东南大学压缩机性能测试实验

压缩机性能测试实验

一、 实验目的

1. 通过本实验，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1 所示。

图1

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、 实验设备

整个实验装置由被测压缩机、制冷系统、采集系统和测量系统共四部分组分。其实验原理图如图2 所示：

图2

四、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：

排气压力用冷却水进口温度T7通过恒温器1控制，吸气压力用电子膨胀阀控制，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

±以内，并以主要试验的测量结果验和主要试验的试验结果之间的偏差应在4%

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

±以冷量，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%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。

1. 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（℃）

； 8T ——冷却水出口温度（℃）

。 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。

2. 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 ）

； 2ρ——载冷剂密度（3kg m ）

； 9T ——载冷剂进口温度（℃）

； 10T ——载冷剂出口温度（℃）

。 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。

五、 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：

① 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；

② 冷却水环路：关闭阀门3，8，11，13；打开阀门4，5，6，7，12，14；

③ 载冷剂环路：关闭阀门16，18，19；打开阀门17。

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. 带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。

注：恒温器二（蒸发器侧）加热器在开机时手动设置调节器的加热量为50%,防止压缩机拉低压和蒸发器结冰；

注意冷媒流量不要太小，防止蒸发器结冰。

(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；

4.分析实验数据，撰写实验报告。

六、数据采集

1.保持冷却水入口温度32℃不变，改变吸气温度为10℃、12℃、14℃，数据

记录如下；

2.保持吸气温度12℃不变，改变冷却水入口温度30℃、34℃、38℃，数据记

七、实验结果分析

采集整理完数据后，查R22的热力性质表进行比对，发现存在一定的误差，冷凝器出口温度要大于冷凝压力对应的饱和温度。而结合所学的制冷原理的相关知识分析，由于冷凝器存在一定过冷度，应当是冷凝器出口温度低于冷凝压力对应饱和温度。其他数据基本吻合热力性质表。