冷库实训教学设备的设计与制作

李绍铭 刘 兵

（武汉工程职业技术学院 湖北 武汉：430080）

0 引言

“制冷技术”是供热通风与空调工程专业的一门核心课程，也是相关专业学生必须掌握的一门专业课程。目前，国内有不少教学设备公司生产冷库实训教学设备，但其主要进行的是冷库制冷系统的模拟，且故障设置多为电气故障设置，无法观摩到具体的组成部件、工作过程及制冷系统故障原因分析排除处理等，不能充分满足我院目前教学需求。

为了紧密联系教学内容，增强学生对制冷系统工作原理及设备构成的认识，设计并自制了一机两库冷库实训教学设备。该实训教学设备能培养学员的动手能力，使其能熟练掌握冷库制冷系统的操作流程及故障排查。学员可以清晰地观察冷库部件构成，进行冷库制冷系统的实际操作、调试；设置的八种模拟故障，供学员进行故障原因分析、诊断、排除的操作。

1 冷库系统设计方案

1.1 设计思路

冷库一般多由制冷机制冷，利用制冷剂在蒸发管内气化吸收库内介质的热量，从而达到冷却降温的目的。常用的是压缩式制冷机组，主要由压缩机、冷凝器、热力膨胀阀和蒸发器等组成。按照蒸发器的冷却形式可分直接冷却和间接冷却两种。直接冷却是将蒸发排管安装在冷藏库房内，制冷剂在管道内蒸发吸热带走冷库内的热量。间接冷却是由风机将库房内的空气抽吸进空气冷却装置，冷却后的空气送入到冷库进行降温，冷却迅速，库内温度较均匀。

根据实训室现有实训设备状况，紧密结合教学需要，我们对冷库实训教学设备作以下考虑：

（1）采用装配式库体构成两个空间，一为高温库，一为低温库，两库内空间为10m3；

（2）高温库库温为0℃～10℃。低温库库温为＜－15℃；

（3）采用一套制冷机组供冷，压缩机选用半封闭活塞式压缩机；

（4）采用新型环保制冷剂；

（5）高温库采用自然对流冷却方式，低温库采用强制对流冷却方式；

（6）设置八个故障点，可根据需要人为设置故障。

1.2 系统组成与设备选型

一机两库冷库系统主要由以下几部分组成：制冷机组、高低温库体、铜质墙排管、吊顶冷风机、风幕机、控制系统、故障设置箱等。制冷系统选用艾默生低温半封闭式制冷机组。根据实训教学中库门经常处于开启状态的实际情况，选用大一级别的机组，并在两个库门上方安装了风幕机。同时在制冷系统中设置了多种辅助设备。低温库采用吊顶冷风机冷却方式，高温库采用铜质蛇形排管冷却方式，在高温库与低温库之间设置一排气扇和一回风口，利用低温库库温为高温库提供冷源，作为高温库的另一种冷却方式。为保持库内干燥，设置排水管路将化霜水引至库体外。系统选用环保型制冷剂R404a。具体设备及型号见表1。

表1 一机两库冷库系统设备清单

1.3 系统控制部分

1.3.1 系统运行控制

根据冷库工作运行工况，采用STC－200，STC－9100微电脑温控器对库内温度进行实时控制，高温库工作温度0℃～5℃，低温库工作温度－18℃～－15℃。考虑实训操作需求，冷库制冷系统开机运行时可以分为手动和自动两种工作模式，在控制上实现两库同时开启和分别开启的模式。此外还设置了专门的除霜控制，便于冷库系统的维护保养。

1.3.2 系统故障设置

为了充分利用冷库实训教学设备的作用，紧密联系实训教学情况，我们设计了专门的故障电控箱，在故障点的设置上，考虑到制冷专业实训的需要，首先设置了制冷系统三大故障点（漏、堵、冻），其次是最常见的机械故障及控制方面的故障，根据冷库的特点还设置了化霜部位的故障，一般电器线路故障没有考虑在内。故障设置见表2，故障设置电路图见图1。

表2 冷库系统故障设置

以上故障设置均连线至故障设置箱，由小型继电器和按钮开关动作完成，并设置指示灯指示故障类型。虚拟故障设置能供学员了解故障现象、分析故障原因、提出解决方案。对学员在维修实训中解决实际问题提供帮助。

1.4 库体保温材料与制冷剂的选用

1.4.1 库体保温

一般冷库与外界存在明显温差，需要采用保温隔热材料来阻止热量的传递。目前常用的保温材料有聚氨酯（分板材和现场喷涂两种）、挤塑板、普通泡沫板等多种类型，其中尤以现场喷涂成型的聚氨酯效果最佳，导热系数低且连成整体无拼接缝，具有很高的性价比优势。装配式冷库近年来也颇受欢迎，因为它具有工期短，符合卫生标准，可拆移等特点。本系统采用聚氨酯板材装配式库体。

1.4.2 制冷剂

制冷剂R404a是一种不含氯的中温中压非共沸混合制冷剂，由44%R125、4%R134a和52% R143a组成，常温常压下为无色气体，主要用于替代R22和R502，具有清洁、低毒、不燃、制冷效果好、对臭氧层破坏潜能为零等特点，制冷剂R404a最接近于R502的运作。

R404a主要应用在温度为－20℃～－50℃的商用制冷设备中，是替代R502的首选制冷剂，所以R404a在大型商用制冷设备广泛使用，包括新型设备和更新设备、交通运输制冷设备，R404a适用于所有R502正常动作的环境。

图1 故障设置电路图

2 实施结果

一机两库冷库实训教学设备2010年3月开始设计、实施，于2011年1月完工。实训教学设备经过多次调试、检测，开机运行良好，工作参数数值均在设计的范围内，初步达到设计的要求。该实训教学设备已于2011年2月投入使用。实训效果良好。

3 结束语

该实训教学设备完成后，为学员提供了直观的实训设备，可供学员进行冷库系统各种模式的操作、调试。并能设置一定量的故障现象，供学员进行分析故障原因及故障排除的操作，大大增加了学员的动手机会。增强了供热通风与空调工程专业核心课程“制冷技术”实验、实训效果，有利于学生对相关理论知识的掌握。该实训教学设备也适用本专业及各企业相关专业中级、高级工的技能鉴定的培训及考核。此项目的完成，提高了本专业教师的理论和实践教学水平，也得到了专家的认可。

［1］ 李建华.冷库设计［M］.北京.机械工业出版社，2007.

［2］ 严卫东.小型制冷装置实训［M］.北京.机械工业出版社，2003.

［3］ 孙余凯.制冷电器故障检修技巧与实例［M］.北京：人民邮电出版社，2004.

［4］ 张华俊.半封闭活塞式制冷压缩机低温工况应用R404a的试验［J］.制冷与空调，2007，（6）：71－74.