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          空氣源熱泵熱水器控制系統可靠性研究

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          空氣源熱泵熱水器控制系統可靠性研究

          摘要:研究影響空氣源熱泵熱水器可靠性的問題,構建相應的空氣源熱泵熱水器的準確性模型和目標準確性模型。通過對問題模式進行研究,探討相關問題,找到限制可靠性的主要原因,深入地探究了可靠性構建和可靠性增長技術在空氣熱泵熱水器設計中的實際運用狀況。

          關鍵詞:空氣源熱泵熱水器;可靠性;現狀;解決措施

          0引言

          空氣源熱泵熱水器是目前比較新型的熱水器,熱水效率是普通熱水器的2倍~3倍,在很多發達國家被大量使用。但是,熱泵熱水器在國內發展比較艱難,原因主要有技術難度性較大、外界影響因素較多、產品安全性不能得到保證等。本文主要對阻礙空氣源熱泵熱水器產品可靠性的原因進行深入探討,并找到加強其可靠性的有效方法[1]。

          1阻礙空氣源熱泵熱水器可靠性的主要因素

          可靠性主要是指產品在一定時間和環境中完成相關功能的能力。空氣源熱泵熱水器的可靠性主要是指在一定的額定功率中,在科學合理的氣溫空間內(通常是在5℃以上),把自來水加熱到相應的溫度(通常是50℃~60℃左右)。但是有的空氣源熱泵熱水器因為多種原因不能達到相關溫度,主要有以下幾方面因素:a)空氣源熱泵熱水器構造比較繁瑣,在過去很長一段時間內,研究人員比較注重的是產品效能,對于其可靠性研究比較少,但是產品可靠性的基礎卻是產品的實際設計;b)現在中國空氣源熱泵熱水器還處在不斷健全的階段,很多企業都是小數目生產,大多數工作程序都是利用手工作業,對產品可靠性造成影響。比如,氣液分離器、蒸發器、電磁換向四通閥和壓縮機都和熱泵機組相連接,其中統管彎折部分和銅管連接都是手工進行的,但是因為人為因素的影響,對機組的可能性造成了影響;c)和空氣源熱泵熱水器有關的制度和實行時間比較晚。空氣源熱泵熱水器很多部分都是借用空調配件,并且沒有根據國家有關標準實行和改造。空氣源熱泵熱水器和空調的工作環境不一樣,這樣就會對壓縮機的使用時間和可靠性造成影響;d)空氣源熱泵熱水器安裝和后期保護,尤其是后期保護方面,存在很多不足,從而嚴重影響了設備的使用和運行。比如,機組安裝位置要根據有關規定來安裝、蒸發器要及時清潔等,不然就會影響其可靠性;e)可靠性工程在實行過程中比較繁瑣,很多研究人員和企業管理人員對其認識還不夠深入,這樣就不能有效保證產品的可靠性。針對上面的分析,把可靠性工程技術融合到空氣源熱泵熱水器中,能夠有效提升空氣源熱泵熱水器的可靠性。

          2空氣源熱泵熱水器可靠性的理想狀態

          構建家用型空氣源熱泵熱水器的可靠性模型時,不但要顧及可能出現的安全問題,還要考慮到因為故障問題所造成的后期保護和維修,這也屬于基本的可靠性模型,當然還要考慮設備在工作過程中所被限定的功能概率,它被稱之為任務可靠性模型[2]。基本可靠性模型是針對產品和相關結構可能造成的運行問題,以此而引發的維修和保障需求,屬于一個全串聯模型。設備中的組成部分越多,則基本的可靠性就比較低。針對基本的可靠性來說,需要最大限度地減少儲備。針對矯勇熱泵熱水器的結構進行研究,因為家用壓縮機和氣液分離器是相互融合的,因此基礎的可靠性框架可以建立成下面的模式。任務可靠性模型是為了估測產品在實際操作時完成限定功能的概率,在執行任務時,根據產品的各個部分所產生的預定效用而建立起來的可靠性模型。依據構建的基礎可靠性框架和任務可靠性框圖所構建的基本可靠性數學模型和任務可靠性數學模型,主要是利用相關概率論知識,研究基礎可靠性框架和任務可靠性框圖,發現基礎可靠性模型的各個環節是相互串聯的,任務可靠性模型是串和混相互融合的,因此使用概率論知識能夠建立相關數學模型。

          3空氣源熱泵熱水器的問題形式研究和故障樹的探索

          3.1問題模式研究

          在家庭中使用空氣源熱泵熱水器,只要是讓系統工作狀況不能按照實際規定進行的事件都被稱之為問題事件。空氣源熱泵熱水器體系是利用管道連接有關機械,從而組成相互融合、相互制約的體系,假如其中一個環節出現問題,就會影響其它設備運行,從而造成整個系統的問題。家用型空氣源熱泵熱水器是由多個階層的體系相互組合而成的,如制熱系統、除霜系統等。熱水器體系中的問題很多,也比較繁瑣,依據問題出現的實際狀況劃分,根據問題出現的程度分類,主要分為顯性問題和隱性問題。例如風機停止運作、水管漏水等容易出現的問題就屬于顯性問題;更換熱器結垢等不容易被人察覺的問題就是隱性問題。依據問題對系統造成的影響,可以劃分為軟問題和硬問題。例如電機損壞等相關設備不能運行就屬于硬問題;儀表飄逸等相關設備的效用出現問題就被稱為軟問題。

          3.2故障樹研究

          在家用型熱泵熱水器中制熱系統的有效運行是其中的關鍵,也是容易出現問題的部分。制熱系統是由控制結構、風機、電磁四通閥、冷凝器、蒸發器、節流設備和壓縮機相互融合而成的;而且節流設備是由毛細管和電子膨脹閥連接而成。如果把制熱系統中的問題作為一個事件,由此又會產生很多基本事件,從而產生制熱系統的故障樹。評價故障樹的有效方式就是使用它的最小割集,確定故障樹最小割集的方法主要有布爾代數化簡法和矩陣排列法等,通常情況下都是使用的布爾代數化簡法算出最小割集[3]。

          4空氣源熱泵熱水器的可靠性構建

          根據用戶實際需求,建立起空氣源熱泵熱水器的可靠性和定量性的目標,然后利用系統構建可靠性模型、可靠性分配和利用預測技術對可靠性進行分析,最后通過研究、檢驗產品構建,以便更好地改進,把可靠性的定量需求融合到產品技術文件中。要盡量節約資金、減少時間、提升效率,依據這三個方面的不同,產品主要分為上市產品和研究產品,因此也要采用不同的可靠性研究方式。而且上市產品的可靠性主要是以新產品的設計為基礎,上市產品的可靠性指標分配則是新產品研究的重要參考因素。a)上市產品,很多都具備比較健全的資料,如故障形式、故障因素、故障檢驗方式、產品構造等。以節約資金和減少工作量為基礎進行研究,主要是使用故障模式來研究其中的影響因素和故障樹研究等;要先找到限制可靠程度的主要因素,針對其中的主要因素進行有效改進,從而更好地提升產品的可靠性;利用可靠性試驗來測試產品的可靠性,還可以構建相應的資料庫,從而為以后構建相應產品的可靠性準則奠定堅實基礎,還可以為新產品研發的可靠性提供幫助和指導;b)研究產品,根據實際的市場狀況和客戶需求來規定產品的性能和相關可靠性指標;要根據相關類型的產品進行問題分析,從而建立可靠性指標分配和預計;利用對比研究,分析其中的可靠性預計和可靠性指標,如果不能滿足客戶實際需求,就需要建立新的修改方案,從而更好地滿足客戶需求。

          5空氣源熱泵熱水器可靠性的發展狀況

          為了強化空氣源熱泵熱水器的可靠性能,就需要對可靠性進行合理安排。尤其是在產品研發過程中使用可靠性工程技術,才可以高效率地完成任務。上市產品和研究產品的可靠性增加各有不同,針對上市產品的可靠性進行分析,可以為研究新產品的可靠性提供基礎,這樣能夠更好地推進新產品的研發。

          5.1上市產品

          因為傳統空氣源熱泵熱水器是對功能方面進行構建,對于可靠性的研究比較少,可靠性不能滿足實際的市場需求,這樣就使生產商在改進產品的過程中更加側重于和用戶的交流和溝通,找到產品的不足,從而更好地進行改進。a)客戶在使用產品時,要記錄運行狀況和維修狀況;b)把產品的問題信息反饋給制造商,然后制造商再把這些資料傳送給相關研究人員,最后對這些信息進行處理,針對生產過程中的可靠性進行檢查和研究,從而找到問題的根本原因,以便更好地進行改進。隨著問題不斷發生,研究人員對數據資料進行研究,從而為產品的可靠性提供更好的保障。

          5.2研究新產品

          提升新產品的可靠性或相關類型產品的可靠性可以根據下面的相關步驟來進行:a)空氣源熱泵熱水器的研發階層要利用相關類型產品的可靠性作為模型,找出定性和定量的可靠性需求,建立恰當的方案、可靠性指標和檢查方式;在研究過程中需要根據相關計劃來進行可靠性設計、研究和檢驗;在產品基本成形時,要檢測產品的可靠性,從而及時發現問題,以便提出相應的改進措施;b)空氣源熱泵熱水器在生產過程中,要確保可靠性。在批量生產的過程中,要保證各種裝備的可靠性,尤其是關鍵部分和關鍵步驟的可靠性。因為產品在整個研發的過程中都是持續增長的,如果一個部分出現問題,產品的可靠性就會出現問題,所以需要進行全程監控,加強可靠性。

          6結語

          空氣源熱泵熱水器能夠更好地節約能源,但是在實際運用的過程中,其可靠性是最突出的問題,所以在研究空氣源熱泵熱水器機構的基礎上,建立相應的可靠性模型,并且深入研究基本可靠性和任務可靠性之間的聯系,對故障模式和故障樹進行研究,找到其中的制約因素,分析可靠性設計和可靠性增加在空氣源熱泵熱水器中的實際運用狀況。隨著科學技術不斷發展,未來的空氣源熱泵熱水器的模式更加多樣化,相應的產品可靠性也要增加,從而更好地提升產品運作性能。

          參考文獻:

          [1]裴德鳳,錢勇,聞建中,等.空氣源熱泵熱水器電氣控制方案的研究[J].大眾科技,2009(11):128-129.

          [2]黃楚順,林淑勤.空氣源熱泵熱水器控制器設計[J].電器,2012(z1):560-563.

          [3]譚輝平.提高空氣源熱泵熱水器性能的途徑[J].廣東輕工職業技術學院學報,2008,7(1):29-32.

          作者:管建峰 蔣曉梅 吳永祥 王遼建 單位:常熟理工學院