制冷与低温方向实验指导书--单级压缩制冷循环性能测试

1、制冷与低温方向实验指导书单级压缩制冷循环性能测试一、实验目的1测试同一压缩机在使用同一制冷剂时，若干工况下的制冷量、耗功及制冷系数等热力性能，有助于加深了解蒸汽式制冷机的操作型特性。2. 学习温度、压力、功率和制冷量等参数的测量和控制。3. 对制冷循环进行定量的热力计算，要求掌握制冷循环热力计算方法。二、实验原理蒸气压缩制冷机是目前应用最广泛的一种制冷机，单级蒸气压缩制冷机是指将制冷剂经过一级压缩从蒸发压力压缩到冷凝压力的蒸气压缩制冷机。空调器和电冰箱以及中央空调用的冷水机组大都采用单级制冷机。单级蒸气压缩制冷机一般可用来制取-40以上的低温。这类制冷机结构变化各异，种类繁多，但基本原理都基本相同。制冷机一般由四大部件（压缩机、冷凝器、节流阀蒸发器）和一些辅助设备组成，图1为单级蒸气压缩制冷机的流程图和循环的T-S图。WQk图1 单级蒸气压缩制冷机流程图、循环p-h图和循环变工况性能按照设计工况设计出来的制冷机，在实际的运行中，由于运行的环境条件的经常变化必然会偏离直接工况，制冷机的性能也必然会改变，对这种制冷机性能的分析叫做操作型特性分析（或变工况性能分析）。此时，整个制冷机的结构、

2、制冷剂等都已给定，而变化的条件是低温热源温度及高温热源温度。而外界热源温度的改变又必然反映到制冷剂在冷凝或蒸发过程中的温度和压力，因此，通过控制冷凝压力和蒸发压力，即可实现不同工况下制冷循环热力性能的测量，从而得到制冷系统在使用同一制冷剂时，不同工况下的制冷量、耗功及制冷系数等热力性能参数。三、实验装置及测试仪表实验装置流程图和各温度和压力的测点如图2所示。P1P3 压力表 t1t10 温度计 W1W2 功率表V1V10 制冷剂阀 V11V12 水阀图2 压缩机性能测试实验装置原理图本实验装置按照国家标准GB5773-86“容积式制冷压缩机性能试验方法”设计，以“第二制冷剂量热器法”作为测量方法。实验台的主要部件有：2匹变频空调压缩机，风冷冷凝器，水冷冷凝器和过冷器均为板式换热器，在冷凝器和过冷器之间设有储液罐，以保证过冷器进口的制冷剂为饱和状态。Hoke公司产生的手动节流阀，蒸发器是螺旋光管换热器，放置于量热器中。实验中使用了两种制冷工质，一种是主制冷剂，也就是需要通过实验测量其循环性能的工质，为R22；另一种工质是充灌在量热器内部的第二制冷剂，起热传递的作用，试验中采用的是R11。

3、量热器是一个绝热封闭容器，上部装有蒸发器蒸发盘管，电加热器安装在量热器的底部并被容器中的第二制冷剂浸没。实验时，第二制冷剂被装于其中的电加热器蒸发，形成的蒸汽对上部蒸发器的主制冷剂加热，并在盘管外表面冷凝后返回底部。如此反复上下流动，起到传递热量的作用。而主制冷剂则吸热蒸发为气体，被压缩机吸入后压缩为高温高压气体排出，在冷凝器中放热冷凝为液态，再经过冷器过冷，最后由节流阀节流后返回蒸发器，完成制冷循环。当系统循环稳定时，电加热器的加热量与压缩机产生的制冷量相平衡，这也就是电加热器法试验台的测试原理，即利用电加热产生的热量来平衡量热器内蒸发器中产生的冷量。实验中温度数据用Agilent数据采集器进行采集，自动采集温度信号显示温度。所有测温热电偶均用标准铂电阻温度计标定过，不确定性0.1。表1测试与控制仪表被测、控参数仪表名称仪表精度测量范围温度测量吸气温度、排气温度、冷却水温度等铜-康铜热电偶、Agilent数据采集器0.1-50300压力测量冷凝压力精密压力表0.4级02.5 MPa蒸发压力精密压力表0.25级02.5 MPa压力控制冷凝压力比例调节水阀进口产品蒸发压力手动节流阀进口产

4、品温度控制过冷温度比例调节水阀进口产品吸气温度调压模块国产0100%功率测量压缩机功率数字功率表0.5级AC600V/15A量热器功率各主要状态点参数的控制方法如下：1. 冷凝温度：由比例调节水阀控制冷凝器的进水量，调整排气压力至相应的给定冷凝温度值；2. 过冷温度：由比例调节水阀控制过冷器的进水量，调整过冷温度至相应的给定值；3. 蒸发温度：通过手动节流阀，调节压缩机的吸气压力至相应的给定蒸发温度值；4. 过热温度：由输入给量热器内的第二制冷剂的加热量进行调节。四、实验内容和步骤实验内容是测试若干工况下循环的制冷量、耗功及制冷系数等热力性能，通过实验状态点的调整过程加深了解单级压缩制冷循环的操作型特性。在实验过程中，需要细心体会冷凝温度、过冷温度、蒸发温度和过热温度对循环性能的影响。实验步骤如下：1、 准备冰瓶，打开Agilent数据采集器，检查并确认温度测量系统工作正常；2、 测量并记录环境温度；3、 检查并确定采用风冷冷凝器或水冷冷凝器；4、 打开水阀，观察冷凝器和过冷器水路浮子流量计是否正常运行；5、 将加热器变阻器旋钮其按顺时针方向旋至最小；6、 开启总电源空气开关；7、 按

5、下电源开关，接通电源，电源开关指示灯亮；8、 开启压缩机空气开关；9、 按下压缩机开关，压缩机开关指示灯亮；10、 按下变频器开关，开启变频器，变频器开关指示灯亮；11、 调整变频器频率至5565Hz，压缩机启动，此时随即将变频器频率调回至50Hz；12、 依次开启第1、第2和第3个电加热器空气开关；13、 依次按下第1、第2和第3个电加热器开关，依次接通第1、第2和第3个电加热器，第1、第2和第3个电加热器开关指示灯依次闪亮；14、 按逆时针方向缓慢旋转电加热器变阻器旋钮，可逐步加大其电加热功率。切忌快速旋转该旋钮，电加热器功率不得超过2000W，以免烧坏电加热器；15、 观察冷凝压力、蒸发压力，冷凝温度、过冷温度、蒸发温度和过热温度，比较饱和压力和饱和温度的对应情况； 16、 按照表2提示的循环参数调节方法调整制冷循环至设定工况；17、 测量并记录设定工况的循环性能数据，包括：冷凝温度、过冷温度、蒸发温度、过热温度，吸气温度、排气温度、压缩机功率加热器功率、排气压力、吸气压力和第二制冷剂压力，见表3；18、 检查实验数据记录完整无误后，必须按以下步骤停机；19、 将电加热器变阻器旋

6、钮其按顺时针方向旋至最小；20、 依次按下第1、第2和第3个电加热器开关，依次切断第1、第2和第3个电加热器，第1、第2和第3个电加热器开关指示灯依次关闭；21、 依次关闭第1、第2和第3个电加热器空气开关；22、 按下压缩机开关，压缩机开关指示灯灭；23、 关闭压缩机空气开关；24、 按下电源开关，切断电源，电源开关指示灯灭；25、 关闭总电源空气开关；26、 关闭水阀；27、 关闭Agilent数据采集器，切断电源。表2循环参数调节方法和热平衡状态标准循环参数冷凝温度（）过冷温度（）蒸发温度（）吸气温度（）设定工况302005调节方法冷凝器冷却水流量过冷器冷却水流量节流阀开度电加热器功率每一个测量值与规定值之间的最大偏差1.0%0.21.0%0.2测量值得任一个读数相对于平均值的最大允许偏差0.5%0.20.5%0.2测量值的准确值1%0.11%0.1 考虑到量热器与周围环境有温差的存在，按国家标准，实验结束后，关闭量热器制冷剂进出口截止阀，进行漏热量的标定。首先调节输入第二制冷剂的电加热量，使第二制冷剂压力所对应的饱和温度比环境温度高15左右，并保持其压力不变。标定时，环境温度在

7、40以下，保持其温度波动不超过1。此时，电加热器输入功率的波动不超过1%，每隔一小时测量一次第二制冷剂的压力，直到连续四次相对应的饱和温度值不超过0.5。漏热系数的计算公式为: K1 = Qh / (tp - te) 按国家标准，测得量热器漏热量应不超过制冷系统制冷量的5%。此时，对实验周期内四组数据进行平均，并按测得的漏热系数进行修正，得到最终的实验结果。经过实测，本实验台量热器漏热量未超过制冷系统制冷量的5%，所以，可以忽略量热器漏热量的影响。五、实验数据记录和处理表3 设定工况循环性能数据记录表时间冷凝温度()过冷温度()蒸发温度()吸气温度()压缩机功率(W)加热器功率 (W)吸气压力(MPa)排气压力(MPa)量热器压力(MPa)环境温度()COP根据表3记录的实验数据，计算循环的COP。六、实验结果与分析根据实验中调整循环设定工况的体会，分析实验结果的误差来源和可靠性。总结从实验中获得的循环操作型特性知识，即各循环状态参数对循环性能（制冷量、压缩机功率和COP）的影响。 七、思考题1、在实验中哪个参数最难、哪个参数最容易调整和稳定，为什么？2、各循环状态参数对循环性能是相互影响的吗？为什么？3、为什么要测量第二制冷剂压力？4、吸气压力等于蒸发压力吗？排气压力等于冷凝压力吗？6

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