基于参数集总模型的冷水机组结垢故障检测与诊断研究

摘要

冷水机组具有性能稳定、运行可靠、节能环保、环境适应性强等特点，目前，已作为建筑空调系统的主要冷源形式被广泛应用。冷水机组在运行过程中容易发生结垢、腐蚀、堵塞等故障，导致机组效率下降，设备使用寿命缩短，严重时甚至影响整个空调系统的安全运行。其中冷水机组结垢故障，在运行过程中不易被发现与诊断，但结垢将导致机组性能不断衰减，长期结垢工况下运行，对冷水机组的运行能耗影响巨大。因此，及时、准确地检测与诊断出冷水机组的结垢故障，对提高冷水机组效率，实现空调系统节能高效运行具有较重要的意义。 为此，本文针对性地提出了基于参数集总模型的冷水机组结垢故障检测与诊断方法，实现在无需获得冷水机组结构参数的条件下，利用冷水机组实测数据，建立出冷水机组结垢故障诊断模型，并基于该模型实现冷水机组结垢故障的在线检测与诊断。论文主要研究工作如下： （1）基于参数集总方法的冷水机组结垢诊断模型的构建：针对既有水冷冷水机组，在其蒸发器、冷凝器等具体结构参数缺乏的条件下，通过理论推导，基于参数集总方法，将蒸发器与冷凝器的结构参数集总，形成能够表征其结构特征的模型参数，并利用机组在无结垢条件下的实际运行数据，获得机组蒸发器与冷凝器的特征模型参数，从而建立出冷水机组结垢诊断模型。 （2）冷水机组结垢故障检测和诊断方法研究：分析了污垢对冷水机组的性能影响，研究了基于参数集总模型的冷水机组污垢的表征方式，提出了基于参数集总模型的冷水机组结垢故障检测与诊断方法。利用冷水机组运行数据，通过冷水机组结垢诊断模型得出无垢工况下蒸发器与冷凝器的出水温度，与实际工况下蒸发器与冷凝器的出水温度进行比较以检测其结垢状况；通过冷凝器或蒸发器无垢工况下的出水水温，获取无垢工况下传热系数与传热面积的乘积KA，与实际工况下的KA进行比较，对冷水机组蒸发器或冷凝器因结垢导致的换热性能下降程度进行诊断。 （3）冷水机组结垢故障的检测与诊断方法的验证与应用：搭建了冷水机组实验台并进行实验，检验了基于集总参数的冷水机组模型的准确性。基于所构建的冷水机组参数集总模型以及结垢故障检测与诊断方法，针对性的设计出冷水机组实验台结垢故障检测与诊断软件并开展模拟研究。通过改变冷凝器与蒸发器的污垢热阻系数，研究了不同流量与温度条件下冷水机组结垢工况的运行性能，通过比较无垢工况与运行工况下冷凝器与蒸发器出水温度，检测冷水机组是否结垢，通过比较无垢工况与运行工况下蒸发器与冷凝器换热系数诊断其结垢程度。结果表明，蒸发器和冷凝器污垢热阻分别从0逐渐增大到0.4m2.K/kW，基于参数集总模型的冷水机组结垢故障的检测方法具有较好的精度，实现了对基于参数集总模型的冷水机组结垢故障检测与诊断方法的验证。

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主要符号表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 冷水机组故障检测与诊断研究现状

1.2.1 故障检测与诊断技术发展

1.2.2 冷水机组性能预测与评价

1.2.3 传感器故障检测与诊断

1.2.4 冷水机组故障检测与诊断

1.3 本课题的主要研究内容

第二章 基于参数集总方法的冷水机组结垢诊断模型的构建

2.1 冷水机组工作过程及其常见故障

2.1.1 冷水机组工作过程

2.1.2 冷水机组故障分类

2.1.3 冷水机组常见故障

2.1.4 冷水机组结垢故障对其系统性能影响

2.2 基于参数集总方法的冷水机组结垢诊断模型构建

2.2.1 冷凝器参数集总模型的构建

2.2.2 蒸发器参数集总模型的构建

2.3 冷水机组结垢诊断模型集总参数求解及优化方法

2.3.1 冷凝器、蒸发器模型集总参数求解方法

2.3.2 数据预处理

2.3.3 参数集总模型自我优化

2.4 本章小结

第三章 冷水机组结垢故障检测与诊断方法研究

3.1 冷水机组污垢表征方式

3.1.1 污垢热阻常用表征方式

3.1.2 基于参数集总模型的污垢热阻表征方式

3.2 基于参数集总模型的冷水机组结垢故障的检测与诊断方法

3.2.1 基于参数集总模型的冷水机组结垢故障检测与诊断流程

3.2.2 冷水机组无垢工况下出水温度求解方法

3.2.3 冷水机组结垢程度诊断方法

3.2.4 故障阈值的选择

3.3 冷水机组实验台介绍及冷水机组模拟程序构建

3.3.1 获取冷水机组故障数据方法

3.3.2 冷水机组实验台介绍

3.3.3 冷水机组故障仿真模拟程序构建

3.4 本章小结

第四章 冷水机组结垢故障检测与诊断方法的验证与应用

4.1 结垢诊断模型无故障工况下准确性验证

4.1.1 求解冷水机组结垢诊断模型的模型参数

4.1.2 结垢诊断模型无垢工况下准确性验证

4.2 不同污垢热阻工况下的冷水机组结垢故障检测与诊断

4.2.1 蒸发器结垢故障检测与诊断

4.2.2 冷凝器结垢故障检测与诊断

4.3 不同流量、温度工况下冷水机组结垢故障检测与诊断

4.3.1 不同流量工况下冷水机组结垢故障诊断

4.3.2 不同温度工况下冷水机组结垢故障诊断

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 研究总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

硕士在读期间成果