高低温试验箱的运行及故障分析

1、概述

 

高低温试验箱能提供一个高温环境和低温环境，主要用于科学试验研究，是制冷技术在科学试验中的典型应用。在航空工业及国防工业中，航空仪表、火箭、导弹的控制器航空发动机以及飞行控制器、惯性导航系统、飞行显示系统等所用的各种电子元器件、控制线路都需要在模拟的高温、低温条件下进行性能试验。高低温试验箱在科学试验中发挥着极其重要且不可替代的作用，高低温试验箱的正常运行是保证试验正常进行的一个基本条件。

 

通过对某研究所型号为的高低温试验箱一段时期的运行记录进行整理，对其运行状况进行分析，发现常见故障，分析其故障产生的原因，提出故障排除方法，并总结出高低温试验箱的运行维护和保养措施，减少设备故障率，保障试验的顺利进行。

 

2、高低温试验箱的运行状况分析

 

2.1高低温试验箱的工作原理

 

受环境、材料、制冷技术等方面的影响，高低温试验箱能够提供-70℃~180℃的试验环境，降温速率为5℃/min，利用电加热器进行加热升温实现高温试验环境，采用复叠式制冷技术实现低温试验环境，通过控制系统设定试验环境温度及其波动范围。

 

2.1.1加热系统

 

利用多台电加热器将电能转换为热能使箱体内温度升高，实现高温试验环境。通过控制系统控制电加热器开启台数，使试验环境达到试验温度并维持在温度允许波动范固内满足不同温度试验环境的要求。

 

2.1.2制冷系统

 

制冷系统是高低温试验箱的一个很重要的组成部分，采用复叠式制冷以达到较低的低温环境。复叠式制冷由高温部分和低温部分组成，两部分各为一个制冷系统，相对独立。低温部分使用R23制冷剂作为制冷循环工质液态制冷剂在蒸发器内气化吸收试验环境内的热量使其达到试验所需的低温，通过其冷凝器(高温部分的蒸发器)将热量释放给高温部分。高温部分使用R404a制冷剂作为循环工质液态制冷剂在其蒸发器(低温部分的冷凝器)内气化吸收低温部分释放出的热量，使低温部分制冷剂能够液化，通过高温部分的冷凝器将热量传递给冷却水系统。

 

2.1.3控制系統

 

控制系统对高低温试验箱设备的启停、温度及其精度、升温降温速度等进行控制，通过温度传感器测量试验环境内的温度，进行PID调节，控制设备的启停及加热量制冷量的大小，维持试验环境内的温度。同时控制系统对加热、制冷系统及设备的运行进行监控保障其安全运行。

 

2.2高低温试验箱的运行状况

 

该高低温试验箱投入使用6年，前期运行状况保持良好，升温、降温迅速，升温速率可达T℃/min，降温速率可达5t/min，未出现过较大故障。但随着使用时间增长，设备出现故障的概率也日渐增大，表1为该高低温试验箱2018年1月1日至4月3日的运行状况记录整理。

 

表1高低温试验箱运行记录：

日期	运行状况
1月1-11日	正常
1月12日	升温至70℃后故障报警
1月13-22日	正常
1月23日	降温至-55℃后温度不能维持
1月24日-2月9日	正常
2月10日	降温至-55℃后温度不能维持
2月11-16日	正常
2月17日	升温过程中故障报警2次
2月18-20日	正常
2月21日	降温至-55℃后温度不能维持，重新启动后正常
2月22日	降温至-55℃后温度不能维持，重新启动后正常，升温至70℃后温度不能维持
2月23-26日	正常
2月27日	降温至-55℃后温度不能维持，重新启动后正常
2月28-3月2日	正常
3月3日	降温至-55℃后温度不能维持，重新启动后正常
3月4日-4月1日	正常
4月2日	升温至70℃后温度不能维持，重新启动后正常
4月3日	降温至-55℃后温度不能维持，重新启动后正常

 

表2故障现象统计：

编号	故障现象	故障次数
故障1	降温至-55℃后温度不能维持，重新启动后正常	7
故障2	升温至70℃后温度不能维持，重新启动后正常	2
故障3	升温至70℃后故障报警	1
故障4	升温过程中故障报警	2

2.3高低温试验箱的运行状况分析

 

从表1的运行记录可以看出，从2018年1月1日至4月3日短短3个月内，高低温试验箱出现故障多达12次，而且连续正常运行的时间有逐渐缩短的趋势。出现的故障现象及次数统计见表2。

表2显示，在出现的12次故障中，故障1为降温过程中出现的故障，出现频率最大，占总故障的58%以上。下面就故障1分析判断其故障产生原因及排除方法。

 

3、故障分析判断及排除

 

高低温试验箱由加热制冷、控制等系统及设备组成，出现故障时应对各系统及设备进行全面检查和综合分析。一般采用先外后内”的分析判断方法，即首先检查外部因素如冷却水系统供电系统等，在完全排除外部因素后，再根据故障现象对设备进行检查。检查设备应分系统进行。针对故障1分析判断如下。

 

故障1的故障现为:高低温试验箱降温至-55℃后温度不能维持，重新启动后正常。对其温度变化进行纪录，并绘制温度变化曲线如图1。

 

图1 温度变化曲线

 

由图1可以看出，温度波动范围比较大。高低温试验箱能够制冷并达到目标温度-55℃，说明制冷系统能够制冷，检查发现冷却水系统正常，可以排除冷却水系统故障；压缩机能够正常启动并使高低温试验箱内温度达到目标值，说明压缩机电源线路正常，排除供电系统故障；检查制冷系统。首先检查压缩机的吸、排气压力，检查发现低温部分制冷压缩机的吸气压力和排气压力都较正常值偏低，且吸气压力呈抽真空状态，初步判断为低温部分制冷剂R23流量不足；进一步用手触摸低温部分压缩机的吸、排气管路，发现排气管路温度不高，吸气管路温度不低且不结霜，再次判断为低温部分制冷剂R23缺乏，可能是制冷剂泄漏；用检漏灯和肥皂水分别对制冷系统进行检漏，发现低温部分压缩机吸气管路由于受到腐蚀，管路中有“小孔”，产生“微漏”。

 

对低温制冷系统制冷剂进行回收，对吸气管路微漏小孔进行焊接，重新充注制冷剂后启动，系统运行正常。故障2~4经查明为恒温保护开关失灵，在更换恒温保护开关后故障解除，系统运行正常，此处不再赘述。

 

4、结论

 

对于由多个系统组成的高低温试验箱，作为运行管理及操作人员，应当了解各系统及设备的工作原理，当其出现故障时，应化整为零对各系统及设备进行全面检查和综合分析，对可能出现故障的原因逐一排查最终确定故障原因进行排除，是系统及设备恢复正常运行。另外，为了保证高低温试验箱运行正常减少故障率，延长设备使用寿命，应对设备进行必要的日常保养和维护。

 

主要从以下几方面做起：

 

(1)熟悉设备工作原理按操作规程进行操作避免违章操作对人体及设备造成危害；

(2)定期对设备进行检查，发现问题及时解决；

(3)在故障检查及维修过程中，要认真细致对每一个可能产生故障的原因仔细分析，对确定的故障彻底维修，不留隐患；

(4)运行操作人员应认真做好运行记录，为故障分析及排除提供第一手的参考依据。