制冷机组故障检测与诊断研究

摘要

HVAC&R系统的能耗在国民经济中的能耗占了相当大的比重，特别是服务于公共建筑的大型制冷机组，是现代建筑的主要能耗终端。制冷机组存在故障时，会造成制冷机组的性能下降，同时将降低建筑用户的舒适性水平。因此，对商业使用的大型水冷式制冷机组进行故障检测与诊断，并使制冷机组优化运行、控制于正常工作状态具有重要的意义。本文的目标就是开发一种稳健的、基于物理定律的制冷机组故障检测与诊断方法，从而使复杂的制冷系统不需要增加新的传感器而使用机组本身的传感器就可以进行故障检测与故障诊断。 本文首先对大型水冷式制冷机组的故障情况进行了调查，通过多种方法，对制冷各部件、各组件的故障进行了详细的调研，并使用统计学原理，对制冷机组各部件的故障率、使用寿命等进行了分析，得到了各故障的分布规律。 其次，通过对制冷机组工作过程的合理简化，在热力学第一、第二定律等物理定律的基础上，采用特征参数与故障因子的方法，概括、提取了制冷机组发生故障时的参数特征，建立了大型蒸汽压缩式制冷机组故障检测与诊断的静态模型。为使建立的模型能够检测和诊断制冷机组实际运行过程中所发生的故障，对所采集的动态数据进行了处理。 为检验制冷机组故障检测与诊断模型的正确性和有效性，运用所建立的数学模型，开发了制冷机组故障检测与诊断工具，对制冷机组故障检测工具进行了总体设计和软件编程，并对这个模型进行了校验。运用所建立的模型和诊断工具，对来自于现场的实验数据进行了分析。以HXC165A制冷机组为例，分析了各种故障条件下的性能变化，通过对比故障条件和健康条件下各特性参数的变化规律，得到了各种故障的报警条件和极限停机条件。因此，故障检测与诊断过程中所进行的参数监控也对优化制冷机组的运行具有重要的意义。 最后，运用可靠性理论，对制冷机组的可靠性指标进行了计算，对故障修复进行了分析，重点对故障检测与诊断的经济性进行了分析，从而证明了制冷机组故障检测与诊断的巨大意义，使本文的逻辑性、连贯性得到了更好的体现。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1课题的研究背景与意义

1.2国内外文献综述

1.2.1制冷机组的应用现状

1.2.2制冷机组故障检测与诊断进展

1.2.3制冷机组故障检测与诊断研究发展过程与方向

1.2.4制冷机组故障检测与诊断研究中存在的主要问题

1.3本课题研究的主要内容

1.4本章小结

第2章制冷机组故障调查与分析

2.1故障的基本概念

2.2制冷机组的故障种类

2.2.1电气与控制方面的故障

2.2.2机械方面的故障

2.3故障成本与性能影响

2.3.1各部件故障维修成本

2.3.2性能影响

2.4制冷机组故障调查的方法

2.5制冷机组故障调查的内容

2.6制冷机组故障统计与分析

2.6.1故障率

2.6.2制冷机组各部件寿命特征

2.7本章小结

第3章故障检测与诊断方法

3.1故障检测与诊断的基本概念

3.2新技术发展对故障检测与诊断的影响

3.3故障检测与诊断方法

3.3.1制冷机组故障检测与诊断的方法

3.3.2制冷机组故障检测与诊断方法分类及比较

3.4人工故障的产生方法

3.4.1自然发生的故障

3.4.2人工故障的引入

3.5故障阈值的选择

3.5.1不确定性出现的原因

3.5.2确定故障发生的阈值

3.6传感器校验和安装

3.6.1传感器常见故障

3.6.2传感器校验方法

3.6.3传感器的安装

3.7参数测量系统本身的故障

3.8误差估计与处理

3.9本章小结

第4章制冷机组故障检测与诊断模型开发

4.1制冷机组工作过程

4.1.1压缩机

4.1.2冷凝器

4.1.3膨胀阀

4.1.4蒸发器

4.2故障模型假设

4.3故障模型描述

4.3.1冷冻水量缩减

4.3.2蒸发器结垢脏污

4.3.3冷却水量缩减

4.3.4冷凝器结垢脏污

4.3.5压缩机内部故障

4.3.6压缩机电机/传动故障

4.3.7制冷剂充注过多或泄漏

4.4输入与输出参数

4.5本章小结

第5章制冷机组故障检测与诊断模型应用

5.1实验装置介绍

5.1.1制冷机组技术参数

5.1.2制冷机组的应用数据

5.2实验方法与数据获取

5.2.1实验方法与步骤

5.2.2实验数据预处理与校验

5.3故障检测与诊断系统的实现

5.3.1故障检测与诊断系统总体设计

5.3.2系统软件界面设计与实现

5.4故障检测与诊断模型校验

5.5本章小结

第6章制冷机组故障检测与诊断结果分析

6.1冷冻水量减少的检测与诊断

6.2冷却水量减少的检测与诊断

6.3蒸发器脏污的检测与诊断

6.4冷凝器脏污的检测与诊断

6.5压缩机内部故障的检测与诊断

6.6压缩机电机/传动故障的检测与诊断

6.7制冷剂泄漏的检测与诊断

6.8本章小结

第7章制冷机组故障修复与经济性分析

7.1制冷机组可靠性指标

7.1.1制冷机组的工作状态

7.1.2制冷机组的工作时间

7.1.3制冷机组的可靠性指标

7.2维修特征参数

7.2.1维修度

7.2.2修复率

7.2.3平均修复时间

7.3维修有效度

7.3.1瞬时有效度

7.3.2平均有效度

7.3.3稳态有效度

7.4经济性分析

7.4.1分析假设

7.4.2直接经济效果分析

7.4.3间接经济效果分析

7.4.4总节省经济效果分析

7.5本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读博士学位期间所发表的学术论文目录

致谢