行负荷时,冷水机组的冷却水进水温度是不同 的,当进行25%的负荷运行时,冷却水进水温度 为18.3℃,而通常的冷却水系统只有在环境温度 很低时才能实现此项功能,因此,为保证系统的试 验,配置合适的冷水机组是非常必要的。 3.2 冷水循环系统 冷水循环系统是动态加载性能测试的核心, 它主要为冷水机组提供运行的冷媒水回路,如图 2所示。与通常的测试装置水系统相比较,它多 了水罐和加载换热器两个部分。水罐部分可以用 来分级调整水循环回路的容量,从而确定循环的 时间;加载换热器主要用于模拟热负荷,实现热负 荷的加载。系统种选择热负荷加载源为蒸汽,一 定的蒸汽流量对应一定的热负荷,通过调整蒸汽 量,就可以获得需要的负荷。控制蒸汽流量的手 段就是改变调节阀的开度,因此,重要的就是能将 热负荷的量与阀的开度建立直接的对应关系,找 出之间的数学模型。 3.3 自动控制与数据采集系统 自动控制系统主要包括设备的运行控制、保 护和报警以及各工作参数的控制,对实验过程中 需要保持稳定的参数,选用PID控制仪表来控制, 仪表的参数可根据系统的实际状况进行适当调 整,以获得更稳定的控制效果。 数据采集系统包括计算机、数据采集器和各 测量仪表,计算机和数据采集器问由通讯网络连 维普资讯 http://www.cqvip.com 2007年第35卷第12期 流体机械 63 接,通讯模式可以是GPIB或TCP/IP的通讯协 议,整个测试的数据由数据采集器传送到计算机 进行保存,可以运用软件来对数据进行实时的整 系统各点工质压力和温度的变化,如有可能导致 报警,则应在制冷循环系统中采取相应的措施,改 善机组的适应性。降温特性试验,是为循环回路 理、计算和曲线显示,并输出需要的测试报告。 (a)冷媒水回路 (b)冷却水回路 图2水循环系统流程示意 4动态性能测试 4.1 长循环回路测试 测试时首先需要根据被测机组的水流量大 小,选择水罐的数量。系统中的水罐容积都是确 定的数值,改变数量可以调整循环时间。 t:∑( + )/q 式中£——循环时间,S ——水系统的容积,m ——水罐的容积,m q ——被测机组的流量,m /s 测试时,不需要考虑循环时间的连续性,同样 的系统,不同的被测机其循环时间也是不相同的, 因此,可以把实验的数据整理和归纳,从而得出被 测机合理的高水温启动时间限定值。 长循环回路的测试可以测试冷水机组的高温 启动性能和降温特性试验。高温启动性能试验可 以是冷却水高温和冷媒水高温启动运行,可以先 通过换热器把系统的水温升高到30%以上,继续 加入一定的热负荷,保持冷却水循环系统运行稳 定和机组水流量的稳定,开启被测机组,记录制冷 设置一定的负荷,开启水循环系统,等水温到达合 适的值后开机,记录机组出水温度和制冷系统的 压力温度变化,从而获得机组满负荷运行时,降温 过程的参数变化规律,为机组参数匹配设计提供 有价值的数据。 4.2制冷动态加载与控制系统试验 机组制冷运行时需要的是热负荷,采用蒸汽 作为热源,因与潜热相比显热非常小,因此可以认 为当蒸汽压力一定时,蒸汽的流量与增加的热负 荷成对应关系。而调节阀的开度与蒸汽流量也成 对应关系,因此可以通过测试在不同的阀的开度 时的蒸汽流量值,计算出蒸汽加热的负荷量,从而 建立蒸汽阀开度与蒸汽负荷之间的对应关系模 型,图3是一个应用实例,其中曲线的点包含了多 个不同水流量下的测试数据。 7o0 良 墨 i O 0 30 开度f%) 图3 阀位与热负荷的数学模型 实际测试时,根据被测试机组的冷量,计算出 最大加热负荷值,设计好负载变化的曲线,把曲线 中的关键点的热负荷值转化成调节阀开度值,从 而绘出调节阀的动作曲线。 试验时,保持冷却水系统运行稳定,保持调节 阀处于动作曲线的起点值,调整好机组的水流量 在额定值,设定好被试机组的出水温度到设定值, 启动被测机组运行,待机组运行稳定,冷媒水出水 温度基本稳定之后,启动试验系统的程序控制器, 按设定的调节阀开度曲线控制调节阀动作,向系 统投入预先设定的负载,这时被试机的控制系统 将根据出水温度的情况来控制机组加载或卸载。 整个的试验过程种,记录被测机组输入功率、出水 温度以及制冷系统等相关参数的全过程数据。这 些数据可用于分析被测机组部分负荷运行性能和 机组自动控制系统的控制方法。当然就非常有利 维普资讯 http://www.cqvip.com FLUID MACHINERY Vo1.35,No.12,2007 于分析冷水机组的变负荷适应能力和控制系统的 时间参数设定等。 需要说明的是,当测试规格不同的机器时,可 以通过改变蒸汽回路的阻力特性,从而改变加载 度是不一样的,参见表1。 表1 不同负荷时的冷却水进水温度… 被试机负荷(%) 1oo 75 50 25 冷却水进水温度(oC) 29.4 23.9 18.3 18.3 的最大限值,而不同的测试机器安装好后,都需要 重新测试出加载量与阀的开度或频率的对应关 系,然后得出加载控制曲线进行测试。图4是连 续性加载和阶跃性加载的实际加载负荷变化曲 IPLV的计算公式: IPLV=0.01A+0.42B+0.45C+0.12D(1) 线,测试机组的能力为300RT。 式中, 、 、C、D为100%、75%、50%和25% 负荷条件下测得的冷水机组EER值。 l400 测试时,将冷水机组固定在相应比例的部分 延700 负荷下运行,采用机组额定状态下的水流量(包 括冷却水和冷媒水),把冷水机组冷却水的进水 0 温度调整到相应的数值,等机组运行稳定后,测试 II ̄,'faJ(min) 计算出EER值。4个状态下的数据全部测试完 (a)连续性加载 成后,运用式(1)计算出,尸,J 的数值。 1400 5结语 所介绍的测试系统,除可以进行水冷冷水机 =兰700 坦 组额定性能测试、部分负荷性能测试外,还可以实 现对水冷冷水机组在实际使用中的负荷模拟,这 对机组制冷系统的匹配、机组控制系统的调整乃 0 0 I25 250 至机组电控保护系统运行状况等,都可以提供大 时 (min) 量宝贵的试验数据,从而有助于提高整个机组部 (b)阶跃性加载 分负荷运行性能,大大提高产品的可靠性和适应 图4连续加载过程和阶跃性加载过程 性,降低系统运行能耗,节约能源。 4.3部分负荷试验 在ARI550/590—2003中,提出了用综合部分 参考文献 负荷系数IPLV来反映冷水机组的部分负荷性 [1] ARI 550/590 Performance rating of water—chilling 能¨ ,它是测试机组在100%、75%、50%和25% packages using the vapor compressor cycle,Air—con— 的负荷运行条件下的能效比,然后赋予每个负荷 ditioning&refrigeration institute. 的能效比一个与时间有关的参数,最后经过公式 计算出,尸,J 值,用来评价机组的综合性能。不同 作者简介:田旭东(1966一),副所长,教授级高级工程师,主要 的负荷运行测试时,冷水机组的冷却水进水温 从事制冷空调产品的测试技术的研究,通讯地址:230088安徽合肥 市高新开发区天湖路29号合肥通用机械研究院制冷环境研究所。 (上接第57页) [7] Grossman G.Simultaneous heat and mass transfer in [9] 张小松,费秀峰,施明恒,等.蓄能型溶液除湿蒸发 absorption of gases in turbulent liquid iflms[J].Int. 冷却空调系统中除湿器研究[J].东南大学学报(自 J.Heat Mass Transfer,1984,27(12):2365—2376. 然科学版),2003,33(1):72—75. [8]Mesquita L C S,Harrison S J,Thomey D.Modeling of heat and mass transfer in parallel plate liquid—desiccant 作者简介:杜斌(1976一),男,博士,主要从事动力工程与工程 dehumidiifers[J].Solar Energy,2006.80:1475— 物理,太阳能空调方面的研究,通讯地址:210096江苏南京市东南 1482. 大学动力工程系。
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