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制冷壓縮機(jī)性能測(cè)試實(shí)訓(xùn)裝置指導(dǎo)書

一、制冷壓縮機(jī)性能測(cè)試實(shí)訓(xùn)裝置指導(dǎo)書-實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1、了解壓縮機(jī)性能測(cè)定的原理及方法;
2、了解壓縮式制冷的循環(huán)流程及各組成設(shè)備;
3、測(cè)定蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的性能;
4、理解與認(rèn)識(shí)回?zé)嵫h(huán);
5、比較單級(jí)壓縮制冷機(jī)在實(shí)際循環(huán)中有回?zé)崤c無回?zé)嵝阅苌系牟町悾?br /> 6、熟悉實(shí)驗(yàn)裝置的有關(guān)儀器、儀表,掌握其操作方法。
二、實(shí)驗(yàn)原理
1、單級(jí)壓縮制冷機(jī)的理論循環(huán)
圖1顯示了壓力-比焓圖上單級(jí)蒸氣壓縮制冷機(jī)的理論循環(huán)。壓縮機(jī)吸入的是以點(diǎn)1表示的飽和蒸氣,1-2表示制冷劑在壓縮機(jī)中的等熵壓縮過程;2-3表示制冷劑在冷凝器中的等壓放熱過程,在冷卻過程中制冷劑與環(huán)境介質(zhì)有溫差,放出過熱熱量,在冷凝過程中制冷劑與環(huán)境介質(zhì)無溫差,放出比潛熱,在冷卻和冷凝過程中制冷劑的壓力保持不變,且等于冷凝溫度TK下的飽和蒸氣壓力PK;()是液態(tài)再冷卻放出的熱量;3-4表示節(jié)流過程,制冷劑在節(jié)流過程中壓力和溫度都降低,且焓值保持不變,進(jìn)入兩相區(qū);4-1表示制冷劑在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過程,制冷劑在溫度T0、飽和壓力P0保持不變的情況下蒸發(fā),而被冷卻物體或載冷劑的溫度得以降低。
圖1
2、有回?zé)岬膯渭?jí)蒸氣壓縮制冷理論循環(huán)
為了使膨脹閥前液態(tài)制冷劑的溫度降得更低(即增加再冷度),以便進(jìn)一步減少節(jié)流損失,同時(shí)又能保證壓縮機(jī)吸入具有一定過熱度的蒸氣,可以采用蒸氣回?zé)嵫h(huán)。
圖3示為來自蒸發(fā)器的低溫氣態(tài)制冷劑1,在進(jìn)入壓縮機(jī)前先經(jīng)過一個(gè)熱交換器——回?zé)崞鳌T诨責(zé)崞髦械蜏卣魵馀c來自冷凝器的飽和液體3進(jìn)行熱交換,低溫蒸氣1定壓過熱到狀態(tài)1',而溫度較高的液體3被定壓再冷卻到狀態(tài)3',回?zé)嵫h(huán)1'—2'—3—3'—4'—1—1'中,3—3'為液體的再冷卻過程,過熱后的蒸氣溫度稱為過熱溫度,過熱溫度與蒸發(fā)溫度之差稱為過熱度。
根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)連續(xù)定理,流經(jīng)回?zé)崞鞯囊簯B(tài)制冷劑和氣態(tài)制冷劑的質(zhì)量流量相等。因此,在對(duì)外無熱損失情況下,每公斤液態(tài)制冷劑放出的熱量應(yīng)等于每公斤氣態(tài)制冷劑吸收的熱量。也就是說,單位質(zhì)量制冷劑再冷卻所增加的制冷能力△q0(面積b'4'4bb')等于單位質(zhì)量氣體制冷劑所吸收的熱量△q(面積a11'a'a)。由于有了回?zé)崞,雖然單位質(zhì)量制冷能力有所增加,但是,壓縮機(jī)的耗功量也增加了△w0(面積11'2'21)。因此,回?zé)崾秸魵鈮嚎s制冷循環(huán)的理論制冷系數(shù)有可能提高,也有可能降低,應(yīng)具體分析。
圖3
采用回?zé)崞鞯膬?yōu)點(diǎn):
(1)對(duì)于一個(gè)給定的制冷量,制冷劑流量減少。
(2)在液體管路上氣化的可能性減少(特別是在管路較長(zhǎng)的情況下)。
(3)在壓縮機(jī)的吸氣管道上,可減少吸入外界熱量。
(4)在壓縮機(jī)吸氣口消除液滴,防止失壓縮。
3、單級(jí)壓縮蒸氣制冷機(jī)的實(shí)際循環(huán)與簡(jiǎn)化后的實(shí)際循環(huán)
實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)有許多不同之處,除了壓縮機(jī)中的工作過程以外,主要還有下例一些差別。
(1)熱交換器中存在溫差,即冷卻水溫度T低于冷凝溫度TK,且T是變化的(進(jìn)口溫度低,出口溫度高):載冷劑或冷卻對(duì)象的溫度T0,載冷劑的溫度也是變化的(進(jìn)口溫度高,出口溫度低)。
(2)制冷劑流經(jīng)管道及閥門時(shí)同環(huán)境介質(zhì)間有熱量交換,尤其是自節(jié)流閥以后,制冷劑溫度降低,熱量便會(huì)從環(huán)境介質(zhì)傳給制冷劑,導(dǎo)致冷量損失。
因?yàn)橹评錂C(jī)的實(shí)際循環(huán)過程很難用手算法進(jìn)行熱力計(jì)算。因此,在工程設(shè)計(jì)中常常是對(duì)它作一些簡(jiǎn)化。
圖2為簡(jiǎn)化后的實(shí)際循環(huán)過程。
注:為理論循環(huán)的等熵壓縮過程:為實(shí)際循環(huán)的壓縮過程。
簡(jiǎn)化途徑是:
(1)忽略冷凝器及蒸發(fā)器中的微小壓力變化,即以壓縮機(jī)出口的壓力為冷凝壓力(在大型裝置中,壓縮機(jī)的排氣管道較長(zhǎng),應(yīng)從排氣壓力減去這一段管道壓力損失后作為冷凝壓力),以壓縮機(jī)進(jìn)口壓力作為蒸發(fā)壓力(在大型裝置中尚需加上吸氣管道的壓力損失),同時(shí)認(rèn)為冷凝溫度和蒸發(fā)溫度均為定值。
(2)將壓縮機(jī)內(nèi)部過程簡(jiǎn)化為一個(gè)從吸氣壓力到排氣壓力有損失的簡(jiǎn)單壓縮過程。
(3)節(jié)流過程認(rèn)為是等焓過程。
經(jīng)過簡(jiǎn)化之后,即可直接利用lgp-h圖進(jìn)行循環(huán)性能指標(biāo)的計(jì)算。

圖2
4、實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的區(qū)別
實(shí)際循環(huán)區(qū)別于理論循環(huán)有如下幾方面:
(1)由于摩擦作用,在壓縮機(jī)的排出口和膨脹閥進(jìn)口之間及膨脹閥出口和壓縮機(jī)吸入端之間將產(chǎn)生微小的壓力降。
(2)壓縮過程即不是等熵過程也不是絕熱過程(壓縮機(jī)通常有熱量損失)。
(3)離開蒸發(fā)器的蒸氣通常有過熱(這使膨脹閥得以自動(dòng)控制,同時(shí)也改善了壓縮機(jī)的性能)。
(4)離開冷凝器的液體一般略有過冷(這樣提高了制冷系數(shù)ε,且減少了通向膨脹閥管路上形成蒸氣的可能性)。
(5)循環(huán)在環(huán)境溫度下運(yùn)行時(shí),可能有少量的無用熱量從外界傳入到循環(huán)的各個(gè)部分。 
三、試驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介
制冷壓縮機(jī)的制冷量的測(cè)試有幾種方法,其中采用具有第二制冷劑的電量熱器法是最精確的方法之一。具有第二制冷劑的電量熱器法實(shí)驗(yàn)臺(tái)的原理見圖6-1。
整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由三部分組成:1、電量熱器;2、制冷系統(tǒng);3、水冷卻系統(tǒng)。

四、實(shí)驗(yàn)方法
1.電量熱器法是間接測(cè)量壓縮機(jī)制冷量的一種裝置,它的基本原理是利用電加熱器發(fā)出的熱量來抵消壓縮機(jī)的制冷量,從而達(dá)到平衡。電量熱器是一個(gè)密閉容器,如圖6—2所示。電量熱器的頂部裝有蒸發(fā)器盤管,底部裝有電加熱器,浸沒于一種容易揮發(fā)的第二冷劑(常用R11、R12)中。試驗(yàn)時(shí),接通電加熱器,加熱第二制冷劑,使之蒸發(fā),第二制冷劑飽和蒸氣在頂部蒸發(fā)盤管被冷凝,又重新回到底部。而蒸發(fā)盤管中的低壓液態(tài)制冷劑被第二制冷劑蒸氣加熱而氣化,返回制冷壓縮機(jī)。實(shí)驗(yàn)儀在試驗(yàn)工況下達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),供給電加熱器的電功率正好抵消制冷量,從而使第二制冷劑的壓力保持不變。
2.為了控制第二制冷劑的液面,在量熱器的中間部位裝有觀察玻璃視液鏡。(特別注意:在啟動(dòng)加熱器前,必須通過觀察視液鏡確定量熱器內(nèi)有制冷劑的情況下,方可接通加熱器工作)
量熱器上裝有壓力控制器,它與加熱器的控制電路相連接,防止壓縮機(jī)停機(jī)后加熱器繼續(xù)加熱,使量熱器內(nèi)壓力升高到危險(xiǎn)程度。 
五、實(shí)驗(yàn)步驟:
1.實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備
預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,詳細(xì)了解實(shí)驗(yàn)裝置及各部分的作用,檢查儀表的安裝位置及熟悉各測(cè)試參數(shù)的作用;了解和掌握制冷系統(tǒng)的操作規(guī)程;熟悉制冷工況的調(diào)節(jié)方法。
首先把冷卻系統(tǒng)水箱里加滿清潔的自來水,一般加到水箱的2/3處即可。
通過量熱器上的觀察鏡檢查量熱器內(nèi)的第二制冷劑的液位,如果液位過低或觀察不到,通過量熱器的壓力表值判斷是否有制冷劑,若沒有制冷劑,千萬不要打開加熱器,以免燒毀加熱器。若沒有制冷劑,從量熱器加液口加入制冷劑R12.直到視液鏡能觀察到制冷劑方可。
4.實(shí)驗(yàn)小組由5人組成,設(shè)實(shí)驗(yàn)組長(zhǎng)1名,做好分工,明確調(diào)節(jié)指令及信息反饋方式;在熟悉了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),明確了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作步驟以及注意事項(xiàng),掌握了實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀表的使用方法之后,依次逐步進(jìn)行實(shí)驗(yàn);
5.手動(dòng)啟動(dòng)制冷設(shè)備步驟:
(1)首先撥動(dòng):手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān),選擇在手動(dòng)位置。
(2)先打開冷卻水泵開關(guān)。
(3)檢查冷卻塔進(jìn)出水口系統(tǒng)各閥門是否正常。冷卻塔進(jìn)出口水流正常即可。否則關(guān)機(jī)進(jìn)行修復(fù)
(4)冷卻水循環(huán)正常后,開啟冷卻風(fēng)機(jī)開關(guān)。
(5)啟動(dòng)制冷壓縮機(jī),并檢查電子膨脹閥開度是否正常,選擇電子膨脹閥開度進(jìn)行制冷。
(6)檢查制冷系統(tǒng)各部件運(yùn)轉(zhuǎn)情況,觀察排氣壓力、吸氣壓力及量熱器內(nèi)壓力的變化。
(7)開啟量熱器加熱器開關(guān),手動(dòng)調(diào)節(jié)加熱器調(diào)節(jié)器,觀察排氣壓力、吸氣壓力及量熱器內(nèi)壓力的變化。
自動(dòng)控制說明:
(1)首先撥動(dòng):手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān),選擇在自動(dòng)位置。
(2)打開電腦上制冷壓縮機(jī)性能實(shí)驗(yàn)軟件。
(3)在組態(tài)軟件上,首先選擇電子膨脹閥開度,滑動(dòng)調(diào)節(jié)即可。
(4)點(diǎn)擊開啟冷卻水泵,冷卻水循環(huán)正常后,再點(diǎn)擊開啟開啟冷卻塔風(fēng)機(jī)。
(5)點(diǎn)擊啟動(dòng)制冷壓縮機(jī),并檢查電子膨脹閥開度是否正常。
(6)檢查制冷系統(tǒng)各部件運(yùn)轉(zhuǎn)情況,觀察排氣壓力、吸氣壓力及量熱器內(nèi)壓力的變化。
(7)點(diǎn)擊開啟量熱器加熱器開關(guān),手動(dòng)調(diào)節(jié)加熱器調(diào)節(jié)器,觀察排氣壓力、吸氣壓力及量熱器內(nèi)壓力的變化。
無回?zé)釙r(shí)
1.調(diào)節(jié)回?zé)崞?br /> 回?zé)崞鞯淖饔檬菫榱耸古蛎涢y前液態(tài)制冷劑的溫度降得更低(即增大再冷度),以便進(jìn)一步減少節(jié)流損失,同時(shí)又能保證壓縮機(jī)吸入具有一定過熱度的蒸氣。
按系統(tǒng)流程圖,關(guān)閉手動(dòng)閥門(JF2),打開手動(dòng)閥門(JF3)將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)成無回?zé)釥顟B(tài);設(shè)備出廠時(shí)為無回?zé)釥顟B(tài)。
2.將量熱器投入運(yùn)行
面板上加熱器旋鈕開關(guān),選擇在開時(shí),可調(diào)加熱器接通,實(shí)驗(yàn)臺(tái)左上方側(cè)面為調(diào)節(jié)調(diào)壓器,可調(diào)節(jié)加熱量。加熱功率通過加熱器功率表直接顯示。
實(shí)驗(yàn)前首先檢查調(diào)壓器是否在零位,若不在零位,應(yīng)調(diào)在零位。打開加熱器電源開關(guān)后,調(diào)節(jié)調(diào)壓器,由關(guān)閉逐漸開啟,不要過快,應(yīng)觀察量熱器壓力表的數(shù)值。
3.調(diào)節(jié)穩(wěn)定工況
在電子膨脹閥開度不變的狀態(tài)下,使吸氣壓力、排氣壓力達(dá)到一定值后,通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)電加熱器的加熱量,觀察量熱器壓力表的數(shù)值變化。壓力增加,說明加熱量大,需減小加熱量,減小調(diào)壓器的數(shù)值;壓力降低,說明加熱量小,需增大加熱量,加大調(diào)壓器的數(shù)值。通過調(diào)壓器的調(diào)節(jié),使壓力表數(shù)值穩(wěn)定不變。保護(hù)電路在量熱器上的壓力達(dá)到1.4MPa時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開加熱器電源。
4.測(cè)定并記錄數(shù)據(jù)
(1)測(cè)定吸氣壓力、排氣壓力、量熱器內(nèi)壓力、吸氣溫度、排氣溫度、量熱器入口溫度、入回?zé)崞鳉怏w溫度、量熱器溫度、室內(nèi)環(huán)境溫度。
(2)測(cè)量量熱器的電功率。
(3)測(cè)量壓縮機(jī)輸入功率。
(4)每間隔l0分鐘讀取一次數(shù)據(jù),并以連續(xù)四次讀值的算術(shù)平均值作為計(jì)算依據(jù)。
5.制冷壓縮機(jī)的制冷量

式中N—供給電量熱器的功率,kW。
Q--電量熱器熱損失,kW。
i1"一在壓縮機(jī)規(guī)定吸氣溫度下、吸氣壓力下制冷劑蒸氣的焓值,kJ/kg。
i3"一在規(guī)定再冷溫度下,節(jié)流閥前液體制冷劑的焓值,kJ/kg
i4—在實(shí)驗(yàn)條件下,離開蒸發(fā)器制冷劑蒸氣的焓值,kJ/kg。
i3—在實(shí)驗(yàn)條件下,節(jié)流閥前液體制冷劑的焓值,kJ/kg
ν1—壓縮機(jī)實(shí)際吸氣溫度下、吸氣壓力下制冷劑蒸氣的比容,m3/kg
ν1"—壓縮機(jī)規(guī)定吸氣溫度下、吸氣壓力下制冷劑蒸氣的比容,m3/kg
6.冷凝器的熱負(fù)荷計(jì)算:
(kW)
式中:G—冷卻水流量kg/h
C—水的定壓比熱4.1868kJ/kg℃
t7—冷凝器冷卻水入口溫度℃
t8—冷凝器冷卻水出口溫度℃
7.壓縮機(jī)的輸入功率測(cè)定:
(W)
式中:I—輸入電流A
U—輸入電壓V
8.性能系數(shù)COP的計(jì)算
此指標(biāo)考慮到驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率對(duì)耗能的影響,以單位電動(dòng)機(jī)輸入功率的制冷量大小進(jìn)行評(píng)價(jià),該指標(biāo)多用于全封閉制冷壓縮機(jī)。計(jì)算公式如下:

式中—制冷量kW
—壓縮機(jī)輸入功率kW
按照系統(tǒng)圖調(diào)整閥門,使系統(tǒng)運(yùn)行在有回?zé)釥顟B(tài),穩(wěn)定兩分鐘,計(jì)算結(jié)果請(qǐng)注意考慮設(shè)備的漏熱量。
有回?zé)釙r(shí)
重復(fù)以上步驟,將數(shù)據(jù)紀(jì)錄在后面的表格中。
6、實(shí)驗(yàn)結(jié)束,關(guān)機(jī):
(1)關(guān)閉壓縮機(jī)和加熱器;
(2)保持水系統(tǒng)運(yùn)行大約5分鐘后,斷電。
六、數(shù)據(jù)處理與試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br /> 根據(jù)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出其算術(shù)平均值,計(jì)算過程整理到實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上,繪出無回?zé)崂碚撗h(huán)的壓焓圖,再根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出無回?zé)崤c有回?zé)釋?shí)際循環(huán)的壓焓圖,并查出相應(yīng)狀態(tài)的焓值及吸氣比容,計(jì)算出各性能指標(biāo)(參數(shù)),填入相應(yīng)數(shù)據(jù)表中,并作結(jié)果分析!
注:
由于實(shí)驗(yàn)過程是實(shí)際循環(huán),在無回?zé)嵫h(huán)過程中,蒸發(fā)器出口及壓縮機(jī)吸氣狀態(tài)點(diǎn)都不在飽和氣線上,有過熱;冷凝器出口不在飽和液線上,有過冷。冷凝器出口、蒸發(fā)器出口及壓縮機(jī)吸氣狀態(tài)點(diǎn)一定要找準(zhǔn)確。采用回?zé)嵫h(huán)時(shí),冷凝器出口狀態(tài)點(diǎn)基本不變,但壓縮機(jī)吸氣狀態(tài)點(diǎn)進(jìn)一步過熱。
附:為了便于比較不同活塞式制冷壓縮機(jī)的工作性能,我國(guó)規(guī)定了四個(gè)溫度工況,其中標(biāo)準(zhǔn)工況和空調(diào)工況可用來比較壓縮機(jī)的制冷能力,最大工況和最大壓差工況則為設(shè)計(jì)和考核壓縮機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨壽命、閥片和合理性和配用電機(jī)的最大功率的指標(biāo)。
制冷壓縮機(jī)的溫度工況(℃)

工況 蒸氣溫度 吸氣溫度 冷凝溫度 再冷溫度
標(biāo)準(zhǔn)工況 -15 +15 +30 +25
空調(diào)工況 +5 +15 +40 +35
最大功率工況 +10 +15 +50 +50
最大壓差工況 -30 ±0 +50 +50
飽和氟利昂12蒸氣表
溫度 絕對(duì)壓力 比容(l/Kg) 比焓(KJ/Kg) 比潛熱 比熵(KJ/Kg.K)
T(℃) P(bar) V’ V” h’ h” KJ/Kg S’ S”
-55 0.300 0.641 492.11 150.70 326.91 176.21 0.7995 1.6072
-50 0.392 0.647 384.11 155.06 329.30 174.24 0.8192 1.6000
-45 0.505 0.653 303.59 159.45 331.69 172.24 0.8386 1.5936
-40 0.642 0.659 242.72 163.85 334.07 170.22 0.8576 1.5877
-35 0.807 0.665 196.12 168.27 336.44 168.17 0.8764 1.5825
-30 1.005 0.672 160.01 172.72 338.80 166.08 0.8948 1.5779
-25 1.237 0.678 131.73 177.20 341.15 163.95 0.9130 1.5737
-20 1.510 0.685 109.34 181.70 343.48 161.78 0.9309 1.5699
-15 1.827 0.693 91.45 186.23 345.78 159.55 0.9485 1.5666
-10 2.193 0.700 77.03 190.78 348.06 157.28 0.9659 1.5636
-9 2.772 0.702 74.49 191.71 348.52 156.81 0.9693 1.5630
-8 2.354 0.703 72.05 192.62 348.97 156.35 0.9728 1.5625
-7 2.437 0.705 69.70 193.54 349.42 155.88 0.9762 1.5619
-6 2.523 0.706 67.46 194.46 349.87 155.41 0.9796 1.5614
-5 2.612 0.708 65.29 195.38 350.32 154.94 0.9830 1.5609
-4 2.702 0.710 63.22 196.30 350.76 154.46 0.9865 1.5604
-3 2.795 0.711 61.22 197.22 351.21 153.99 0.9899 1.5599
-2 2.891 0.713 59.30 198.15 351.65 153.50 0.9932 1.5594
-1 2.898 0.715 57.45 199.07 352.09 153.02 0.9966 1.5589
0 3.089 0.716 55.68 200.00 352.54 152.54 1.0000 1.5584
1 3.192 0.718 53.97 200.92 352.97 152.05 1.0034 1.5580
2 3.297 0.720 52.32 201.86 353.41 151.55 1.0067 1.5575
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R22飽和液體與飽和氣體物性表
溫度
t(℃)
絕對(duì)壓力
p(Mpa)
密度
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比容
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比焓
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t(℃)
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p(Mpa)
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比容
(m3/kg)
比焓
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4.975
25.29
注:b表示1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn);c表示臨界點(diǎn)。

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