空调器截止阀漏开自动检测方案设计

摘要：由于空调截止阀泄漏对设备的可靠性和安全性有重大影响，因此本文开发了一种自动检测截止阀泄漏的试验方法，以研究其对空调过程的影响，获得了不同的运行模式，最终形成了4种规则组合，用于修改系统参数中的截止阀开关状态。并在此基础上提出了一种自动切断阀泄漏检测方法，即在系统硬件配置不变的条件下，通过检测系统状态参数来估计切断阀泄漏状态。该方法可以高效、准确地确定截止阀的泄漏状态，从而显著提高系统的可靠性和安全性。

关键词：空调器；截止阀；漏开；自动监测

中图分类号：TB65""""""""" 文献标志码：A

随着人们生活水平提高，空调器已成为家庭和办公场所的必备设备。然而在使用过程中，空调器的截止阀漏开现象时有发生，这不仅影响了空调器的制冷效果，严重时甚至还会造成压缩机损坏。因此，有效检测空调器截止阀的漏开问题是一个亟待解决的问题。传统的检测方法主要为人工检查，该方法不仅效率低下，而且容易漏检。针对这一问题，本文提出了一种基于图像处理和机器学习的自动检测方案。

1空调截止阀相关分析

截止阀的结构由阀盖、阀轴、阀芯、阀帽、阀座、接管、清洁铜帽、接管螺母、“O”形圈以及卡环等组成。“O”形圈是阀轴与阀盖、阀座间的密封圈，而阀轴和阀座则是主要的密封部件。

空调截止阀主要分为上密封段、“O”形圈密封段和下密封段。各密封部分的密封原理不同，具体密封原理如下。1）“O”形圈密封。空调截止阀动密封和静密封的重要部分为“O”形圈密封，具有弹性和塑性的密封圈在机械压缩力和介质压力作用下形成此种密封。“O”形圈密封是一种典型、可靠的密封方式，可用于阀门不同部位的密封，并需要在阀门不同部位加相应的润滑剂，可以在不同的环境下（如高压、高温和低温等）使用合适的润滑剂来达到密封效果。2）顶部密封。顶部密封可有效防止静态条件下的制冷剂泄漏，确保“O”形圈阀门密封无异常（如磨损、老化、高温或低温下失效）。上盖螺母在设计上应具有密封功能，并具有二次密封效果。其密封原理是对上盖螺母施加一定的扭矩，使阀体与上盖间的密封角度发生塑性变化并紧紧夹住，从而取得密封效果。3）底部密封。对阀杆施加一定扭矩时，阀体的锥面与底部密封线发生变形，形成紧密接触，对截止阀的底部产生密封效果[1]。

空调球阀的密封性能较差，制冷剂异常泄漏或动态密封泄漏主要发生在盘管旋转过程中。在静态条件下，如果球阀阀体无裂纹或球阀线圈锥面凹凸平衡，就不可能发生制冷剂异常泄漏现象。影响球阀动态密封性能的因素主要有4个，即密封环直径、盘管凹槽宽度、盘管凹槽底部直径和盘管外径。密封环直径、沟槽宽度与沟槽底部直径密切相关。密封环的密封性取决于橡胶本身的不可压缩性，而密封环是在压缩状态下安装在线圈槽中的，因此整个空间必须能够承受密封环的变形[2]。

2漏开截止阀空调系统试验研究

本文测试了一台风道长度为5m的3匹空调，在制冷模式下，分别测试了4个切断阀开关条件（条件1-空气阻隔打开；条件2-空气阻隔关闭；条件3-空气阻隔打开；条件4-空气阻隔关闭）下的空调系统参数。通过比较制热和不同测试条件下的空调压力、盘管温度、排风温度、功率和流量等参数，分析了切断阀打开时系统状态的显著差异，并在此基础上设计了控制逻辑，以实现精确控制。截止阀开关状态组合表见表1。

3截止阀漏开时系统状态参数分析

在压缩机内部，为了切实有效地防止内部升温造成的线圈磁化现象，制造人员通常会在压缩机外部的外壳上添加一种温度保护器。根据截止阀泄露的相关测试分析可以发现，当压缩机外部环境为35℃～48℃时，压缩机在冷却20min后会停止。对机械进行解剖分析发现，压缩机内部出现高温烧毁，原因是高温环境下，滑动磨片的磨损使线圈产生了磁化，而压缩机的峰值温度和压缩机频率触发了温控关机和温度保护。压缩机的启动时间变化曲线如图1所示[3]。

图1显示，关断阀泄漏与气阀、液阀开度和方向变化有很大不同，Td逐渐增大，上升率呈进一步增大趋势。其原因如下。当截止阀泄漏打开时，制冷剂循环受到限制，室内外热交换器热量交换少，压缩机工作低，排气前和壳体内的温度上升速度慢，导致出现压缩机回油问题。因此在压缩机正常运行的条件下，油量不足，润滑性下降，缸体和转子出现磨损，进而产生高温，压缩机的运行温度上升。

由于热传导具有滞后效应，压缩机壳体内部的热传导性温度上升速度明显低于局部压缩机壳体内部的温度，因此导致最高温度额保护值远低于壳体热保护装置的115℃，其内部产生的磁化效应对压缩机在高温情况下的运转无法起到保护作用，说明当截止阀处于缺失状态时，压缩机外壳设置的热保护装置远无法保障系统的可靠性和安全性，因此本文的后续研究将在保留系统硬件配置的大前提下，

根据相关试验、压缩机的不同运行环境和运行状态对相关系统状态参数进行分析，并分析在截止阀作为主导控制的前提下，压缩机产生的差异[4]。

3.1制冷模式下漏开截止阀时系统状态参数分析

在制冷模式下，通过压力表检测入口和出口压力Ps和Pd，通过温度传感器检测室内和室外盘管温度Tn、Tw以及室内、室外环境温度Tn0和Tw0，并通过公式（1）、公式（2）计算室内和室外盘管温度、环境温度之差|ΔTn|、|ΔTw|，|ΔTn|、|ΔTw|以及F随压缩机启动时间t的变化曲线如图2、图3所示。

由图2、图3可知，对压缩机而言，漏开截止阀时的|？Tn|、|？Tw|从稳定后1min开始，差值从气体阀打开状态逐渐增加到液体阀打开状态，原因是当气液截止阀打开时，系统制冷剂从压缩机排出，并在室外和室内热交换器中积聚约40s，形成低压侧真空[5]。

3.2制热模式下漏开截止阀时系统状态参数分析

当压缩机处于制热模式时，打开放气阀，发现系统内部设置的制冷剂处于停止流动状态，但是放气阀的开启需要不同的条件，对压缩机的输出压力产生了较大影响，具体量化分析如图4所示。

如图4所示，在液堵阀打开的情况下，出口压力Pd在5min内稳步上升，并稳定在3.0MPa左右。在液流阻塞阀打开的情况下，Pd在1min内略有上升，然后逐渐降至比压缩机启动前略高的水平；在液流阻塞阀打开的情况下，Pd在前3min内稳定上升，快速上升的速度明显超过压缩机的排气压力极限。对上述现象的分析如下所示。气关液关，当制冷剂积聚在内部热交换器中时，制冷剂流量低，系统中不发生热交换，因此系统压力保持在较低水平；气关液开，气关液关，当制冷剂通过压缩机排入“E”形管时，管段的长度设计较短，通常为3min～5min[6]，因此高压升至系统安全极限。＜3HP时，空调没有压力开关，只能通过制冷模式判定元件有效判定气体开启和液体关闭，但当气体关闭、液体开启或气体关闭、液体关闭时，如果压缩机启动时间t太长，Pd会升至系统安全极限，造成安全隐患；如果t太短，在制热模式低频运行下可能会出现错误判定。因此，建议增加加热模式下压缩机相电流I的确定，I随压缩机启动时间t的变化曲线如图5所示。

从图6可以看出，在气开液开模式下，压缩机启动后相电流I迅速增大，约2min后趋于稳定。在气关液开、气开液关模式下，由于制冷剂流量小、Pd低，相电流I保持在较低水平。在开-关机模式下，Pd都迅速增大，压力比增约3。在气关液关模式下，电机过载。在开-关模式下，相电流I变小。5min后，可以观察到相电流I的增长率显著增加且高于气开液开模式。经过以上分析可以发现，对截止阀漏开进行识别的关键因素是加热模式下，压缩机产生的相电流起了至关重要的作用。但是值得一提的是，在低温加热和气开液开模式下，压缩机的启动主要在低温条件下进行，其内部产生的电流和排气压力处于缓慢的上升状态，此时室内、室外的环境温度和盘管温度近似相符，为了切实有效地提升类似条件下的监测效率，可以将压缩机运行频率、运行时间以及室外盘管温度统一组合进相关判定条件中[7]。

4截止阀漏开自动检测方案设计

基于上述系统状态分析，本文提出了3种评估截止阀开启泄漏方法，即温度评估法、执行器故障评估法和辅助执行器故障评估法。下面介绍这3种评估方法。

4.1温度判断法

当压缩机处于连续运行模式下时，可判断其温度进行，1min后，当系统出现如下条件，即压缩机频率＞F1、|ΔTn|lt;m℃和|ΔTw|lt;n℃，则室外机需要结束运转状态，同时显示状态“截止阀漏开，其故障为-1”。

4.2驱动故障判断法

当压缩机处于连续运行模式下时，可判断其驱动故障，当系统出现如下条件，即压缩机相电流超过I1A、压缩机运行时间小于t2（t2lt;t1）和|ΔTn|＜m℃，则室外机需要结束运转状态，同时显示状态“截止阀漏开，其故障为-2”。

4.3驱动故障补充判断法

假如利用驱动故障的判断法，则无法对系统故障进行分析，但当系统满足如下条件，即Toutlt;T1℃、压缩机运行时间为t2～t3、压缩机频率＞F2、压缩机相电流超过I1A和|？Tn|lt;m℃时，室外机需要结束运转状态，同时显示状态“截止阀漏开，其故障为-3”。

其中，温度评估方法应适用于冷却模式下的所有截止阀泄漏情况，仅适用于加热模式下的液体阀泄漏情况。执行器故障评估方法和辅助执行器故障评估方法应适用于制热模式下的气阀泄漏情况。辅助执行器故障评估方法也应适用于极低温度和压缩机在低温条件下启动且排气流量和压力缓慢增加的首次启动情况，执行器故障评估方法可能无须执行。此外，由于压缩机排气量和功率不同，因此3种评估方法中使用的评估值也因产品而异[8]。1）温度评估法。当压缩机处于连续运行模式下时，可判断其温度进行。如果满足以下条件，即压缩机频率大于某一阈值F1、系统温差|ΔTn|小于某一阈值m℃以及环境温差|ΔTw|小于某一阈值n℃，就可以认为截止阀存在漏开现象，并结束室外机的运转状态，同时显示相应的故障状态。2）执行器故障评估法。如果利用驱动故障的判断法则无法对系统故障进行分析，但系统满足以下条件，即室外温度Tout小于某一阈值T1℃、压缩机运行时间在某一时间段t2～t3、压缩机频率大于某一阈值F2、压缩机相电流超过某一阈值I1A以及系统温差|ΔTn|小于某一阈值m℃，就可以认为截止阀存在漏开现象[9]。3）辅助执行器故障评估法。如果系统满足以下条件，即压缩机频率大于某一阈值F2、压缩机相电流超过某一阈值I1A以及系统温差|ΔTn|小于某一阈值m℃，并且辅助执行器出现故障，就可以认为截止阀存在漏开现象[10]。

5结语

本文提出了一种基于评估方式分析的空调器截止阀漏开自动检测方案。该方案能够有效检测出空调器截止阀的漏开现象，具有较高的准确率和召回率，同时运行速度较快。试验结果表明，该方案具有一定的实用价值和推广前景[11]。未来研究方向包括优化图像处理算法和机器学习模型，提高检测方案的效率和准确性。同时，可以进一步研究其他类型空调器部件的自动检测方案，为空调器的智能化维修和管理提供技术支持。

参考文献

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