1、了解壓縮機(jī)性能測定的原理及方法；
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?/span>
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)岬膯渭壵魵鈮嚎s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?。在回?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、單級壓縮蒸氣制冷機(jī)的實(shí)際循環(huán)與簡化后的實(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)中常常是對它作一些簡化。
圖2為簡化后的實(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，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)部過程簡化為一個(gè)從吸氣壓力到排氣壓力有損失的簡單壓縮過程。
（3）節(jié)流過程認(rèn)為是等焓過程。
經(jīng)過簡化之后，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)簡介
制冷壓縮機(jī)的制冷量的測試有幾種方法，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?/span>
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．測定并記錄數(shù)據(jù)
(1)測定吸氣壓力、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)測量量熱器的電功率。
(3)測量壓縮機(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?/span>
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)。