制冷压缩机性能综合实验指导书

制冷压缩机性能综合试验指导书 一、试验目的 1、了解压缩机性能测定的原理及方法；

2、了解蒸气压缩式制冷的循环流程及各组成设备； 3、测定蒸气压缩式制冷循环的性能； 4、理解与生疏回热循环； 5、比较单级蒸气压缩制冷机在实际循环中有回热与无回热性能上的差异； 6、生疏试验装置的有关仪器、仪表，把握其操作方法。

二、试验原理 1、单级蒸气压缩制冷机的理论循环 图 1 显示了压力－比焓图上单级蒸气压缩 制冷机的理论循环。压缩机吸入的是以点 1 表示的饱和蒸气，1－2 表示制冷剂在压缩机中的等熵压缩过程；2－3 表示制冷剂在冷凝器中的等压放热过程，在冷却过程 2  2 中制冷剂与环境介质有温差，放出过热热量，在冷凝过程 2  3 中制冷剂与环境介质无温差，放出比潜热，在冷却和 冷凝过程中制冷剂的压力保持不变，且等于冷凝 温度 T 下的饱和蒸气压力 P ；〔3  3〕是液态再 K K 冷却放出的热量； 3－4 表示节流过程，制冷剂

在节流过程中压力和温度都降低，且焓值保持不 变，进入两相区； 4－1 表示制冷剂在蒸发器中 的蒸发过程，制冷剂在温度 T 、饱和压力 P 保 0 0 持不变的状况下蒸发，而被冷却物体或载冷剂的 - -

温度得以降低。 图 1 2、有回热的单级蒸气压缩制冷理论循环为了使膨胀阀前液态制冷剂的温度降得更 低〔即增加再冷度〕，以便进一步削减节流损失， 同时又能保证压缩机吸入具有肯定过热度的蒸 气，可以承受蒸气回热循环。 图 3 示为来自蒸发器的低温气态制冷剂 1， 在进入压缩机前先经过一个热交换器——回热 器。在回热器中低温蒸气与来自冷凝器的饱和液体 3 进展热交换，低温蒸气 1 定压过热到状态1”，而温度较高的液体 3 被定压再冷却到状态 3”，回热循环 1”—2”—3—3”—4”—1—1”中，3—3”为 液体的再冷却过程，过热后的蒸气温度称为过热 温度，过热温度与蒸发温度之差称为过热度。 - -

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依据稳定流淌连续定理，流经回热器的液态 制冷剂和气态制冷剂的质量流量相等。因此，在 对外无热损失状况下，每公斤液态制冷剂放出的 热量应等于每公斤气态制冷剂吸取的热量。也就 是说，单位质量制冷剂再冷却所增加的制冷力量 △q 〔面积 b”4”4bb”〕等于单位质量气体制冷剂 所吸取的热量△q〔面积 a11”a”a〕。由于有了回热器，虽然单位质量制冷力量有所增加，但是， 压缩机的耗功量也增加了△w 〔面积 11”2”21〕。因此，回热式蒸气压缩制冷循环的理论制冷系数有可能提高，也有可能降低，应具体分析。

图 3 承受回热器的优点： （1） 对于一个给定的制冷量，制冷剂流量削减。 - -

（2） 在液体管路上气化的可能性削减〔特别是在管路较长的状况下〕。 （3） 在压缩机的吸气管道上，可削减吸入外界热量。 （4） 在压缩机吸气口消退液滴，防止失压 缩。 3、单级压缩蒸气制冷机的实际循环与简化 后的实际循环 实际循环和理论循环有很多不同之处，除了压缩机中的工作过程以外，主要还有下例一些差 别。 （1） 热交换器中存在温差，即冷却水温度 T 低于冷凝温度 TK ，且 T 是变化的〔进口温度低，出口温度高〕：载冷剂或冷却对象的温度 T0， 载冷剂的温度也是变化的〔进口温度高，出口温 度低〕。 （2） 制冷剂流经管道及阀门时同环境介质间有热量交换，尤其是自节流阀以后，制冷剂温 度降低，热量便会从环境介质传给制冷剂，导致 冷量损失。 由于制冷机的实际循环过程很难用手算法进展热力计算。因此，在工程设计中常常是对它 - -

作一些简化。 图 2 为简化后的实际循环过程。 注：1  2 为理论循环的等熵压缩过程：1  2 为实际循环的压缩过程。 简化途径是： （1） 无视冷凝器及蒸发器中的微小压力变化，即以压缩机出口的压力为冷凝压力〔在大型 装置中，压缩机的排气管道较长，应从排气压力 减去这一段管道压力损失后作为冷凝压力〕，以 压缩机进口压力作为蒸发压力〔在大型装置中尚 需加上吸气管道的压力损失〕，同时认为冷凝温度和蒸发温度均为定值。 （2） 将压缩机内部过程简化为一个从吸气 压力到排气压力有损失的简洁压缩过程。 （3） 节流过程认为是等焓过程。 经过简化之后，即可直接利用 lgp-h 图进展循环性能指标的计算。 - -

图 2 4、实际循环与理论循环的区分 实际循环区分于理论循环有如下几方面： （1） 由于摩擦作用，在压缩机的排出口和膨胀阀进口之间及膨胀阀出口和压缩机吸入端之间将产生微小的压力降。 （2） 压缩过程即不是等熵过程也不是绝热过程〔压缩机通常有热量损失〕。 （3） 离开蒸发器的蒸气通常有过热〔这使膨胀阀得以自动掌握，同时也改善了压缩机的性 能〕。 （4） 离开冷凝器的液体一般略有过冷〔这样提高了制冷系数ε，且削减了通向膨胀阀管路 上形成蒸气的可能性〕。 （5） 循环在环境温度下运行时，可能有少 - -

量的无用热量从外界传入到循环的各个局部。 三、试验台简介 制冷压缩机的制冷量的测试有几种方法，其中

承受具有其次制冷剂的电量热器法 是最准确的方法之一。具有其次制冷剂的电量热器法试验台 的原理见图 6-1。 整个试验装置由三局部组成：1、电量热器；2、 制冷系统；3、水冷却系统。 - - 四、试验方法 电量热器法是间接测量压缩机制冷量的一种装置，它的根本原理是利用电加热器发出的热量来抵消压缩机的制冷量，从而到达平衡。电量热器是一个密闭容器，如图 6—2 所示。电量热器的顶部装有蒸发器盘管，底部装有电加热器，浸没于一种简洁挥发的其次冷剂(常用 R11、R12) 中。试验时，接通电加热器，加热其次制冷剂， 使之蒸发，其次制冷剂饱和蒸气在顶部蒸发盘管被冷凝，又重回到底部。而蒸发盘管中的低压液态制冷剂被其次制冷剂蒸气加热而气化，返回制冷压缩机。试验仪在试验工况下到达稳定运行时，供给电加热器的电功率正好抵消制冷量，从而使其次制冷剂的压力保持不变。 为了掌握其次制冷剂的液面，在量热器的中间部位装有观看玻璃。 量热器上装有压力掌握器，它与加热器的掌握电路相连接，防止压缩机停机后加热器连续加热，使量热器内压力上升到危急程度。 - -

e 为了考虑四周环境温度对电量热器热损失的影响。试验之前，应认真的标定电量热器的漏热量。标定方法为，先关闭量热器进口阀门，调整 其次制冷剂的电加热量，使其次制冷剂的压力所对应的饱和温度比环境温度高 15℃以上，〔当温差低于 15℃时，热损失可无视不计〕，并保持其压力不变，环境温度在 40℃以下时，保持其温度波动不超过±1℃，电加热器输入功率的波动不应超过 1%，每隔 10 分钟测量其次制冷剂压力及环境温度一次，直到连续四次相对应的饱和温度值的波动不超过± 0.5℃。一般来说，试验持续的时间应不少于 30 分钟。然后，按以下计算出 KF (kW/℃)值：

Q KF 

t   t

b h 式中 Q

e—标定漏热量时，输入电量热器内的电

功率，kW； tb´—标定漏热量时，其次制冷剂压力所对应的平均饱和温度℃； th´— 标定漏热量时，四周环境平均温 度℃； 所以电量热器在单位时间内的热损失为：

Q  K (t  t ) F h b 式中 K

F — 电量热器的热损失系数，kW；

th 一 试验时环境平均温度，℃ tb 一 试验时与其次制冷剂压力相对应的平均饱和温度，℃。

五、试验步骤 1. 试验前预备

预习试验指导书，具体了解试验装置及各局部 的作用，检查仪表的安装位置及生疏各测试参数 的作用；了解和把握制冷系统的操作规程；生疏 制冷工况的调整方法。通过量热器上的观看镜检 查量热器内的其次制冷剂的液位，假设液位过低 或观看不到，通过量热器的压力表值推断是否有 - -

制冷剂，假设没有制冷剂，千万不要翻开加热器， 以免烧毁加热器。 2. 试验小组由 5 人组成，设试验组长 1 名， 做好分工，明确调整指令及信息反响方式；在熟 悉了试验系统，明确了试验内容和操作步骤以及 留意事项，把握了试验设备和仪表的使用方法之 后，依次逐步进展试验； 3. 启动制冷压缩机(1)先翻开冷却水。 (2) 检查制冷系统各阀门是否正常。 (3) 启动制冷压缩机，并检查手动调整阀是否开启。 (4) 检查制冷系统各部件运转状况，观看排气压力、吸气压力及量热器内压力的变化。

无回热时 1. 调整回热器 回热器的作用是为了使膨胀阀前液态制冷剂的温度降得更低(即增大再冷度)，以便进一步削减节流损失，同时又能保证压缩机吸入具有肯定 过热度的蒸气。 按系统流程图，调整阀门，将试验系统调成无回热状态； 2. 将量热器投入运行 面板上绿色加热器按钮按下时，可调加热器接 通，调整调压器可调整加热量，固定加热器开关 合上即接通固定加热器。按下红色按钮，两个加 热器均断开。 试验前首先检查调压器是否在零位，假设不在零位，应调在零位。接通加热器电源，调整手动调 节阀，由关闭渐渐开启，不要过快，应观看量热 器压力表的数值。 3. 调整稳定工况 先调整手动调整阀，使吸气压力、排气压力到达肯定值后，通过调压器调整电加热器的加热 量，观看量热器压力表的数值变化。压力增加， 说明加热量大，需减小加热量，减小调压器的数