压缩机性能测试实验

制冷压缩机性能测试实验

一、实验目的

通过制冷压缩机实际运行测试实验，使学生了解并掌握以下内容： 1、制冷压缩机制冷量的测试方法；

2、蒸发温度、冷凝温度与制冷量的关系；

3、制冷系统主要运行参数及其相互之间的影响； 4、有关测试仪器、仪表的使用方法； 5、测试数据处理及误差分析方法。 二、实验原理

1、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。

2、压缩机的性能可由其工作工况的性能系数COP来衡量：

COP式中,Q0为压缩机的制冷量；

Q0 WW为压缩机输入功率.

3、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3 所示。

图3

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:q0h1h5 。这样只要测得流经压缩机的制冷剂质量流量Gm，就可计算出压缩机的制冷量，即

Q0Gmq0Gm(h1h5)

4、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

整个实验装置由制冷系统及换热系统、参数测量采集和控制系统共三部分组成：

1、制冷系统采用全封闭涡旋式制冷压缩机，蒸发器为板式换热器，冷凝器为壳管式换热器，节流装置为电子膨胀阀.

1。1冷却水换热系统由冷却水泵、冷却水塔、调节冷凝器进水温度的恒温器和水流量调节阀门及管路组成；

1.2冷媒水换热系统由冷媒水泵、调节蒸发器进水温度的恒温器、调节水流量的阀门组成；

2、六个绝对压力变送器、十个PT100温度传感器、两个涡轮流量变送器分别对应原理图位置及安捷伦34970型数据采集仪和压缩机性能测试软件；

3、控制系统：通过三块山武SCD36数字调节器分别根据设定值与实测值的差值来调节冷却水、冷媒水的加热量和电子膨胀阀的开度，将机组运行控制在设定工况允许的范围内。

图4

四、实验方法

制冷工况由两个主要参数来决定，即蒸发温度和冷凝温度,制冷压缩机性能测试的国家标准中规定了一些特殊工况的数值，如表1所示： 工况名称 标准工况 最大压差工况 最大轴功率工况 空调工况(水冷) 空调工况（风冷） 蒸发温度 ℃ —15 —30 +10 +5 +5 冷凝温度 ℃ +30 +50 +50 +35 +55 吸气温度 ℃ +15±3 试验工况的稳定与否，是关系到测试数据是否准确的关键问题，工况稳定的标志是主要的测试参数都不随时间变化.调节时需要特别地耐心、细致。

实际试验中是根据吸气压力来确定蒸发温度,冷凝温度是根据排气压力来确定.如果吸气温度也达到稳定，表明制冷量也达到稳定.本装置是通过: 1、调整冷却水流量和温度来稳定压缩机的排气压力； 2、调整冷媒水流量和温度来稳定压缩机的吸气温度；

3、调整电子膨胀阀的开启度来稳定压缩机的吸气压力。

上述三项是动态平衡关系,任何一项发生变化,对蒸发温度、冷凝温度、和压缩机吸气温度三个参数都会有影响，影响的程度可能不一样，下表可作参考,重要的还是在实际操作中积累经验。

名 称 冷媒水 加热功率 调节阀 开度 冷却水 加热功率 增大 减小 增大 减小 增大 减小 排 气 压 力 吸 气 压 力 吸 气 温 度 在调试时，冷却水的容量大，较容易稳定，可由调节器自动调节；电子膨胀阀的开度反应较快，容易受调节器自动控制；只是吸气温度反应过于迟缓，不易控制，需要观察过程线的斜率、模拟图上显示的制冷量作加热量的增减,需耐心细致。

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

q0h*1h*5

式中，h1、h5为标准工况的焓值。 五、主测制冷量的计算（水冷冷凝器量热法)

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

Q1Cp1G11(T8T7)

式中，Q1——冷凝器的冷凝换热量（kW）;

**Cp1——冷却水比热容 (kJ(kgK)）；

G1 —-由涡轮流量计1测得的载冷剂流量（m3s)；

1——冷却水密度（kgm3）；

T7——冷却水进口温度（℃）； T8-—冷却水出口温度（℃）.

其中计算某一温度t时冷却水比热容Cp1和密度1公式如下：

2 Cp14.2060.00130591t0.00001378982t

23 11000.830.08388376t0.003727955t0.000003664106t

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Q1.这样，即有 :

Gm1(h3h4)Q1

式中，Gm1——冷凝器制冷剂侧制冷剂质量流量，即主测制冷剂流量;

h3,h4——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Q1为:

Q1Gm1q0v1 *v1式中，v1——测试工况下的压缩机吸气口制冷剂比容；

v*1-—标准工况下的压缩机吸气口制冷剂比容。

六、辅测制冷量的计算（液体载冷剂量热法）

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

Q2Cp2G22(T9T10)

式中，Q2——蒸发器制冷量(kW）;

Cp2——载冷剂比热容 （kJ(kgK)）；

G2 —-由涡轮流量计2测得的载冷剂流量（m3s)；

2——载冷剂密度（kgm3);

T9——载冷剂进口温度（℃）； T10-—载冷剂出口温度（℃）。

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Cp2和密度2公式如下：

Cp24.091760.00106375t

2 21001.440.19491t0.00243t

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Gm2，为

Gm2Q2

h6h5式中，h5,h6-—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Q2为：

Q2Gm2q0v1 v*1式中，v1——测试工况下的压缩机吸气口制冷剂比容；

v*1—-标准工况下的压缩机吸气口制冷剂比容。

七、主、辅侧相对误差

QQ2E1100%Q1八、制冷效率

Q1 W九、操作步骤:

1．将控制台上选择开关切换至‘压缩机’档；

2．按下‘冷却水泵’-‘冷却塔风机’—‘冷媒水泵'的启动按钮，使冷却水环路、冷媒水环路运行；

3．打开计算机实验操作系统软件，点击进入“压缩机性能试验\"参数设置界面，设定实验工况后进入试验模拟图界面，观察冷却水、冷媒水是否有流量;

4．将压缩机‘吸气口温度调节器’改为手动调节，输出值设定为50％;

5．按下‘电子膨胀阀'启动按钮,将‘电子膨胀阀调节器’设置为手动,设定数值为80； 6．依次按下‘恒温器１’-‘恒温器２'—‘被测压缩机’启动按钮。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；

7．机组运行5分钟后，将压缩机‘吸气口温度调节器’、‘电子膨胀阀调节器'的输出设为PID自动调节；

8．观察模拟图界面各参数的变化；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;

9．待系统稳定运行在设定工况附近后，开始记录实验数据。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。

测 试 数 据 记 录

班级 姓名 实验日期 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

测试参数 压缩机吸气温度T1 压缩机排气温度T2 冷凝器进口温度 T3 冷凝器出口温度 T4 节流前温度T5 蒸发器出口温度 T6 冷却水进口温度 T7 单位 NO。1 ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ NO.2 NO.3 NO.4 平均值

冷却水出口温度 T8 ℃ 载冷剂进口温度 T9 ℃ 载冷剂出口温度 T10 ℃ 环境温度Ta 压缩机吸气压力 P1 压缩机排气压力 P2 冷凝器进口压力 P3 冷凝器出口压力 P4 节流前压力P5 蒸发器出口压力 P6 冷却水流量 Gw1 载冷剂流量 Gw2 压缩机功率W 压缩机电压V 压缩机电流I 电源频率f ℃ kPa kPa kPa kPa kPa kPa L/s L/s kW V A Hz

实验数据整理结果

实验工况： 蒸发温度 ℃ 冷凝温度 ℃ 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 项目名称 制冷剂流量(主) 制冷剂流量（辅） 实际进气状态的制冷剂蒸汽比容 标准规定工况的制冷剂蒸汽比容 压缩机输入功率 主侧制冷量 辅侧制冷量 主、辅侧相对误差 制冷效率 单位 Kg/h Kg/h M3KgNO.1 NO。2 NO。3 NO.4 平 均

M3KgKW KW KW % KW/KW 实验情况的总结或建议：（对实验结果进行分析和评价和建设性的意见）。