1、概述

 

高低溫試驗箱能提供一個高溫環(huán)境和低溫環(huán)境，主要用于科學試驗研究，是制冷技術在科學試驗中的典型應用。在航空工業(yè)及國防工業(yè)中，航空儀表、火箭、導彈的控制器航空發(fā)動機以及飛行控制器、慣性導航系統(tǒng)、飛行顯示系統(tǒng)等所用的各種電子元器件、控制線路都需要在模擬的高溫、低溫條件下進行性能試驗。高低溫試驗箱在科學試驗中發(fā)揮著極其重要且不可替代的作用，高低溫試驗箱的正常運行是保證試驗正常進行的一個基本條件。

 

通過對某研究所型號為的高低溫試驗箱一段時期的運行記錄進行整理，對其運行狀況進行分析，發(fā)現(xiàn)常見故障，分析其故障產(chǎn)生的原因，提出故障排除方法，并總結出高低溫試驗箱的運行維護和保養(yǎng)措施，減少設備故障率，保障試驗的順利進行。

 

2、高低溫試驗箱的運行狀況分析

 

2.1高低溫試驗箱的工作原理

 

受環(huán)境、材料、制冷技術等方面的影響，高低溫試驗箱能夠提供-70℃~180℃的試驗環(huán)境，降溫速率為5℃/min，利用電加熱器進行加熱升溫實現(xiàn)高溫試驗環(huán)境，采用復疊式制冷技術實現(xiàn)低溫試驗環(huán)境，通過控制系統(tǒng)設定試驗環(huán)境溫度及其波動范圍。

 

2.1.1加熱系統(tǒng)

 

利用多臺電加熱器將電能轉換為熱能使箱體內溫度升高，實現(xiàn)高溫試驗環(huán)境。通過控制系統(tǒng)控制電加熱器開啟臺數(shù)，使試驗環(huán)境達到試驗溫度并維持在溫度允許波動范固內滿足不同溫度試驗環(huán)境的要求。

 

2.1.2制冷系統(tǒng)

 

制冷系統(tǒng)是高低溫試驗箱的一個很重要的組成部分，采用復疊式制冷以達到較低的低溫環(huán)境。復疊式制冷由高溫部分和低溫部分組成，兩部分各為一個制冷系統(tǒng)，相對獨立。低溫部分使用R23制冷劑作為制冷循環(huán)工質液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器內氣化吸收試驗環(huán)境內的熱量使其達到試驗所需的低溫，通過其冷凝器(高溫部分的蒸發(fā)器)將熱量釋放給高溫部分。高溫部分使用R404a制冷劑作為循環(huán)工質液態(tài)制冷劑在其蒸發(fā)器(低溫部分的冷凝器)內氣化吸收低溫部分釋放出的熱量，使低溫部分制冷劑能夠液化，通過高溫部分的冷凝器將熱量傳遞給冷卻水系統(tǒng)。

 

2.1.3控制系統(tǒng)

 

控制系統(tǒng)對高低溫試驗箱設備的啟停、溫度及其精度、升溫降溫速度等進行控制，通過溫度傳感器測量試驗環(huán)境內的溫度，進行PID調節(jié)，控制設備的啟停及加熱量制冷量的大小，維持試驗環(huán)境內的溫度。同時控制系統(tǒng)對加熱、制冷系統(tǒng)及設備的運行進行監(jiān)控保障其安全運行。

 

2.2高低溫試驗箱的運行狀況

 

該高低溫試驗箱投入使用6年，前期運行狀況保持良好，升溫、降溫迅速，升溫速率可達T℃/min，降溫速率可達5t/min，未出現(xiàn)過較大故障。但隨著使用時間增長，設備出現(xiàn)故障的概率也日漸增大，表1為該高低溫試驗箱2018年1月1日至4月3日的運行狀況記錄整理。

 

表1高低溫試驗箱運行記錄：

日期	運行狀況
1月1-11日	正常
1月12日	升溫至70℃后故障報警
1月13-22日	正常
1月23日	降溫至-55℃后溫度不能維持
1月24日-2月9日	正常
2月10日	降溫至-55℃后溫度不能維持
2月11-16日	正常
2月17日	升溫過程中故障報警2次
2月18-20日	正常
2月21日	降溫至-55℃后溫度不能維持，重新啟動后正常
2月22日	降溫至-55℃后溫度不能維持，重新啟動后正常，升溫至70℃后溫度不能維持
2月23-26日	正常
2月27日	降溫至-55℃后溫度不能維持，重新啟動后正常
2月28-3月2日	正常
3月3日	降溫至-55℃后溫度不能維持，重新啟動后正常
3月4日-4月1日	正常
4月2日	升溫至70℃后溫度不能維持，重新啟動后正常
4月3日	降溫至-55℃后溫度不能維持，重新啟動后正常

 

表2故障現(xiàn)象統(tǒng)計：

編號	故障現(xiàn)象	故障次數(shù)
故障1	降溫至-55℃后溫度不能維持，重新啟動后正常	7
故障2	升溫至70℃后溫度不能維持，重新啟動后正常	2
故障3	升溫至70℃后故障報警	1
故障4	升溫過程中故障報警	2

2.3高低溫試驗箱的運行狀況分析

 

從表1的運行記錄可以看出，從2018年1月1日至4月3日短短3個月內，高低溫試驗箱出現(xiàn)故障多達12次，而且連續(xù)正常運行的時間有逐漸縮短的趨勢。出現(xiàn)的故障現(xiàn)象及次數(shù)統(tǒng)計見表2。

表2顯示，在出現(xiàn)的12次故障中，故障1為降溫過程中出現(xiàn)的故障，出現(xiàn)頻率最大，占總故障的58%以上。下面就故障1分析判斷其故障產(chǎn)生原因及排除方法。

 

3、故障分析判斷及排除

 

高低溫試驗箱由加熱制冷、控制等系統(tǒng)及設備組成，出現(xiàn)故障時應對各系統(tǒng)及設備進行全面檢查和綜合分析。一般采用先外后內”的分析判斷方法，即首先檢查外部因素如冷卻水系統(tǒng)供電系統(tǒng)等，在完全排除外部因素后，再根據(jù)故障現(xiàn)象對設備進行檢查。檢查設備應分系統(tǒng)進行。針對故障1分析判斷如下。

 

故障1的故障現(xiàn)為:高低溫試驗箱降溫至-55℃后溫度不能維持，重新啟動后正常。對其溫度變化進行紀錄，并繪制溫度變化曲線如圖1。

 

圖1 溫度變化曲線

 

由圖1可以看出，溫度波動范圍比較大。高低溫試驗箱能夠制冷并達到目標溫度-55℃，說明制冷系統(tǒng)能夠制冷，檢查發(fā)現(xiàn)冷卻水系統(tǒng)正常，可以排除冷卻水系統(tǒng)故障；壓縮機能夠正常啟動并使高低溫試驗箱內溫度達到目標值，說明壓縮機電源線路正常，排除供電系統(tǒng)故障；檢查制冷系統(tǒng)。首先檢查壓縮機的吸、排氣壓力，檢查發(fā)現(xiàn)低溫部分制冷壓縮機的吸氣壓力和排氣壓力都較正常值偏低，且吸氣壓力呈抽真空狀態(tài)，初步判斷為低溫部分制冷劑R23流量不足；進一步用手觸摸低溫部分壓縮機的吸、排氣管路，發(fā)現(xiàn)排氣管路溫度不高，吸氣管路溫度不低且不結霜，再次判斷為低溫部分制冷劑R23缺乏，可能是制冷劑泄漏；用檢漏燈和肥皂水分別對制冷系統(tǒng)進行檢漏，發(fā)現(xiàn)低溫部分壓縮機吸氣管路由于受到腐蝕，管路中有“小孔”，產(chǎn)生“微漏”。

 

對低溫制冷系統(tǒng)制冷劑進行回收，對吸氣管路微漏小孔進行焊接，重新充注制冷劑后啟動，系統(tǒng)運行正常。故障2~4經(jīng)查明為恒溫保護開關失靈，在更換恒溫保護開關后故障解除，系統(tǒng)運行正常，此處不再贅述。

 

4、結論

 

對于由多個系統(tǒng)組成的高低溫試驗箱，作為運行管理及操作人員，應當了解各系統(tǒng)及設備的工作原理，當其出現(xiàn)故障時，應化整為零對各系統(tǒng)及設備進行全面檢查和綜合分析，對可能出現(xiàn)故障的原因逐一排查最終確定故障原因進行排除，是系統(tǒng)及設備恢復正常運行。另外，為了保證高低溫試驗箱運行正常減少故障率，延長設備使用壽命，應對設備進行必要的日常保養(yǎng)和維護。

 

主要從以下幾方面做起：

 

(1)熟悉設備工作原理按操作規(guī)程進行操作避免違章操作對人體及設備造成危害；

(2)定期對設備進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時解決；

(3)在故障檢查及維修過程中，要認真細致對每一個可能產(chǎn)生故障的原因仔細分析，對確定的故障徹底維修，不留隱患；

(4)運行操作人員應認真做好運行記錄，為故障分析及排除提供第一手的參考依據(jù)。