摘要：由于空調(diào)截止閥泄漏對設(shè)備的可靠性和安全性有重大影響，因此本文開發(fā)了一種自動檢測截止閥泄漏的試驗方法，以研究其對空調(diào)過程的影響，獲得了不同的運(yùn)行模式，最終形成了4種規(guī)則組合，用于修改系統(tǒng)參數(shù)中的截止閥開關(guān)狀態(tài)。并在此基礎(chǔ)上提出了一種自動切斷閥泄漏檢測方法，即在系統(tǒng)硬件配置不變的條件下，通過檢測系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)來估計切斷閥泄漏狀態(tài)。該方法可以高效、準(zhǔn)確地確定截止閥的泄漏狀態(tài)，從而顯著提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

關(guān)鍵詞：空調(diào)器；截止閥；漏開；自動監(jiān)測

中圖分類號：TB65""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著人們生活水平提高，空調(diào)器已成為家庭和辦公場所的必備設(shè)備。然而在使用過程中，空調(diào)器的截止閥漏開現(xiàn)象時有發(fā)生，這不僅影響了空調(diào)器的制冷效果，嚴(yán)重時甚至還會造成壓縮機(jī)損壞。因此，有效檢測空調(diào)器截止閥的漏開問題是一個亟待解決的問題。傳統(tǒng)的檢測方法主要為人工檢查，該方法不僅效率低下，而且容易漏檢。針對這一問題，本文提出了一種基于圖像處理和機(jī)器學(xué)習(xí)的自動檢測方案。

1空調(diào)截止閥相關(guān)分析

截止閥的結(jié)構(gòu)由閥蓋、閥軸、閥芯、閥帽、閥座、接管、清潔銅帽、接管螺母、“O”形圈以及卡環(huán)等組成?！癘”形圈是閥軸與閥蓋、閥座間的密封圈，而閥軸和閥座則是主要的密封部件。

空調(diào)截止閥主要分為上密封段、“O”形圈密封段和下密封段。各密封部分的密封原理不同，具體密封原理如下。1）“O”形圈密封。空調(diào)截止閥動密封和靜密封的重要部分為“O”形圈密封，具有彈性和塑性的密封圈在機(jī)械壓縮力和介質(zhì)壓力作用下形成此種密封?！癘”形圈密封是一種典型、可靠的密封方式，可用于閥門不同部位的密封，并需要在閥門不同部位加相應(yīng)的潤滑劑，可以在不同的環(huán)境下（如高壓、高溫和低溫等）使用合適的潤滑劑來達(dá)到密封效果。2）頂部密封。頂部密封可有效防止靜態(tài)條件下的制冷劑泄漏，確?！癘”形圈閥門密封無異常（如磨損、老化、高溫或低溫下失效）。上蓋螺母在設(shè)計上應(yīng)具有密封功能，并具有二次密封效果。其密封原理是對上蓋螺母施加一定的扭矩，使閥體與上蓋間的密封角度發(fā)生塑性變化并緊緊夾住，從而取得密封效果。3）底部密封。對閥桿施加一定扭矩時，閥體的錐面與底部密封線發(fā)生變形，形成緊密接觸，對截止閥的底部產(chǎn)生密封效果[1]。

空調(diào)球閥的密封性能較差，制冷劑異常泄漏或動態(tài)密封泄漏主要發(fā)生在盤管旋轉(zhuǎn)過程中。在靜態(tài)條件下，如果球閥閥體無裂紋或球閥線圈錐面凹凸平衡，就不可能發(fā)生制冷劑異常泄漏現(xiàn)象。影響球閥動態(tài)密封性能的因素主要有4個，即密封環(huán)直徑、盤管凹槽寬度、盤管凹槽底部直徑和盤管外徑。密封環(huán)直徑、溝槽寬度與溝槽底部直徑密切相關(guān)。密封環(huán)的密封性取決于橡膠本身的不可壓縮性，而密封環(huán)是在壓縮狀態(tài)下安裝在線圈槽中的，因此整個空間必須能夠承受密封環(huán)的變形[2]。

2漏開截止閥空調(diào)系統(tǒng)試驗研究

本文測試了一臺風(fēng)道長度為5m的3匹空調(diào)，在制冷模式下，分別測試了4個切斷閥開關(guān)條件（條件1-空氣阻隔打開；條件2-空氣阻隔關(guān)閉；條件3-空氣阻隔打開；條件4-空氣阻隔關(guān)閉）下的空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)。通過比較制熱和不同測試條件下的空調(diào)壓力、盤管溫度、排風(fēng)溫度、功率和流量等參數(shù)，分析了切斷閥打開時系統(tǒng)狀態(tài)的顯著差異，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了控制邏輯，以實現(xiàn)精確控制。截止閥開關(guān)狀態(tài)組合表見表1。

3截止閥漏開時系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)分析

在壓縮機(jī)內(nèi)部，為了切實有效地防止內(nèi)部升溫造成的線圈磁化現(xiàn)象，制造人員通常會在壓縮機(jī)外部的外殼上添加一種溫度保護(hù)器。根據(jù)截止閥泄露的相關(guān)測試分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓縮機(jī)外部環(huán)境為35℃～48℃時，壓縮機(jī)在冷卻20min后會停止。對機(jī)械進(jìn)行解剖分析發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)高溫?zé)龤?，原因是高溫環(huán)境下，滑動磨片的磨損使線圈產(chǎn)生了磁化，而壓縮機(jī)的峰值溫度和壓縮機(jī)頻率觸發(fā)了溫控關(guān)機(jī)和溫度保護(hù)。壓縮機(jī)的啟動時間變化曲線如圖1所示[3]。

圖1顯示，關(guān)斷閥泄漏與氣閥、液閥開度和方向變化有很大不同，Td逐漸增大，上升率呈進(jìn)一步增大趨勢。其原因如下。當(dāng)截止閥泄漏打開時，制冷劑循環(huán)受到限制，室內(nèi)外熱交換器熱量交換少，壓縮機(jī)工作低，排氣前和殼體內(nèi)的溫度上升速度慢，導(dǎo)致出現(xiàn)壓縮機(jī)回油問題。因此在壓縮機(jī)正常運(yùn)行的條件下，油量不足，潤滑性下降，缸體和轉(zhuǎn)子出現(xiàn)磨損，進(jìn)而產(chǎn)生高溫，壓縮機(jī)的運(yùn)行溫度上升。

由于熱傳導(dǎo)具有滯后效應(yīng)，壓縮機(jī)殼體內(nèi)部的熱傳導(dǎo)性溫度上升速度明顯低于局部壓縮機(jī)殼體內(nèi)部的溫度，因此導(dǎo)致最高溫度額保護(hù)值遠(yuǎn)低于殼體熱保護(hù)裝置的115℃，其內(nèi)部產(chǎn)生的磁化效應(yīng)對壓縮機(jī)在高溫情況下的運(yùn)轉(zhuǎn)無法起到保護(hù)作用，說明當(dāng)截止閥處于缺失狀態(tài)時，壓縮機(jī)外殼設(shè)置的熱保護(hù)裝置遠(yuǎn)無法保障系統(tǒng)的可靠性和安全性，因此本文的后續(xù)研究將在保留系統(tǒng)硬件配置的大前提下，

根據(jù)相關(guān)試驗、壓縮機(jī)的不同運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行狀態(tài)對相關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析，并分析在截止閥作為主導(dǎo)控制的前提下，壓縮機(jī)產(chǎn)生的差異[4]。

3.1制冷模式下漏開截止閥時系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)分析

在制冷模式下，通過壓力表檢測入口和出口壓力Ps和Pd，通過溫度傳感器檢測室內(nèi)和室外盤管溫度Tn、Tw以及室內(nèi)、室外環(huán)境溫度Tn0和Tw0，并通過公式（1）、公式（2）計算室內(nèi)和室外盤管溫度、環(huán)境溫度之差|ΔTn|、|ΔTw|，|ΔTn|、|ΔTw|以及F隨壓縮機(jī)啟動時間t的變化曲線如圖2、圖3所示。

由圖2、圖3可知，對壓縮機(jī)而言，漏開截止閥時的|？Tn|、|？Tw|從穩(wěn)定后1min開始，差值從氣體閥打開狀態(tài)逐漸增加到液體閥打開狀態(tài)，原因是當(dāng)氣液截止閥打開時，系統(tǒng)制冷劑從壓縮機(jī)排出，并在室外和室內(nèi)熱交換器中積聚約40s，形成低壓側(cè)真空[5]。

3.2制熱模式下漏開截止閥時系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)分析

當(dāng)壓縮機(jī)處于制熱模式時，打開放氣閥，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置的制冷劑處于停止流動狀態(tài)，但是放氣閥的開啟需要不同的條件，對壓縮機(jī)的輸出壓力產(chǎn)生了較大影響，具體量化分析如圖4所示。

如圖4所示，在液堵閥打開的情況下，出口壓力Pd在5min內(nèi)穩(wěn)步上升，并穩(wěn)定在3.0MPa左右。在液流阻塞閥打開的情況下，Pd在1min內(nèi)略有上升，然后逐漸降至比壓縮機(jī)啟動前略高的水平；在液流阻塞閥打開的情況下，Pd在前3min內(nèi)穩(wěn)定上升，快速上升的速度明顯超過壓縮機(jī)的排氣壓力極限。對上述現(xiàn)象的分析如下所示。氣關(guān)液關(guān)，當(dāng)制冷劑積聚在內(nèi)部熱交換器中時，制冷劑流量低，系統(tǒng)中不發(fā)生熱交換，因此系統(tǒng)壓力保持在較低水平；氣關(guān)液開，氣關(guān)液關(guān)，當(dāng)制冷劑通過壓縮機(jī)排入“E”形管時，管段的長度設(shè)計較短，通常為3min～5min[6]，因此高壓升至系統(tǒng)安全極限。＜3HP時，空調(diào)沒有壓力開關(guān)，只能通過制冷模式判定元件有效判定氣體開啟和液體關(guān)閉，但當(dāng)氣體關(guān)閉、液體開啟或氣體關(guān)閉、液體關(guān)閉時，如果壓縮機(jī)啟動時間t太長，Pd會升至系統(tǒng)安全極限，造成安全隱患；如果t太短，在制熱模式低頻運(yùn)行下可能會出現(xiàn)錯誤判定。因此，建議增加加熱模式下壓縮機(jī)相電流I的確定，I隨壓縮機(jī)啟動時間t的變化曲線如圖5所示。

從圖6可以看出，在氣開液開模式下，壓縮機(jī)啟動后相電流I迅速增大，約2min后趨于穩(wěn)定。在氣關(guān)液開、氣開液關(guān)模式下，由于制冷劑流量小、Pd低，相電流I保持在較低水平。在開-關(guān)機(jī)模式下，Pd都迅速增大，壓力比增約3。在氣關(guān)液關(guān)模式下，電機(jī)過載。在開-關(guān)模式下，相電流I變小。5min后，可以觀察到相電流I的增長率顯著增加且高于氣開液開模式。經(jīng)過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，對截止閥漏開進(jìn)行識別的關(guān)鍵因素是加熱模式下，壓縮機(jī)產(chǎn)生的相電流起了至關(guān)重要的作用。但是值得一提的是，在低溫加熱和氣開液開模式下，壓縮機(jī)的啟動主要在低溫條件下進(jìn)行，其內(nèi)部產(chǎn)生的電流和排氣壓力處于緩慢的上升狀態(tài)，此時室內(nèi)、室外的環(huán)境溫度和盤管溫度近似相符，為了切實有效地提升類似條件下的監(jiān)測效率，可以將壓縮機(jī)運(yùn)行頻率、運(yùn)行時間以及室外盤管溫度統(tǒng)一組合進(jìn)相關(guān)判定條件中[7]。

4截止閥漏開自動檢測方案設(shè)計

基于上述系統(tǒng)狀態(tài)分析，本文提出了3種評估截止閥開啟泄漏方法，即溫度評估法、執(zhí)行器故障評估法和輔助執(zhí)行器故障評估法。下面介紹這3種評估方法。

4.1溫度判斷法

當(dāng)壓縮機(jī)處于連續(xù)運(yùn)行模式下時，可判斷其溫度進(jìn)行，1min后，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)如下條件，即壓縮機(jī)頻率＞F1、|ΔTn|lt;m℃和|ΔTw|lt;n℃，則室外機(jī)需要結(jié)束運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時顯示狀態(tài)“截止閥漏開，其故障為-1”。

4.2驅(qū)動故障判斷法

當(dāng)壓縮機(jī)處于連續(xù)運(yùn)行模式下時，可判斷其驅(qū)動故障，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)如下條件，即壓縮機(jī)相電流超過I1A、壓縮機(jī)運(yùn)行時間小于t2（t2lt;t1）和|ΔTn|＜m℃，則室外機(jī)需要結(jié)束運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時顯示狀態(tài)“截止閥漏開，其故障為-2”。

4.3驅(qū)動故障補(bǔ)充判斷法

假如利用驅(qū)動故障的判斷法，則無法對系統(tǒng)故障進(jìn)行分析，但當(dāng)系統(tǒng)滿足如下條件，即Toutlt;T1℃、壓縮機(jī)運(yùn)行時間為t2～t3、壓縮機(jī)頻率＞F2、壓縮機(jī)相電流超過I1A和|？Tn|lt;m℃時，室外機(jī)需要結(jié)束運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時顯示狀態(tài)“截止閥漏開，其故障為-3”。

其中，溫度評估方法應(yīng)適用于冷卻模式下的所有截止閥泄漏情況，僅適用于加熱模式下的液體閥泄漏情況。執(zhí)行器故障評估方法和輔助執(zhí)行器故障評估方法應(yīng)適用于制熱模式下的氣閥泄漏情況。輔助執(zhí)行器故障評估方法也應(yīng)適用于極低溫度和壓縮機(jī)在低溫條件下啟動且排氣流量和壓力緩慢增加的首次啟動情況，執(zhí)行器故障評估方法可能無須執(zhí)行。此外，由于壓縮機(jī)排氣量和功率不同，因此3種評估方法中使用的評估值也因產(chǎn)品而異[8]。1）溫度評估法。當(dāng)壓縮機(jī)處于連續(xù)運(yùn)行模式下時，可判斷其溫度進(jìn)行。如果滿足以下條件，即壓縮機(jī)頻率大于某一閾值F1、系統(tǒng)溫差|ΔTn|小于某一閾值m℃以及環(huán)境溫差|ΔTw|小于某一閾值n℃，就可以認(rèn)為截止閥存在漏開現(xiàn)象，并結(jié)束室外機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時顯示相應(yīng)的故障狀態(tài)。2）執(zhí)行器故障評估法。如果利用驅(qū)動故障的判斷法則無法對系統(tǒng)故障進(jìn)行分析，但系統(tǒng)滿足以下條件，即室外溫度Tout小于某一閾值T1℃、壓縮機(jī)運(yùn)行時間在某一時間段t2～t3、壓縮機(jī)頻率大于某一閾值F2、壓縮機(jī)相電流超過某一閾值I1A以及系統(tǒng)溫差|ΔTn|小于某一閾值m℃，就可以認(rèn)為截止閥存在漏開現(xiàn)象[9]。3）輔助執(zhí)行器故障評估法。如果系統(tǒng)滿足以下條件，即壓縮機(jī)頻率大于某一閾值F2、壓縮機(jī)相電流超過某一閾值I1A以及系統(tǒng)溫差|ΔTn|小于某一閾值m℃，并且輔助執(zhí)行器出現(xiàn)故障，就可以認(rèn)為截止閥存在漏開現(xiàn)象[10]。

5結(jié)語

本文提出了一種基于評估方式分析的空調(diào)器截止閥漏開自動檢測方案。該方案能夠有效檢測出空調(diào)器截止閥的漏開現(xiàn)象，具有較高的準(zhǔn)確率和召回率，同時運(yùn)行速度較快。試驗結(jié)果表明，該方案具有一定的實用價值和推廣前景[11]。未來研究方向包括優(yōu)化圖像處理算法和機(jī)器學(xué)習(xí)模型，提高檢測方案的效率和準(zhǔn)確性。同時，可以進(jìn)一步研究其他類型空調(diào)器部件的自動檢測方案，為空調(diào)器的智能化維修和管理提供技術(shù)支持。

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