制冷压缩机性能测试实验

制冷压缩机性能测试实验

试验台简介

本试验台采用图1所示系统，通过阀门的转换，可进行制冷压缩机性能测试实验、冷水机组性能实验、水-水换热器性能实验和水泵性能实验。

制冷压缩机性能实验系统由压缩机、冷凝器、蒸发器、电子膨胀阀、恒温器电参数仪等设备组成。压缩机吸气压力、吸气温度、排气压力分别控制在国家标准规定的状态下。吸气温度由恒温器2调节蒸发器冷媒水进口温度T9控制，吸气压力由电子膨胀阀控制，排气压力由恒温器1调节冷凝器冷却水进口温度T7控制。压缩机的实际制冷量由通过蒸发器的冷媒水进出口温度和流量测出，冷凝换热量由通过冷凝器的冷却水进出口温度及流量测得。由此得到压缩机的主辅测质量流量，进而计算出标准工况下的主辅侧制冷量。压缩机的输入功率由电参数仪测得。在制冷系统内部安装多个压力和温度测点，可以方便地确定系统内部的状态。

冷水机组性能实验系统，由压缩机、冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀、恒温器等设备组成。实验时，可以设置不同的冷媒水和冷却水温度。冷水机组冷媒水进口温度通过调节恒温器2中的电加热器控制，冷却水进口温度通过调节恒温器1中的电加热器控制，而出口温度则通过阀门调节。冷水机组的输入功率通过电参数仪表测得。冷水机组的制冷量由通过蒸发器的冷媒水进出口温度和流量测出，冷凝换热量由通过冷凝器的冷却水进出口温度及流量测得。同时在系统中加入了相应的温度和压力测点，可以使学生能更加深入地了解冷水机组的工作特性。

水－水换热器性能实验系统，由冷水机组、恒温器、流量计、水泵等设备组成。冷热侧流体分别通过冷水机组和恒温器1获得。换热器冷侧和热侧流体进口温度分别通过恒温器2和恒温器1控制。通过测量换热器两侧流体进出口温度和两侧的流量，可以求出换热量，在已知换热面积的前提下，可以求出换热器的换热系数K。

水泵性能实验系统，由水泵、流量计、电参数仪等设备组成。水泵的流量通过流量计测得，水泵的扬程通过水泵进出口压力变送器测得。在水泵的出口处设立调节阀，通过改变阀门的开度来改变水泵进口处的参数，获得水泵变工况运行特性曲线。

图1 试验台系统图

一、实验目的

1、通过本试验，熟悉和了解制冷压缩机的测试工况和测试方法，增强对制冷压缩机的认识。

2、学习本实验中所涉及的各种参数的测量方法，掌握制冷压缩机性能的热力计算。

3、熟悉对制冷压缩机性能实验系统软件的操作。

二、实验原理

制冷压缩机的性能随蒸发温度和冷凝温度的变化而变化，因此需要在国家标准规定的工况下进行制冷压缩机的性能测试。

压缩机的性能可由其工作工况的性能系数COP 来衡量：

0Q COP W

= 式中，0Q 为压缩机的制冷量；

W 为压缩机输入功率。

在一个确定的工况下，蒸发温度、冷凝温度、吸气温度以及过冷度都是已知的。这样，对于单级蒸气压缩式制冷机来说，其循环p-h 图如图2 所示。

图2

图中，1点为压缩机吸气状态；4-5为过冷段。

在特定工况下，压缩机的单位质量制冷量是确定的，即：015q h h =- 。这样只要测得流经压缩机的制冷剂质量流量m G ，就可计算出压缩机的制冷量，即

0015()m m Q G q G h h =?=?-

压缩机的输入功率：开启式压缩机为输入压缩机的轴功率，封闭式（包括半封闭式和全封闭式）压缩机为电动机输入功率。

三、实验方法

为了确保实验系统运行在一个特定的工况下，实验中通过控制吸气压力、排气压力和吸气温度这三个量稳定在设定值附近。这三个参数允许的偏差范围按如下规定： 实验参数 每一个测量值与规定值

控制，吸气温度用载冷剂进口温度T9通过恒温器2控制。

压缩机性能实验要包括主要试验和校核试验，二者应同时进行测量。校核试验和主要试验的试验结果之间的偏差应在4%±以内，并以主要试验的测量结果为计算依据。

本次实验中的主要试验是通过测量冷凝器的换热量，从而根据冷凝器热平衡关系计算出流经压缩机的制冷剂流量，并由此流量计算出压缩机制冷量，为主测制冷量。而校核试验是对蒸发器进行的，通过测量蒸发器的换热量，由蒸发器的热平衡关系，得出流经压缩机的制冷剂流量，同样可根据该流量计算出压缩机制冷量，为辅测制冷量。判断主测制冷量和辅测制冷量的偏差，如偏差在4%±以内，则以主测制冷量进行计算压缩机性能系数。

通过恒温器1、恒温器2 、电子膨胀阀控制调节系统稳定运行在指定的标准工况下，则此时压缩机在标准工况下的单位质量制冷量是确定的，为

*

*

015q h h =-

式中，*1h 、*

5h 为标准工况的焓值。

a) 主测制冷量的计算

本实验中，主测制冷量的计算是从冷凝器端考虑的。首先，冷凝器的换热量可由冷却水侧的热量变化来计算，为

111187()Q Cp G T T ρ'=???-

式中，1Q '——冷凝器的冷凝换热量（kW ）；

1Cp ——冷却水比热容 （()kJ kg K ?）；

1G ——由涡轮流量计1测得的载冷剂流量（3m ）；

1ρ——冷却水密度（3kg m ）；

7T ——冷却水进口温度（K ）；

8T ——冷却水出口温度（K ）。

其中计算某一温度t 时冷却水比热容1Cp 和密度1ρ公式如下:

21 4.2060.001305910.00001378982Cp t t =--

2311000.830.083883760.0037279550.000003664106t t t ρ=--+

同样，根据冷凝器制冷剂侧的热量变化也可计算出冷凝器的换热量，在不考虑冷凝器漏热损失的情况下，可以认为由制冷剂侧的换热量应等于冷却水侧的热量变化1Q '。这样，即有 :

1341()Gm h h Q '?-=

式中，1Gm ——冷凝器制冷剂侧制冷剂质量流量，即主测制冷剂流量； 34,h h ——取测试工况下对应点的焓值。

由此，可以计算出主测制冷剂流量，从而对比标准工况下吸气口制冷剂比容差异，可得到标准工况下主测制冷量1Q 为：

1110*

1

v Q Gm q v =?? 式中，1v ——测试工况下的压缩机吸气口制冷剂比容；

*

1v ——标准工况下的压缩机吸气口制冷剂比容。

b) 辅测制冷量的计算

相对于主测制冷量，本实验的辅测制冷量的计算，是从制冷系统另一主要热交换器——

蒸发器着手考虑的。同样，根据蒸发器两侧流体的热平衡来计算辅测的制冷剂制冷流量。

蒸发器制冷量先可由载冷剂的热量变化来计算，即

2222910()Q Cp G T T ρ'=???-

式中，2Q '——蒸发器制冷量（kW ）；

2Cp ——载冷剂比热容 （()kJ kg K ?）；

2G ——由涡轮流量计2测得的载冷剂流量（3m s ）；

2ρ——载冷剂密度（3kg m ）；

9T ——载冷剂进口温度（K ）；

10T ——载冷剂出口温度（K ）。

其中计算某一温度t 时载冷剂（质量浓度为35%的乙二醇溶液）比热容2Cp 和密度2ρ公式如下:

2 4.091760.00106375Cp t =+

221001.440.194910.00243t t ρ=--

在不考虑蒸发器“跑冷”损失的情况下，则有蒸发器热平衡关系计算出辅测制冷剂流量2Gm ，为

2265

Q Gm h h '=- 式中，56,h h ——取测试工况下对应点的焓值。

再对比标准工况下吸气口制冷剂比容差异，可得到标准工况下辅测制冷量2Q 为：

1220*1

v Q Gm q v =?? 式中，1v ——测试工况下的压缩机吸气口制冷剂比容；

*

1v ——标准工况下的压缩机吸气口制冷剂比容。

四、操作步骤

（一）实验前的准备工作

1、仔细阅读本实验指导以及相关资料，对本实验的方法和原理做到充分了

解。

2、熟悉本实验系统流程，打开相应阀门（各阀门编号见系统总图），使总实

验装置处于压缩机实验运行流程。阀门具体操作如下：

a）制冷剂环路：打开阀门D，以使用电子膨胀阀（阀门F）进行控制（确保阀门C处于关闭状态）。阀门A、G均已调至合适状态，无需再调。

b）冷却水环路：打开阀门2、7、13、6、1；

c）载冷剂环路：打开阀门17。

其余阀门（红色标签的）应都处于关闭状态。阀门15用于给系统补充载冷

剂。

3、确保双元件铂电阻T1放在压缩机吸气口，以控制压缩机吸气温度。

（二）实验开始

1、接通多功能试验台电源，将控制台上选择开关切换至“压缩机”档。首

先，打开冷却塔水泵电源，使冷却水环路运行。其次，对控制台进行开关操作，依次启动冷媒泵、电子膨胀阀、恒温器（１）、恒温器（２）、被测压缩机。检查压缩机是否正常运转，若压缩机并未启动，按下装置现场压缩机旁电器柜的复位按钮。

注: 试验台上绿色按钮表示启动状态。被测压缩机只有在冷媒泵启动后才能开启。

2、在系统设置界面设置实验设定参数；

3、切换到压缩机实验控制量过程线界面，观察压缩机吸气温度和吸、排气

压力曲线；

4、待系统稳定运行在设定工况附近后，开始记录实验数据；

5、实验数据记录完毕后，选择打印控制量过程线，查看工况稳定程度，并

打印报表及数据记录表。

（三）实验结束

1、退出制冷压缩机性能实验系统软件。

2、依次关闭控制台上电子膨胀阀、被测压缩机、恒温器（１）、恒温器（２）、

冷媒泵电源。并将控制台上选择开关复位至零位。断开试验台总开关。

3、关闭制冷剂环路阀门Ｄ；关闭冷却水环路和载冷剂环路所有阀门（红色

标签的阀门）。

4、分析实验数据，撰写实验报告。

五、习题

1.根据测试记录的数据，计算制冷压缩机的性能系数（COP），需要有比较详细的计算过程。

2.本实验台架中，流量、温度和压力的测量使用了哪些传感器？简单说明其原理。

3.制冷压缩机按结构原理分有哪些类型？

4.制冷压缩机中“液击”指的是什么？如何避免“液击”现象？

5.本实验台架中，蒸发器和冷凝器分别选用了什么类型的换热器？为什么这样选择？

6. 本实验台架中，2只恒温器的作用分别是什么？