ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение города Москвы
«Политехнический колледж им. Н.Н. Годовикова»
Допустить к защите
Зам. директора по профессиональному образованию
________________ И.В. Бойцова
«___»__________________2017г.
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
Тема: Климатические камеры для ускоренных испытаний солнечных модулей
| Выполнил: | Руководитель работы: | |
| Студент 4 курса, группа А3 | Зав. лабораторией солнечных фотоэлектрических модулей с экспериментально- технологическим участком ФГБНУ ВНИИЭСХ | |
| Ученая степень, должность | ||
| Кулаков Георгий Данилович | Панченко Владимир Анатольевич | |
| (Ф.И.О.) | (Ф.И.О.) | |
| ______________________________ | _____________________________ | |
| (подпись) | (подпись) _________________________________________________________ дата защиты, оценка |
Москва, 2017
ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
Государственное бюджетное профессиональное образовательное
учреждение города Москвы
«Политехнический колледж им. Н.Н. Годовикова»
| УТВЕРЖДАЮ Зам. директора по учебно-методической работе _______________И. В. Бойцова «____» _______________ 201_ г. | Рассмотрено на заседании (предметной) цикловой комиссии Протокол № __ от «___» __________201_ г. Председатель комиссии ___________И.О.Ф. |
ЗАДАНИЕ
Для дипломной работы по специальности
Студенту(ке) 4 курса ______ группы
Ф.И.О.
Тема задания:
Основные вопросы, подлежащие разработке:_________________________
Дата выдачи задания «___» __________ 201_ г.
Сроки выполнения разделов дипломной работы:
Введение с по _____________
Теоретическая часть с по _____________
Практическая часть с по _____________
Заключение с по _____________
Срок представления законченной работы «__» июня 201_ г. с 10.00 до 12.00 ч.
Руководитель дипломной работы:
(подпись руководителя) (инициалы, фамилия)
Задание получил «» марта 201_ г. студент (подпись руководителя) (инициалы, фамилия)
ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение города Москвы
«Политехнический колледж им. Н.Н. Годовикова»
Отзыв руководителя на курсовую (дипломную) работу
студент (а)(ки) ______________________
курса специальности _________________________
направления _______________ (базовой/углублённой) подготовки
______________________группы
по (дисциплине) профессиональному модулю ___________________________
Тема: _________________________________________________
Выполненная курсовая (дипломная) работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованной литературы, в курсовой (дипломной) работе имеются приложения).
Во введени и … (определяются: актуальность темы исследования, основная цель и задачи курсовой работы, в дипломной – предмет, объект, методы научного исследования).
В первой главе работы … (представлен теоретический материал, характеризующий …).
Во второй главе … (представлен практический материал по …).
В заключении … (сделаны выводы по данной теме, анализируется процесс достижения цели курсовой (дипломной) работы, представлены рекомендации и пр.).
Достоинства работы:
1. Работа имеет четкую структуру, логична и последовательна.
2. В работе собран и обобщен раскрывающий тему теоретический и практический материал, достаточного научного уровня и полноты.
3. ……….
Недостатки работы:
1. …
2. …
3. …
Данная курсовая (дипломная) работа может быть оценена положительно (отметка 5,4,3) и рекомендована к защите.
Научный руководитель: ___________________________Ф.И.О.
Дата
Содержание
Введение. 4
1.Климатические камеры.. 6
1.1.Типовое устройство камеры.. 6
1.2.Общие сведения о влажном воздухе и его свойствах. 10
1.3.Принцип работы систем камеры...11
2.Технические испытания. 16
2.1.Факторы стабильности технических параметров. 16
2.2.Основные тестовые последовательности. 17
2.3.Тестирование параметров. 18
2.4.Натурные испытания. 19
2.5.Термический тест диодов. 20
2.6.Тест «Горячее пятно». 21
2.7.UV-испытания. 22
2.8.Термоциклирование. 23
2.9.Замораживание во влажной среде. 24
2.10.Механический тест выводов. 25
2.11.Влажное тепло……………………………………………………..............26
2.12.Градостойкость…………………………………………………………….27
2.13.Механические нагрузки…………………………………………………...28
3.Технические паспорта климатических камер MKF 240 и KBFLQC 240……29
3.1.Спецификация моделиMKF 240…….……………………….………………29
3.2.Спецификация модели KBFLQC 240………………………………………..34
4.Модернизация климатических камер MKF 240 иKBFLQC 240…………….40
5.Расчет экономической эффективности проекта………………………………42
Заключение. 47
6.Список использованной литературы.. 48
Введение
Актуальностьисследуемой темы определяется необходимостью применения климатических камердля испытаний различных солнечных модулей.
Климатическая камера — камера, позволяющая точно моделировать агрессивное воздействие окружающей среды и применяемая в научно-исследовательских учреждениях.
Вышесказанное, подтверждает актуальность темы дипломного проекта.
Объектом исследования являютсяклиматические камеры для ускоренных испытаний солнечных модулей.
Предметом исследования дипломного проекта являются две климатические камеры:KBF LQC 240 и MKF 240 от производителя Binder.
Причины, по которым был выбран именно этот объект исследования следующие:
1) Климатические камеры актуальны на сегодняшний день в различных уголках земного шара.
2) Разработка усовершенствования климатических камер может позволить значительно увеличить эффективность работы данных систем в целом.
Целью проекта являетсяусовершенствование климатических камер для ускоренных испытаний фирмы Binder – MKF 240 иKBFLQC 240.
Задачи дипломного проектирования:
w Оценить возможность усовершенствования процесса снабжения электроэнергией больших и малых территорий.
w Изучить конструкцию, принцип и процесс работы умной сети и её элементов
w Разработать способ автоматизации данной системы.
w Оценить экономическую эффективность предлагаемого проекта.
Научной базой для реализации поставленных задач являются:…
Кроме того, был использован комплекс технических описаний оборудования, актов поверки, исследований и испытаний
Содержание дипломного проекта сегментируется следующим образом:
1. В технической частиизучаются конструкцияклиматических камер для ускоренных испытаний солнечных модулей и принцип работы этих систем.
2. В технологической части дипломного проекта анализируются возможности технологического оборудования процессов, используемых в производственном подразделении, разрабатываются рекомендации по совершенствованию существующих технологических процессов, по использованию более современных, более производительных средств производства.
3. В экономической части дипломного проекта предлагается методика оценки экономической эффективности внедрения проекта, а также выполняется оценивание ожидаемых эффекта, затрат и эффективности.
4. В заключении сосредоточены основные выводы и рекомендации, вытекающие из существа проделанного дипломного проектирования.
5. В списке использованной литературы сконцентрированы наименования и выходные данные публикаций, использованных при выполнении дипломного проектирования.
Климатиеские камеры
1.1. Типовое устройство камеры
Конструктивно в климатической камере можно выделить 4 части: рабочий объём, щит автоматического управления, холодильный агрегат и парогенератор[13].
Рассмотрим их более детально:
Рабочий объем-выполнен в виде шкафа с размещенными внутри теплообменниками для обеспечения режимов испытаний. Рабочий объём снабжен распашной дверью со смотровым окном и системой защиты от обмерзания. Для предотвращения попадания атмосферной влаги в рабочий объём камеры следует максимально ограничить продолжительность открытия двери при работающих холодильных агрегатах (Рисунок 1.1).
Рисунок 1.1Рабочий объем
Корпус камеры - как правило, устанавливается на жесткую колесную раму из стального профиля. Для предотвращения самопроизвольного перемещения камеры во время работы на колесах имеются тормозные колодки. Камеры объёмом более 500л. устанавливаются стационарно.
Холодильный агрегат - выполняется на съемной монтажной плите, находящейся внутри рамы. Снаружи агрегат закрыт кожухами, обеспечивающими свободный доступ воздуха для охлаждения устройств холодильной машины(Рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 Холодильный агрегат
Щит автоматического управления – находится на боковой стенке рабочего объема, в нем располагается основное электрооборудование и элементы автоматики. Органы управления находятся на верхней панели камеры, как правило, над дверью рабочего объема (Рисунок 1.3).
Рисунок 1.3 Щит автоматического управления
1.2.Общие сведения о влажном воздухе и его свойствах
В климатической камере воздух подвергается различным видам обработки, при которых существенно меняются его тепловые и влажностные состояния[14].
Атмосферный воздух состоит из сухой части (азота, кислорода, инертных газов) и водяных паров. Причем, если содержание газов в сухой части воздуха относительно стабильно, то количество водяных паров изменяется в широких пределах и зависит от времени года и местных климатических условий.
При обработке в климатических камерах влажного воздуха изменяется количество водяных паров, содержащихся в воздухе, содержание же сухого воздуха остается постоянным. Поэтому при расчетах процессов, связанных с увлажнением и осушкой воздуха, пользуются единицей измерения влажности, которая выражает отношение переменного количества водяных паров к неизменной массе сухого воздуха. Такой единицей измерения является влагосодержание d (кг/кг), показывающее количество водяных паров в 1 кг сухого воздуха.
Численные значения d обычно являются малой величиной, поэтому в практических расчетах удобнее пользоваться влагосодержанием в г влаги на 1 кг сухой части влажного воздуха. Степень насыщения воздуха водяными парами показывает физическая величина, называемая относительной влажностью - Относительная влажность W(φ)(в %) (Формула 1.1). С достаточной точностью относительная влажность воздуха может быть вычислена как отношение влагосодержания при данном состоянии (d) к влагосодержанию при полном насыщении (dt) при тех же значениях температуры и давления:
,% (Формула1.1)
В расчетах тепловлажностного состояния влажного воздуха существует ещё одно важное понятие, связанное с его физическим состоянием, — это теплосодержание, так называемая энтальпия I (кДж/кг или в ккал/кг при ведении графоаналитических расчетов).
Энтальпия влажного воздуха представляет собой количество теплоты, необходимое для нагревания от 0 °C до данной температуры такого количества влажного воздуха, сухая часть которого имеет массу 1 кг.
Энтальпия влажного воздуха складывается из энтальпий сухой его части и энтальпии водяных паров.
В результате конвективного теплообмена сухой части воздуха передается (или от него отводится) теплота, температура воздуха повышается или понижается и, соответственно, увеличивается или уменьшается его энтальпия.
При поступлении водяного пара от внешних источников в воздух передается теплота парообразования и энтальпия воздуха возрастает. Изменение энтальпии водяного пара в этом случае происходит за счет увеличения его массы. Температура воздуха при этом остается неизменной.
1.3.Принцип работы систем камеры
Системы поддержания температуры[15]:
Типовые камеры предназначены для работы в диапазоне температур от −70 до +100ºС. Возможность работы в таком широком диапазоне температур достигается за счет применения 3-х основных блоков: каскадной холодильной машины (от −5 до −70 ºС), одноступенчатой холодильной машины (от +50 до −5 ºС) и электронагревателя, работающего во всем диапазоне температур. Схематично, рабочий объём представлен на рисунке 1.4.
Воздух, находящийся в рабочем объёме (1) циркулирует благодаря применению высокоскоростного осевого вентилятора (3), привод которого (2) установлен в щите автоматики камеры. 
Рисунок 1.4 Схема рабочего объема
Для охлаждения на температурах от −5 до −70 ºС используется испаритель (6) каскадной холодильной машины. Для дросселирования хладагента предусмотрена система капиллярных трубок (7), расположенная непосредственно на холодильном агрегате. С целью регулирования производительности одна из трубок может отключаться соленоидным вентилем.
В случае если холодопроизводительность каскадной машины избыточна, производится её компенсация с помощью ТЭНа (5). ТЭН (трубчатый электронагреватель) работает в режиме широтно-импульсной модуляции по ПИД закону регулирования (см. ПИД-регулятор).
При работе в диапазоне температур от +50 до −5 ºС нагрев осуществляется ТЭНом (5), а охлаждение с помощью испарителя (4) одноступенчатой холодильной машины. Для дросселирования хладагента применяется терморегулирующий вентиль (8), автоматически регулирующий подачу хладагента в испаритель в зависимости от температуры на выходе. При этом холодильная машина работает в позиционном режиме, ТЭН работает в режиме широтно-импульсной модуляции по ПИД закону регулирования.
Схема систем компрессорного агрегата представлена на Рисунке 1.5.
Работа каскадной холодильной машины начинается с включения компрессора верхнего каскада (1). Сжатый компрессором газ поступает в воздушный конденсатор (2), где происходит его превращение в жидкость и передача теплоты окружающей среде. Конденсатор снабжен 2-мя вентиляторами, один из которых включается в зависимости от давления конденсации верхнего каскада, тем самым, обеспечивая оптимальную работу компрессора. Жидкость из конденсатора дросселируется в терморегулирующем вентиле (3), автоматически регулирующем её количество, подаваемое в конденсатор-испаритель (4). В конденсаторе-испарителе происходит охлаждение теплообменной поверхности, и создаются условия для конденсации газа нижнего каскада. Компрессор нижнего каскада (5) включается по истечении определенного времени, когда в конденсаторе испарителе создаются условия для конденсации газа высокого давления.
Рисунок 1.5Схема систем компрессорного агрегата
Сжатый компрессором газ проходит через секцию предохлаждения, находящуюся в воздушном конденсаторе (2) первого каскада и поступает в конденсатор-испаритель (4). Если условия конденсации недостаточые для входа нижнего каскада в режим и происходит повышение давления выше допустимого, то по сигналу от реле давления открывается перепускной соленоидный клапан (6), перебрасывающий горячий газ с нагнетания на всасывание компрессора. Поскольку установка предназначена для работы в широком диапазоне температур, не исключены режимы в которых будет наблюдаться перегрев компрессора нижнего каскада. Для того, чтобы избежать перегрева на компрессоре установлен датчик температуры, по сигналу от которого открывается соленоидный клапан (7), подающий жидкость через капиллярную трубку (8) на всасывание компрессора. В трубке газ дросселируется и выкипая во всасывающей полости компрессора охлаждает его. Клапан (7) работает в режиме широтно-импульсной модуляции по ПИД закону.
В режиме, когда каскадная машина не работает, давление в схеме низкого каскада выравнивается. Высокое давление в испарителе является вредным для работы компрессора, поэтому его ограничивает регулятор давления в картере KVL (9).
Жидкость, образовавшаяся в конденсаторе-испарителе, поступает в испаритель находящийся в рабочем объёме (Рисунок 1.4).
Работа одноступенчатой холодильной машины происходит следующим образом. Газ сжимается компрессором (10) до давления конденсации. Проходя через конденсатор воздушного охлаждения (11) газ превращается в жидкость, которая поступает в испаритель, находящийся в рабочем объёме (см. описание к Рисунку 1.4).
Система автоматики камеры производит выбор устройств для включения в зависимости от установки и фактической температуры в камере. Выделяются 6 температурных порогов, обозначаемых T1..T6. Значения температур указанные на Рисунке 2.3 справа уточняются в ходе пусконаладочных испытаний и не подлежат изменению в дальнейшем.
Технические испытания
2.1.Факторы стабильности технических параметров
На рисунке 2.1 представлен перечень факторов стабильности тех. параметров.
Рисунок 2.1 Факторы стабильности технических параметров [1, с.2]
2.2.Основные тестовые последовательности
На рисунке 2.2 представлена схема основных тестовых последовательностей
Рисунок 2.2 Основные тестовые последовательности [2, с.3]
2.3.Тестирование параметров
На рисунке 2.3 показаны условия прохождения тестовых последовательностей
Рисунок 2.3 Тестирование параметров [3, с.4]
2.4.Натурные испытания
На рисунке 2.4 показана цель и способ натурных испытаний
Рисунок 2.4 Натурные испытания [4, с.5]
2.5.Термический тест диодов
На рисунке 2.5 показана цель и способ термического теста диодов
Рисунок 2.5 Термический тест диодов [5, с.6]
2.6. Тест «Горячее пятно»
На рисунке 2.6 показана цель и способ теста «Горячее пятно» 
Рисунок 2.6 Тест «Горячее пятно» [6, с.7]
2.7.UV–испытания
На рисунке 2.7 показана цель и способ UV-испытаний и требуемая аппаратура
Рисунок 2.7 UV-испытания [7, с.8]
2.8.Термоциклирование
На рисунке 2.8 показан способ испытаний при помощи термоциклирования
Рисунок 2.8 Термоциклирование [8, с.9]
2.9.Замораживание во влажной среде
На рисунке 2.9 показана цель исп. при помощи заморозки во влажной среде
Рисунок 2.9 Замораживание во влажной среде [9, с.10]
2.10.Механический тест выводов
На рисунке 2.10 показана цель и способ механического теста выводов
Рисунок 2.10 Механический тест выводов [10, с.11]
2.11.Влажное тепло
На рисунке 2.11 показан способ испытаний на устойчивость к t и влаге.
Рисунок 2.11 Влажное тепло [11, с.12]
2.12.Градостойкость
На рисунке 2.12 показана цель и способ испытаний на градостойкость.
Рисунок 2.12 Градостойкость[12, с.13]
2.13.Механические нагрузки
На рисунке 2.13 показана цель и способ испытания механическими нагрузками.
Рисунок 2.13 Механические нагрузки
Технические паспорта климатических камер MKF 240 и KBFLQC 240
3.1.Спецификация моделиMKF 240
На рисунке 3.1 показана модель климатической камеры MKF 240.
Рисунок 3.1 Климатическая камера MKF 240
На рисунке 3.2 представлены технические характеристики камеры MKF 240
Рисунок 3.2 Технические характеристики
На рисунке 3.3 показаны диаграммы зависимости влажности от температуры и температуры от времени
Рисунок 3.3 Диаграммы
На рисунках 3.4, 3.5 и 3.6 показан перечень доступных опций и аксессуаров для климатической камерыMKF 240
Рисунок 3.4 Опции и аксессуары
Рисунок 3.5 Опции и аксессуары
Рисунок 3.6 Опции и аксессуары
3.2. Спецификация модели KBFLQC 240
На рисунке 3.7 показана модель климатической камеры KBFLQC 240.
Рисунок 3.7 Модель климатической камеры KBFLQC 240
На рисунке 3.8 представлены технические характеристики климатической камеры KBFLQC 240.
Рисунок 3.8 Технические характеристики
На рисунке 3.9 показана диаграмма зависимости относительной влажности от температуры.
Рисунок 3.9
На рисунках 3.10, 3.11 и 3.12 показан перечень доступных опций и аксессуаров для климатической камерыKBFLQC 240.
Рисунок 3.10 Опции и аксессуары
Рисунок 3.11 Опции и аксессуары
Рисунок 3.12 Опции и аксессуары