д.т.н.
Кожемяченко А.В., к.т.н. Лемешко М.А.,
Новиков А.В.,
инженер Шерстюков В.В.
Институт
сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ
в городе Шахты
Разработка алгоритма процесса диагностирования
бытового холодильного прибора
Бытовые холодильные приборы (БХП) в
настоящее время нашли широкое применение не только в быту, но и в медицине,
торговле, гостиничном и ресторанном хозяйстве и на других предприятиях и в
организациях различной формы собственности [1,2].
Эти приборы эксплуатируются весь срок
наработки, обусловленный требованиями нормативно-технической документации,
практически без наблюдения потребителем за их техническим состоянием [3,4].
Однако в процессе эксплуатации холодильные
приборы испытывает воздействие различных эксплуатационных факторов снижающих
показатели их надежности [5].
К таким факторам можно отнести температуру
окружающего воздуха, износ трибосопряжений хладонового компрессора,
физико-химическую стабильность рабочей среды, неплотность прилегания дверей к
шкафу холодильного прибора и др. [6].
В первую очередь влияние всех
вышеперечисленных факторов сказывается на повышении суточного энергопотребления
БХП.
Поэтому в рамках требований Федерального
закона «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» Российской
Федерации от 23 ноября 2009 года №261-ФЗ, текущее определение технического
состояния БХП в процессе их эксплуатации является актуальной задачей.
Для решения этой задачи авторами
предлагается алгоритм определения технического состояния БХП путем его диагностирования.
Первым этапом диагностирования (рисунок 1)
является создание нормативных условий испытания бытового холодильного прибора
(БХП). Различают номинальный и стандартный режим испытаний [1]. Согласно ГОСТ
16317-87, ГОСТ 14087-80, ГОСТ 26678-85 создаются условия испытания нового
изделия - БХП, которые включают поддержание температуры окружающего воздуха плюс
25ºС, работу холодильника без загрузки продуктами или имитаторами продуктов,
без открывания дверей холодильного шкафа.
Рисунок 1 –
Алгоритм реализации разработанного способа диагностирования БХП.
При этом интегральными показателями
технического состояния БХП являются величина измененного энергопотребления
и/или коэффициент рабочего времени. В качестве интегральных показателей
технического состояния БХП могут быть использованы другие показатели, например,
мощность заморозки по ГОСТ 16317-87 или скорость охлаждения [2].
Вторым этапом является измерение опорных
(эталонных) интегральных показателей и характеристик технического состояния
БХП.
К частным показателям и характеристикам
технического состояния БХП относятся, например, температурные показатели на
входе и выходе из каждого компонента (узла) хладонового агрегата:
- температура поверхности патрубков на
входе и выходе из компрессора перед пуском и/или после останова компрессора;
- температура поверхности входного и
выходного патрубка конденсатора перед пуском и перед остановом компрессора;
- температура поверхности испарителя на
входе и выходе хладагента в испаритель;
- температура начальной и конечной частей
капиллярной трубки;
- средняя температура поверхности
компрессора;
- температура поверхности фильтр-осушителя
на входе и выходе.
К частным показателям относятся также:
- избыточное давление в патрубках на входе
и выходе компрессора;
- избыточное давление на входе и выходе
фильтр-осушителя;
- давление на вход и выходе конденсатора;
- давление на входе и выходе в испаритель;
- температура поверхности уплотнителя
дверей по периметру двери холодильного шкафа;
-
амплитуда вибрации компрессора;
- пусковой ток компрессора.
Температурные показатели технического
состояния отдельных элементов (узлов) агрегата являются составными частными
показателями, т.к. не требуют введения в гидролинию агрегата дополнительных
устройств, например, датчиков для измерения давления и могут относительно просто
измеряться накладными измерительными устройствами, интегрированными в состав
системы управления бытового холодильного прибора или закрепляемые на его элементах
(узлах) съёмно.
Третьим этапом является запись измеренных
значений характеристик в энергонезависимую память контроллера системы
управления холодильного прибора в соответствующие адресные ячейки памяти с возможностью
считывания содержания ячеек.
Четвертым этапом является включение
таймера регламентируемого периода эксплуатации бытового холодильного прибора.
Таким периодом может быть полгода или год текущего времени или времени работы
БХП, или числа пусков компрессора из расчета этого числа на год эксплуатации.
Период работы БХП до первых контрольных
измерений может изменяться в зависимости от проверенности на надежность эксплуатируемого
холодильника, наличия новых малоизученных элементов, которые увеличивают вероятность
измерения технического состояния и установления периодичности информирования
пользователя состоянием текущего энергопотребления.
По истечению установленного периода
эксплуатации выполняется пятый этап определения технического состояния БХП,
который заключается в создании регламентированных условий испытания,
аналогичных условиям первого этапа.
Такие условия могут быть созданы
принудительно или выполнены в период размораживания и/или уборки в холодильном
шкафу. Основным регламентированным условием для проведения следующего этапа
является установление регламентированного значения температуры окружающего
воздуха. Например, с использованием охлаждающего кондиционера или
сплит-системы.
Шестой этап включает контрольные измерения
значений соответствующих интегральных показателей и характеристик.
Показатели интегральной оценки
технического состояния БХП включают показатели, принятые на втором этапе диагностирования.
Такие, как суточное энергопотребление и/или КРВ и/или скорость охлаждения и/или
суммирующие показатели, например, среднесуточное энергопотребление за период
между первичным измерением опорных (эталонных) интегральных показателей, измерением
контрольных значений после регламентированного периода работы БХП.
Аналогично выполняются контрольные
измерения соответствующих частных показателей технического состояния отдельных
компонентов (узлов) герметичного агрегата.
При этом результаты контрольного измерения
интегральных показателей и характеристик размещаются в память контроллера
системы управления БХП, во вторую группу ячеек, соответственно с размещением
значений измерений на 3-м этапе.
Седьмой этап включает сравнение интегральных
характеристик технического состояния БХП, используя записи их значений из
первой
группы ячеек памяти и второй группы ячеек памяти, соответственно с наименование
измеренных параметров.
Восьмой этап заключается в выводе на
индикатор результатов измерений базового (эталонного значения) и контрольного
значения интегральных характеристик технического состояния БХП.
Девятый этап заключается в принятии решения
об оценке технического состояния БХП по интегральным показателям и
характеристикам.
При этом отклонение значения каждого
контрольного показателя от значения базового (эталонного) сравниваются с
допустимыми отклонениями каждого показателя, внесенных в третью ячейку памяти
контроллера управления БХП.
Если эти отклонения незначительны, и не
превышают установленных пределов, принимается решение о продолжении
эксплуатации БХП без индикации и других сообщений о техническом состоянии.
Десятый этап предусматривает выявление
критических отклонений и включения индикации о предаварийном состоянии на
панели контроллера БХП.
Техническое состояние БХП определяется
интегральным показателем, который выбирается производителем холодильника или
специалистом по программированию контроллера системы управления БХП.
В зависимости от выбранного показателя или
показателей в контроллер вводится подпрограмма для измерения определенных
характеристик работы БХП и вычисления показателя/показателей технического
состояния БХП.
Например, для оценки технического
состояния БХП по коэффициенту рабочего времени (КРВ) измеряется время работы
компрессора 
и время его стоянки 
за один или несколько
установившихся циклов, согласно ГОСТ 16317-87 и вычисляется показатель КРВ:
.
При этом выполняются следующие условия
измерений:
1. Контролируется температура окружающего
воздуха. Преимущественно температура окружающего воздуха должна быть равной
25ºс (это условие идентично условиям заводских испытаний).
2. В расчете КРВ используются
характеристики только тех циклов, за которые двери холодильного шкафа БХП не
открывались, а температура окружающего воздуха не изменялась или изменялась
незначительно, не более 3...5%.
Для оценки технического состояния БХП по
среднесуточному или среднегодовому энергопотреблению измеряется фактическая
потребляемая мощность за один или несколько установившихся циклов работы
компрессора или за длительный срок эксплуатации, от одного месяца до года
эксплуатации.
При измерении потребляемой мощности за
один или несколько циклов необходимо также контролировать и/или поддерживать за
период измерений температуру окружающего воздуха, преимущественно 25ºС и
обеспечивать измерения без открывания холодильного шкафа БХП.
Расчет среднесуточного энергопотребления
выполняется на основании результатов измерения потребленной мощности одного или
нескольких циклов работы компрессора в установившемся режиме.
Оценка суточного энергопотребления БХП на основании
измерений одного цикла в установившемся режиме выполняется следующим образом.
Вычисляется ожидаемое число циклов за
сутки:
,
где 
- длительность одного
цикла.
Вычисляется среднесуточное энергопотребление:
,
где 
- замеренная потребляемая мощность за один цикл.
Оценка среднесуточного энергопотребления
на основании измерений потребляемой мощности за несколько циклов выполняется по
следующим выражениям:
;
;
;
,
где 
- среднее значение длительности цикла за n циклов работы компрессора;
- значение i-го
измерения длительности каждого из n циклов;
- число циклов в
сутки;
- среднее значение n
измерений i-го энергопотребления 
за каждый i-й цикл.
Оценка среднесуточного энергопотребления Есут за более длительный период
от 1 мес. до 1 года определяется отношением потребленной энергии за этот период
к числу суток за этот период. Например:
,
где Е30
- потребляемая мощность за 30 дней.
Интегральная оценка технического состояния
БХП по среднесуточному энергопотреблению позволяет сравнивать вычисленные
значения энергопотребления с паспортными значениями энергопотребления БХП и
определить соответствие испытываемого холодильника его энергетическому классу в
начале эксплуатации и после истечения задаваемого срока эксплуатации.
Оценка технического состояния БХП по
скорости охлаждения, например, в холодильной камере выполняется путем сравнения
скорости охлаждения в начальном (исходном) техническом состоянии БХП СО
скоростью охлаждения после регламентированного периода эксплуатации для
идентичных условий измерения скорости охлаждения.
При этом контроллер управления БХП
обеспечивает измерение температур в начале охлаждения, когда температура в
камере равна температуре окружающей среды и на протяжении периода времени 
, за которое температура понижается до рабочего значения +2
... +5ºС. Достижение этой температуры является командой для остановки
таймера времени работы компрессора. Далее вычисляется разница 
между температурой окружающей среды 
и температурой в
камере 
и которая делится на время работы компрессора за этот период:
;
.
Определение скорости охлаждения осуществляется
под управлением подпрограммы контроллера системы управления БХП.
При этом выполняется сравнение температуры
окружающего воздуха и температуры внутри исследуемой камеры БХП. Если
температуры не равны, измерение не выполняется; если температуры равны,
вырабатываются команда на включение компрессора и команда на запуск таймера
текущего времени с момента работы компрессора. Сигнал с датчика температуры
внутри камеры холодильника является командой для остановки таймера текущего
времени и начала определения (вычисления) скорости охлаждения.
Подпрограмма определения скорости
охлаждения выполняется первично для нового холодильника при температуре
окружающего воздуха от 20 до 30ºС и через устанавливаемый период
эксплуатации, преимущественно при температуре окружающей среды, равной
температуре окружающей среды при испытании нового холодильника.
При последующих измерениях скорости
охлаждения устанавливается такое же значение температуры окружающей среды.
Измерение скорости охлаждения выполняется при незагруженных продуктами камерах
холодильника.
Такие измерения можно выполнять в периоды
размораживания и уборки внутри камер.
Заявленный способ определения технического
состояния обладает следующими преимуществами в сравнении с прототипом:
- упрощается процесс определения
технического состояния БХП, т.к. не требуется дорогостоящих и громоздких
калориметрических стендов;
- не требуется выполнять вычисления
характеристик через критерии, а непосредственно измерять эти характеристики,
что минимизирует участие человека;
- увеличивается точность и достоверность
диагностики, так как исключаются погрешности нелинейностей в критериях подобия,
а косвенные вычисления заменяются измерением фактических значений
характеристики и показателей;
- способ обладает большей мобильностью,
т.к. обеспечивает возможность определять техническое состояние БХП.
Литература:
1. Кожемяченко, А.В. Методологические
основы обеспечения технического состояния бытовых холодильных приборов В
процессе их жизненного цикла [Текст]: дис. докт. техн. наук: 05.02.13: защищена
27,11,09: утв. 12.03.10, - Шахты: ГОУ ВПО «ЮРГУ3С», 2009. - 357 с.
2. Петросов, сл. Научные основы повышения
эффективности бытовых
холодильников компрессионного типа [Текст]: дис. докт. техн. наук: 05.02.13:
защищена 16.03.07: утв, 8,06.07, - Москва, 2007, - 375 с,
3. Seki,
M. K. Perfomance of Refrigeration Cycle with R32-R34a and R32-R125 Based on the
Reliable Thermodynamic Property Data / M. Seki, A. Osajima, Y. Nakane, H. Sato,
K. Watanabe // Proc. 1994 Int. Refrig.
Conf. – Purdue Univ., US. – 1996.07.19 – 22. – p. 67-72.
4. Об энергосбережении и о повышении
энергетической эффективности и о внесении измерений в отдельные законодательные
факты российской федерации // Федеральный закон об энергосбережении и повышении
энергетической эффективности, Н2 261-ФЗ, 23 ноября 2009 г.
5. Якобсон B.Б. Малые холодильные машины
[Текст] / В.Б. Якобсон - Москва: пищевая промышленность, 1977. - С, 16-20.
6. Вейнберг В.Б Бытовые компрессионные
холодильники [Текст] / В.Б.
Вейнберг, В.П.. Вайн.- Москва: пищевая промышленность,
1974. - С. 99-101,
7. Корниенко Ф.В. Увеличение эффективности
испарительного конденсатора компрессионных холодильных машин [Электронный
ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, № 3. - Режим доступа: htt.p://www.ivdon.ruImagazine/archive/n3y2012/925
(доступ свободный) - Загл, с экрана. - Яз.рус.
8. Патент RU №2162576 С2 27.01.2001
Устройство холодильного агрегата бытового компрессионного холодильника.
9. Патент RU № 2458291 Бюл. №22 10.08.2012
Способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника.
10. Патент RU № 2455586 Бюл. № 19
10.07.2012 Способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника.
11.
Patent DE № WO2008/025630 03.06.2008 Vorrichtung zum verdunsten von in einer sammelschale
eines Kühlgerätes gesammeltem Abtauwasser und Kühlgerät mit
einer solchen Vorrichtung.
12. Осацкий, С.А Исследования влияния
испарительного конденсатора на теплоэнергетические характеристики бытового
холодильного прибора компрессионного типа [Текст]: дис. канд. техн. наук:
05.02.13: защищена 25.12.06: утв. 10.04.07, -
Шахты, 2006. –162 с.
13. Петросов С.П., Кожемяченко А.В.
Результаты испытаний агрегата бытового холодильного прибора в условиях
воздействия эксплуатационных факторов [Текст] // Известия вузов. Сев.- Кавк.
регион. Техн. науки., 2006. - №10. – С.134-135.