空调制冷系统发生故障特征

空调制冷系统是一个比较复杂的系统，一般由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置等多个子系统组成。同时，系统循环中的物质有制冷剂、油、水、空气和其它杂质等五种，前二者是保证系统正常运行所必需的，后三种物质则对系统是有害的，然而又不能绝对消除。制冷剂本身还有汽相、液相、汽液混合相这三种状态。因而，一旦空调制冷系统发生故障，其症状、原因都比较复杂，概括起来具有如下几个特征：故障表现出的症状比较复杂；故障发生的原因比较复杂；故障症状和原因的关系比较复杂，一种故障原因可以诱发多种表现症状，多种故障原因也可以表现出同一种症状；系统各部分的参数之间无严格的逻辑和定量关系，即表现为一定的模糊性；系统内部有许多参数难以测量，而且通常也不予测量。因此，欲研究空调制冷系统的故障诊断，必须通过搭建实验台，获得诊断程序中所需的故障范例集，以便于为编程实现训练及诊断功能。

采样参数的选择采样参数选取应注意的问题有4点：（1）.测量集的完备性如果我们只以一些常见的正常和故障构成描述对象空间，则适当选取的测量集是能够**描述该对象空间的各个元素的。

（2）.测量集的可扩充性在实验中我们会发现当初选取测量集时有一些因素未考虑周全，导致后来在实验阶段发现测量集不具备完备性，这时就需要对测量集进行扩充。

（3）.测量集的冗余性为了降低实验成本应尽量减少冗余。

（4）.测量集的易实现性制冷系统中有许多物理参数不便测量，而且一般也不予测量。在保证测量集的完备性前提下，应尽量避免选取这些物理参数。测量参数还要求测试方法简单，传感器价格适中，易于实现。

模拟故障的选择、故障与原因之间的关系制冷与空调。模拟故障的选择由于实验采样设备的限制，对于某些原因参数并不能获得。针对这种条件，故只能选择部分容易采样的故障，本实验共模拟了十一种故障：风机不转；空调房间负荷过大；冷却水流量过小；冷却水进口温度过低；冷却水进口温度过高；压缩机吸排气阀片损坏；膨胀阀开度过小；循环水泵不转；过滤器阻塞；制冷剂不足；制冷剂过多。

采样参数的选择主要信号数据采集如下：（1）温度信号：冷却水进口；冷却水出口；压缩机吸气；压缩机排气；热力膨胀阀进口；空调房间；制冷剂冷凝器进口；过滤器。

（2）压力信号：压缩机吸气；压缩机排气。

故障与原因之间的关系（1）风机不转风机不转有两个原因。一是电气故障，控制电路未接通；二是风机轴的机械故障。当房间空调风机不转时，空调房间温度会上升，压缩机的吸气压力与排气压力均有一定程度的下降。空调风机不转后，空调房间内换热盘管的热交换效率降低，当空调房间热负荷不变时空调房间温度就会上升，换热盘管内的制冷剂由于热交换不充分其温度会相对原来的温度降低，即蒸发温度变小，系统的制冷系数降低。热力膨胀阀感受的蒸发器出口温度也降低了，致使热力膨胀阀开度变小，制冷剂也相应减少，所以吸排气压力均变小了。制冷剂流量的减少与制冷系数的降低的整体效果是使系统制冷量下降。

（2）空调房间负荷过大由于房间内扰与外扰的作用及受各种因素的影响，空调房间负荷过大会导致空调房间温度上升，*后达不到正常空调房间应保持的温度指标。

同时，受影响*大的两个参数是压缩机吸气温度和排气温度。由于空调房间热容的影响，要经过一定时间以后，其它参数受到的影响才会表现得很明显。

（3）冷却水流量过小由于冷却水管和冷却水阀的关系，以及系统中冷却塔的配置偏小或冷却塔内水垢太多，冷却水流量过小与冷却水进口温度过高也是很常见的故障。

当冷却水流量过小时，冷凝器的热交换效果下降，因而冷凝器出口制冷剂温度上升，制冷剂冷凝温度上升，降低了制冷系数，影响了制冷效果。在其它条件不变的情况下，空调房间温度也会有一定程度的上升，压缩机的吸气温度也会上升。但变化*明显的是冷却水出口温差会越来越大。

（4）冷却水进口温度过低随着冷却水温度的降低，压缩机的排气压力、排气温度、过滤器出口温度都减小了。而空调房间温度却仍然保持不变，这是因为冷却水温度还没有下降到会影响制冷效果的程度。若冷却水温度降至一定程度，冷凝压力也会降低，致使热力膨胀阀两侧的压差减小，热力膨胀阀的流通能力也随之减小，制冷剂也减少了。故制冷效果会降低，空调房等：通过实验选择空调制冷系统故障诊断检测参数间温度会上升。

（5）冷却水进口温度过高冷却水进口温度过高会使制冷剂过冷温度，冷凝温度过高，冷凝压力也相应过高，压缩机的压比增大，轴功率提高，输气系数降低，因此降低系统的制冷能力。所以整体的制冷效果会降低，空调房间温度会上升。

（6）压缩机吸排气阀片损坏对往复式压缩机来说，压缩机吸排气阀片损坏是一种常见机械故障，本实验是用压缩机吸排气口旁通的方法来模拟的。当故障发生时，吸气温度、吸气压力会上升，排气温度、排气压力会下降，这相当于压缩机的实际输气量降低了，所以制冷效果就差了，空调房间温度会很快上升，情况严重时，低压继电器会使压缩机停机。

（7）膨胀阀开度过小膨胀阀开度过小是就制冷系统制冷剂充注量正常而言的，膨胀阀开度过小这个故障中，整个系统循环制冷剂不足，当其它工况条件均保持不变，就不能充分满足液态制态剂在低压下气化吸热，因此回气过热度很大，吸排气温度与空调房间温度回上升，吸排气压力会下降（图7）。而冷凝器出口制冷剂的温度会下降（即增加了系统的制冷能力），因为冷凝器的换热能力没有变化，但是整个系统中循环的制冷剂流量很小，虽然这时制冷系数提高了，单位制冷量提高了。但总的制冷量却减少了，所以空调房间温度会上升。

（8）循环水泵不转制冷机组在调试与运行时，应先开系统循环水泵。当循环水泵不转时，冷却水出口温度与冷凝器制冷剂出口温度上升的*明显，由于冷凝器冷却效果的急剧下降，压缩机的吸气温度、排气温度也上升很快，冷凝温度的上升使蒸发温度也上升了，但蒸发温度上升的幅度没有冷凝温度上升的幅度大，所以制冷效率降低了，空调房间温度快速上升。如（9）过滤器堵塞过滤器堵塞就是系统脏堵。一般情况下，脏堵往往发生在过滤器处，这是因为过滤器的滤网将通道截面隔住，滤去污垢与金属屑等杂物，时间长了制冷与空调就被堵住了。实验中脏堵模拟的方法是改变制冷剂的通道，把制冷剂的正常通道关闭，打开与正常通道并联的堵塞的通道，过滤器堵塞的后果是制冷剂循环量减少，其许多原因均与膨胀阀开度过小相似，如压缩机吸排气温度上升，压缩机吸排气压力下降，空调房间温度回升，其不同之处是过滤器出口温度越来越低。这是因为在过滤器处开始节流，致使系统局部温度降低，情况严重时会出现系统局部结霜或结冰。

（10）制冷剂不足制冷剂过少通常由两种原因造成：一是产品出厂前充注量不够，一般较小发生；二是机组常年运行，由于系统阀门或焊接部分泄漏引起制冷剂过少，因此是一种较为常见的故障。制冷剂不足与膨胀阀开度过小这两个故障的原因没有明显的区别。从理论上分析，其制冷剂冷凝器出口温度应该有所区别，因为就制冷剂不足这个故障而言，这个系统充注制冷剂不足，而其它工况均保持不变，那么吸排气温度与空调房间温度会上升，吸排气压力会下降，而冷凝器出口制冷的温度会下降，因为冷凝器的换热能力没有变化，就热力膨胀阀开度过小这个故障而言，其它参数变化趋势均与制冷剂不足这个故障一致，除了制冷剂冷凝器出口温度（即过冷温度）会上升，因为制冷剂充注量正常时，若热力膨胀阀开度过小，使得制冷剂循环量减少，未参与循环的制冷剂会以液态存储于冷凝器中从而影响冷凝器的换热效果，所以制冷剂冷凝器出口温度应该上升，这个因素会使制冷量往下降的方向变化。

（11）制冷剂过多制冷剂过多源于盲目的制冷剂充注，这在制冷系统维修时并不罕见。这会减少冷凝器内的有效换热面积，使换热效果降低，致使冷凝温度上升，冷凝压力提高，高压也就过高了。过多的制冷剂进入蒸发器未能全部气化而被压缩机吸入造成低压高，压缩机缸头凝露或结霜，严重时发生液击冲缸事故。部分液态制冷剂进入压缩机，电机负荷加重，启动困难，运转中电流过载，严重时会因电机过载而烧毁。