（热能工程专业论文）新型制冷剂对制冷装置和设备影响的研究.pdf

摘要 摘要 随着制冷装置和设备在生活中的广泛应用和环保型制冷剂的替代，需要对新 型制冷剂对制冷装置与设备产生的影响进行研究。压缩机性能测试系统可以对压 缩机的制冷量以及相关的性能参数进行测量。本文根据目前压缩机性能测试系统 的研究现状以及压缩机性能测试系统在使用过程中所呈现的问题，主要从理论和 实验两个方面来对采用了新型制冷工质的压缩机性能测试系统以及一些压缩机 测试相关的问题进行了研究。 本文首先对压缩机测试以及压缩机性能测试系统进行了详细的介绍。从压缩 机测试的相关国家标准出发，对压缩机性能测试的四种方法和三种校核方法进行 了详细的介绍。主要对第二制冷剂量热器法进行了更为详细的介绍和说明，这主 要包括系统的组成，第二制冷剂量热器法的测试原理以及主要的控制参数。 为了更好的比较原有制冷工质和新型替代工质对测试系统的影响，本文从基 本的制冷循环出发，对循环的单位容积制冷量、c o p 以及循环压比等参数进行 了计算比较。同时文中还计算分析了使用替代工质对系统控制精度的影响。而对 于系统的硬件，主要论述了使用替代工质对制冷剂管道、干燥过滤器、仪器仪表 以及润滑油的影响，指出了在使用替代工质时所需要注意的问题。 在理论分析的基础上，在现有试验设备上进行了相关的试验研究。通过对实 验结果的分析，分析了吸气温度变化对性能的影响、压缩机环境温度变化对性能 的影响、对压缩机进行封闭对性能的影响以及工况稳定和状态稳定对测试结果的 影响，并对系统进行了不确定度分析。分析结果表明：压缩机环境温度升高时压 缩机工作在一个十分不利的环境中，环境温度的升高导致压缩机的壳温和排气温 度升高，性能降低，制冷量减小。对压缩机进行封闭处理，一方顽降低了压缩机 的噪声，而另一方面却使得压缩机的性能降低。封闭处理的压缩机其工作环境恶 化，壳温和排气温度都升高，使得压缩机的实际吸气温度升高，同时压缩机的余 隙容积中气体温度升高。吸气温度的升高导致压缩机理论输气量降低，性能下降。 余隙容积中气体温度的升高也可使压缩机的吸气温度进一步升高，理论输气量进 一步的降低。压缩机排气温度的升高还可以影响压缩机气缸与活塞间的泄漏，导 致泄漏量增加，输气量降低。在进行压缩机性能测试时，压缩机测试系统在达到 北l 业大学j 学硕士学位论文 丁况稳定时其状态远没达到稳定。判断压缩机测试系统状态稳定的主要参数是压 缩机的外壳温度和绕组温升，只有当压缩机的外壳温度稳定时才可以进行数据的 记录。 本课题的研究有助于压缩机行业的发展，为各压缩机生产和使用厂家对压缩 机进行性能测试提供了一定参考。 关键词：压缩机性能外壳温度第二制冷剂量热器 a b s t r a c t a l b s t r a c t a c c o r d i n gw i t ht h ew i d e s p r e a da v a i l a b i l i t yo fr e f r i g e r a n ti n s t a l l a t i o na n de q u i p m e n t a n dt h es u b s t i t u t ef o rn e w r e f r i g e r a n t ，s o m er e s e a r c hs h o u l db ed o n ef o rt h ei n n u e n c e o fn e wr e f r i g e r a n to nl h ef e 埘g e r a n lj n s t a l l a t j o na n de q u j p m e n t t 1 l ec o m p r e s s o r p e r f o 册a n c et e s ts y s t e mc a nb eu s e dt ot e s tt h er e f r i g e r a t i o nc a p a c i t ya n do t h e r p a r a m e t e r sr e l a t e d b a s e do nt h ep r c s e n tr e s e a r c hs t a t l l so fc o m p r e s s o rp e r f o 姗a n c e t e s ts y s t e ma n dt h e p r o b 】e m sa p p e a r e dd u r j n gt h ec o m p r e s s o rp e d b 册a n c et e s ts y s t e m b e i n gu s e d ，t h i sp a p e rh a sd o n es o m er e s e a r c hm a i l yf r o mt h e o r ya n de x p e f i m e n t a b o u tt h ec o m p r e s s o rp e r f o 珊a n c et e s tw “hn e wr e 仃i g e r a ma n do t l l e rp m b l e m s r e l a t e d f i r s t l yt h ec o m p r e s s o rt e s t a n dt h ec o m p r e s s o rp e r f b r m a n c et e s t s y s t e mw e r e i n t r o d u c e di nd e t a i l f r o mt h en a t i o n a ls t a n d a f d sa b o u t m p r c s s o rt e s t ，f o u rt e s t i i l g m e t h o d sa n dt 1 1 r e e c h e c k j n gm e t h o d sa b o u tw e r c i n l r o d u c e d n es e c o n d a r y r e f r i g e m tc a l o r i m e t e rm e t h o dw a si n t r o d u c e da n de x p l a i l l e dm a i n l ya i l di ti n d u d e s t l l es y s t e mc o m p o s i t i o n ，t h et e s t i n gp r i n c i p l ea n dt h em a i nc o n t t d l l i n gp a r a m e t e r s i no r d e ft oc o m p a r ct h ej n n u e n c co ft b ej n j 虹a lr e f r j g e f a n ta n dt h en e wf c 衔g e r a n tt o t e s ts y s t e mb e t t e r ，t h ev o l u m er c 衔g e r a t i o nc a p a c i t yp e ru n i t ，o d pa n dt h er a t i oo f p r c s s u r ew e r ec a l c u l a t e da l l dc o m p a r e df r o mt h eb a s i cr e f r i g e r a n tl o o p a n dt h e i n n u e n c eo fc o m m 】i n ga c c u r a c yt ot e s ts y s t e mb yu s i n gs u b s t i l u t ef e 删g e f a n tw a s c a l c u l a t e d f o rt h eh a r d w a r eo ft h es y s t e m ，t h ei n f l u e n c et ot h ep i p e ，d r y f i l t e r ，m e t e r s a n dl u b r i c a n to i lb yu s i n gs u b s t i t u t er e f r i g c r a i l tw e r ed i s c u s s e da n dt h ep r o b l e m s n e e d j n gt oc a r eu s i n gs u b s t j t u t er e f r i g e r a n lw e r cp o i n o u t b a s e do nt h et h e o r e t i c a la n a l y s i s ，t 量l ec o h e r e n te x p e r i m e n t a lr e s e a r c hw a sd o n eo n t h ee x i s t j n gi n s t m m e n t a c c o r d i n gt ot h ea i l a l y s i so ft h ee x p e r i m e n tr c s u l t ，t h e j n f l u e n c eo fc h a l l 百n gl h es u c t i o nt e m p e f a l u r et op c f f o 册a n c e ，t h ej n f l u e n c eo f c h a n g i n ga m b i e n tt e m p e r a t u r eo fc o m p r e s s o rt op e r f b 册a n c e ，t h ei n n u e n c eo fs e a l i n g c o m p r e s s o rt op e r f o n a n c ea n dt h e i n n u e n c eo fc o n d i t i o ns t a b i l i z a t i o na n ds t a t e s t a b i l j z a t j o nt ot e s tr e s u l tw e r ca 1 1 a 】y z e d a n dt h eu n c c r t a i n t yo fs y s t e mw a sa n a l y z e d t h ea n a l y z i n gf e s u l ti n d i c a t e st h a tw h e nt h ea m b i e n tt e m p e r a t u r eo fc o m p r e s s o rr i s e s ， t h ec o m p r e s s o rw o r k si na nu n f a v o r a b l ea m b i e n ta i l dt h es h e l lt e m p e r a t u r ea n d d i s c h a r g ef e m p e r a t u r er j s e ，w h j i et h ep e r f o f m a n c ea n dr e f r j g e r a “o nc a p a c n yr e d u 一l l i 北京l 业大学工学硕士学位论文 s e a l i n gt h ec o m p r e s s o rc a nr e d u c et h en o i s e ，b u ts t i l l c a nm a k et h ep e r f o r r n a n c e r e d u c e s e a l i n gt h ec o m p r e s s o rc a nm a k et h ea m b i e n tu n f a v o r a b l ea n dt h es h e u t e m p e r a t u r ea n dd i s c h a r g et e m p e r a t u r er j s e ， a n dm a k et h e p r a c t j c a b l e s u c t i o n t e m p e r a t u r e “s ea n dt h et e m p e r a t u r eo ft h eg a si nc l e a r a n c ev o l u m er i s e t h er i s eo f s u c t i o nt e m p e r a t u r ec a u s e st h et h e o r e t i c a la m o u n to fi n p u tg a s e sr e d u c ea n dt h e p e r f o m l a n c ed e s c e d t h er i s e o ft h et e m p e r a t u r eo fg a si nc l e a r a n c ev 0 l u m ec a n m a k es u c t i o nt e m p e r a t u r er i s ef u r t h e ra n dt h et h e o r e t i c a la m o u n to fi n p u tg a s e sr e d u c e f u n h e l1 h er i s eo fd i s c h a r g et e m p e r a t u r ec a na f f e c tt h e1 e a k a g eb e t w e e nc y l 访d e ra n d p l u n g e ra n d l e a d st ot h el e a k a g er i s ea n dt h e 柚0 u n to fi n p u tg a s e sr e d u c e w h e nt h e c o n d i t i o ni ss t e a d yd u r i n gt h et e s t ，t h es t a t eh a sn o tb e e ns t e a d y t h em a i np a r a m e t e r s t h a tc a nj u d g el h es t a t es ta _ b i l i z a t j o no fc o m p r c s s o rt e s ts y s t e ma r et h es h e l l t e m p e r a t u r eo rt h ew i n d i n gt e m p e r a t u r e t h ed a t ac a nb er e c o r d e dw h e nt h es h e l l t e m p e r a t u r e j ss t e a d y - t h er e s e a f c ho ft h es u b j e c ti sg o o df 甜t h ed e v e l o p m e n to fc o m p r e s s o ra n dc a n s u p p l ys o m er e f e r e n c eo fp e r f 0 咖a n c et e s tf o rc o m p r e s s o rp r o d u c e r s a n du s e r s k e yw o r d s ： c o m p r e s s o rp e 血珊a n c c ； s h e u t e m p e r a t u r e ；s e c o n d a r y r c f r i g e r a n tc a l o r i m e t e r ， i v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得j 立王些太堂或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 壹婆日期：蔓巫f ，p 关于论文使用授权的说明 本人完全了解j e 瘟王些塞堂有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：当堕导师签名：趸烨同期：2 芝多，9 ，= 1 7 弗l 章绪论 1 1 课题背景 第1 章绪论 近年来，我国经济快速发展，伴随着经济的发展，人们生活的物质文化水平 也得到了显著的提高。“十五”期间我国国民生产总值达到1 2 5 亿元人民币， 城市人均可支配收入达到1 0 4 9 3 元人民币，是“九五”期间的1 5 3 倍。收入的增 加，生活水平的提高，使得人们的消费需求也显著提高消费档次也较过去有了 明显的提高。 伴随着我国经济的飞速发展，以及我国加入w r o 的良好契机，我国的轻工 业得以迅速笈展，特别是家电行业，无论是彩电，还是冰箱和空调，其发展速度 都是惊人的。2 0 0 3 年我国的彩电生产量达到7 3 3 0 万台，空调器生产量达到4 8 1 2 5 万台，冰箱2 2 0 7 5 万台，我国作为最大的发展中国家，业已经成为冰箱、空调器 的生产、消费和出口大国。 在冰箱空调行业快速发展的同时，冰箱空调的血液制冷工质的替代越来越 受到国际社会的关注。在过去的几i 年里，c f c s 及h c f c s 制冷剂由于自身良好 的热物理性能及化学性能，在制冷空凋界得到了广泛的应用。然而，根据1 9 8 7 年签订的蒙特利尔议定书及1 9 9 2 年哥本哈根会议对禁用c f c s 的时间表的修正 书，发达国家于1 9 9 6 年1 月1 日起禁止使用c f c s 制冷剂，发展中匡【家于其后的 十年禁用。目前氟利昂制冷剂对大气臭氧层的破坏作用越来越受到各国的重视。 欧盟规章2 0 3 7 2 0 0 ) 已经作出最新规定：从2 0 0 2 年7 月1 日开始，制冷剂r 2 2 被禁止用于制冷量小于1 0 0 k w 的固定式空调器的生产与销售；对丁热泵式( 制冷 和制热通过四通阀转换) ，此禁令可延长至2 0 0 4 年1 月1 日。在德国，任何空调 器已不允许使用r 2 2 。美日等发达幽家也纷纷将禁用期提前到2 0 0 5 2 0 1 0 年。 1 9 9 3 年中国国务院批准的中国消耗臭氧层物质的逐步淘汰国家方案规定2 0 4 0 年以前淘汰h c f c s 。但随着备国禁用期的提前，届时我国也会提前r 2 2 的禁用 期。目前c f c s 与h c f c s 的替代研究工作l f 住进行，并且已经取得了一定成果， 期。目前c f c s 与h c f c s 的替代研究丁作l r 在进行，并且已经耿得了一定成果， 北京【业大学一i ：学硕j ：学位论文 出现了像r 1 2 3 、r 1 3 4 a 、r 4 0 7 c 和r 4 1 0 a 等一系列的短期或中长期替代物。 冰箱和空调是家庭中广泛使用的制冷设备，研究新型制冷工质对冰箱和空调 的适应性有助于制冷空调和家电行业的发展。压缩机是冰箱和空调器的核心部 件，2 0 0 3 年我国空调压缩机的生产量达到了3 5 7 0 万台。无论是冰箱还是空调用 压缩机，在其出厂和使用之前都要进行严格检测，以确保其达到标准【l j l 2 j 规定的 要求。标准2 l 是上世纪七八十年代制定的，一直沿用至今，而制冷行业的飞速 发展已经使其不能满足要求。随着全球性制冷工质替代进程的加快，无论是整个 系统所使用的工质，还是标准【1 】f 2 1 规定的第二制冷剂，都已经被淘汰，所以研制 适合新工质的环保的测试系统已经迫在眉睫。 1 2 制冷剂c f c 替代研究 目前在美国，小型空调设备的生产厂家中，采用h c f c s 制冷剂的仍占主导 地位。然而很明显，大多数空调将采用h f c s 制冷剂替代h c f q 。关于r 2 2 替代 制冷剂的研究表明，目前还没有单一的替代物能覆盖r 2 2 广泛使用的范围，而且 r 2 2 能提供的所有技术优势也是替代制冷剂无法达到。r 2 2 较合适的替代制冷剂 是近共沸混合物r 4 1 0 a 和非共沸混合物r 4 0 7 c 。r 4 0 7 c 的蒸气压力曲线与r 2 2 的非常接近( 看起来完全重合) ，而r 4 1 0 a 比r 2 2 有较高的工作压力，且有非常 优良的热力学性质，因此r 4 1 q a 和r 4 0 7 c 被公认是比较合适的替代物。采用 r 4 1 0 a 可以获得比其他h f c s 替代物更高的能效比，相同的系统采用r 4 1 0 a 获 得的能效比要比其他h f c s 替代物高1 5 。同时，r 4 1 0 a 与r 4 0 7 c 相比较，r 4 1 0 a 具有以下一系列优点：由于相对制冷能力高，有可能将制冷设备小型化；由 于优良的热传导性，较低的压力损失，较高的压缩效率，有可能提高系统的效率； 很小的温度滑移，在设计时可以忽略而不考虑其影响【 】。 r 4 1 0 a 是一种近共沸混合工质，与单一的化合物制冷剂相比较而言，有一定 的优点，如优越的运输性能，由于蒸气压力高，系统性能受压降损失的影响不敏 感，因此循环时工质流速可以很大，有利于热交换器的传热。当然，凡事有利必 有弊，它也有某些缺点，如工作压力高，由于其工作压力比r 2 2 高出6 0 ，就需 要对原有的设备变更。 1 9 9 7 年，美国开利公司推出r 4 1 0 a 空调器，该空调器效率高，可减少制冷 费用4 0 6 0 ，能效比达到3 8 w ，w 。2 0 0 3 年，同本同立公司推出采用r 4 1 0 a 第1 章绪论 的新型柜机，其c o p 最高达4 8 5 ，室外机体积缩小达3 4 ，重量降低达3 2 。 表1 1r 2 2 、r 4 l o a 、r 4 0 7 c 制冷剂特点 制冷剂名称r 2 2r 4 0 7 c r 4 l o a 制冷剂成分h c f c 2 2 h f c 一3 2 1 2 5 1 3 4 ah f c - 3 2 1 2 5 制冷剂组成1 0 0 2 3 ，2 5 ，5 2 5 0 5 0 主要特性 非共沸传热性能下降近共沸，动作压力为 r 2 2 的1 6 倍，压力损失小 性能特性1 0 0理论制冷量：9 5 1 0 1理论制冷量：1 3 8 1 4 2 ( 与r 2 2 比较)理论c o p ：9 3 9 9理论c o p ：8 9 9 3 最佳匹配系统1 0 09 5 1 0 09 4 1 0 l 事例c o p 臭氧破坏系数0 0 5 5 00 ( c f c l l = 1 ) 温室效应系数1 9 0 01 6 0 02 1 0 0 ( c o ，= 1 ) 可燃性无 无无 允许浓度( p p m ) 1 0 0 01 0 0 0 1 0 0 0 分子量 8 6 58 6 2 7 2 6 沸点( ) 4 0 84 3 5 6，5 1 6 温度滑移( )04 8 0 1 气体密度l1 1 4 ( 高密度) ( 与r 2 2 比较) 排气压力 2 1 1 8 1 0 j2 2 4 6 9 l o j 3 2 8 5 1 0 ( 理论t 况) p a 2 0 0 4 年4 月，r 4 1 0 a 新冷媒空调率先在春兰批量生产。可以看出，以r 4 1 0 a 为工质的空调器已经全面生产。目前，对替代工质的研究工作主要集中在对换热 规律的试验研究，国内外许多学者已对r 4 1 0 a 的两相换热规律进行了试验研究。 y o n g c h a n 】( i m 等【6 j 在蒸发温度分别为一1 5 ，5 和5 ，质量流量为7 0 3 北康l 。业大学工学硕士学位论文 2 1 l k g ，( m 2 s ) ，热流量为5 1 5 k w m 2 的实验条件下，对r 4 1 0 a 在外径为9 5 2 m m 和7 m m 的光滑管和微翅管中的蒸发换热特性进行了试验研究，并且分析了质量 流量、热流量、蒸发温度和管径对蒸发表面传热系数的影响。试验结果表明，在 所有实验中蒸发表面传热系数随质量流量和热流量的增加而增加。在低热流量 f 5 k w m 2 1 时，r 4 1 0 a 在外径为7 m m 的光滑管与微翅管中的蒸发表面传热系数随 蒸发温度的降低而升高，高热流量( 1 5 k w m 2 ) 时则随蒸发温度的升高而升高。而 在外径为9 5 2 m m 的光滑管与微翅管中，蒸发温度对表面传热系数的影响可以忽 略不计。同时还对r 2 2 、r 4 0 7 c 和r 4 1 0 a 在几种空调毛细管中的性能进行了试 验研究。d o n g s o o 等 7 j 在饱和蒸汽温度为3 9 、壁面过冷度为3 8 的工况下， 对r 2 2 、r 4 0 7 c 和r 4 1 0 a 在水平管的实验中得出：近共沸混合物r 4 1 0 a 的冷凝 表面传热系数在水平光滑管中比r 2 2 高1 1 o 1 7 4 苏航等【8 】对r 4 1 0 a 在制 冷系统中的过冷应用进行了分析，认为当冷凝温度较高时，适当采取措施( 通过 外部循环或使用经济器) 过冷，可显著提高制冷能力与性能系数。d 0 n g s o o 等h 在冷凝温度4 0 、4 5 、5 0 、5 5 ，过冷o 、2 5 、5 的试验条件下，对管径1 2 2 4 m m 的毛细管，在质量流量为5 5 0 s 时进行了试验研究，由研究所得数据，作者进 而关联出质量流量m 与内径d 、管长l 、冷凝温度t 和过冷度d s c 的关系式： m = c 1 d c 2 l c 3 t “1 0 c 5 d s c( 1 ) 式( 1 ) 中系数列于表1 2 表1 2 毛细管质量流最关联式中的常数 t a b j e l - 2 t h ep a r a m e l e r si nl l l e 妇l n u j a 工质c 1c 2c 3 c 4c 5 r 2 2 0 2 4 9 0 2 92 5 4 3 6 3 30 4 2 7 5 3o 7 4 6 1 0 8o 0 1 3 9 2 2 r 4 0 7 c0 2 4 6 6 4 72 5 4 4 0 3 20 4 1 9 5 3 0 7 5 5 3 8 50 0 1 3 6 7 8 r 4 1 0 ao 4 0 6 1 2 5o 5 8 9 6 4 30 4 5 4 7 5 0 6 9 6 6 6 9o 0 11 8 6 5 1 3 压缩机测试技术研究概述 对于容积式制冷压缩机的性能测试，标准【1 i 中有四种方法，第二制冷剂量 热器法、满液式制冷剂量热器法、干式制冷剂量热器法和制冷剂气体量热器法。 其中，最常用的是第二制冷剂量热器法，其原理是利用电加热器发出的热量来消 4 第1 章绪论 耗压缩机制冷量的一种间接测试方法，系统图如图1 1 所示。 量热器是个密闭的热压力容器，其内部上方装有制冷系统的蒸发器，底部 装有电加热器，电加热器被充入的第二制冷荆历浸泡。其工作原理是将被测 ) 量热器 ，n 温度测点丫压力测点 图1 - 1 第二制冷剂量热器法测试系统 f i g 1 1t h et e s is y s l e mo fs e c o n d a r y 陀f r i g e r a n tc a l 州m e t e rm e t h o d 压缩机接入系统，调整试验台的工况至规定工况后，量热器内部上方的蒸发器不 断制冷，同时使底部的电加热器也不断加热当制冷量大于电加热量时，量热器内 处于饱和状态的第二制冷剂压力不断下降；反之若制冷量小于电加热量时，量热 器内的第二制冷剂压力不断上升。而制冷量与电加热量相等时，量热器内的第二 制冷剂压力稳定在某一值上，此时测出量热器内电加热器的电加热量，即可换算 成被测压缩机在该工况下的制冷量。 国内对整个系统的研究多数集中在对其关键部件量热器( c a l o r i m e t e r ) 的研究 上。邬志敏等对量热器做了十分详尽的研列1 0 。1 “。文献【1 0 】讨论了量热器进液过 冷温度和出口工质的状态对测试精度的影响，并建议在试验系统的吸气管道和输 液管道上分别安装一冷却器和过冷器，以取得较高的测量精度。文献【1 1 】对试验 台漏热量计算方法进行了探讨，认为量热器的平均温度改用测量其外壁面的平均 温度可以提高测量的平确性。文献f 1 2 】介绍了研制第二制冷弃量热器法试验台时 选用合适的制冷量作为设计参数，可以降低量热器漏热量，以提高试验台测试精 度。认为按试验台测量范围上限制冷量作为设计参数计算蒸发盘管径，以中限制 冷量作设计参数计算盘管长度，并以此来确定盘管的传热面积。文献f 1 3 1 着重介 绍了研制全自动电量热器法制冷压缩机性能试验台的过程。文献【1 4 】介绍了量热 器法测量制冷压缩机冷量的试验台的设计计算方法及控制方法对测试精度的影 响。文献f 1 5 探讨了量热器试验台系统中的制冷剂含油量对压缩机测试精度的影 5 北京t 垃天学 学硕士学位沦文 响。通过璞论分极和计黧，认为不同1 j 臻含油率对制冷压缩机制冷鬟 测量有缎大 彩响，并糖漱了提高潮鬣精凄的猎麓。文献 l 翻介缓了热力澎暇阕旋羽在全蠢凌 爨热器法试验台上进行气渤调节制冷压缩机的吸气聪力的可行性，邂过试验袭明 究全符合测试黉求。沈希等对系统建立渤态模型以及磷测全自动测试系统 乍了较 多静磺究1 1 黼”。文献1 1 0 1 9 1 分剐对整个系统和系统豹疆个关键都佟爨热器秘冷凝 器的动态分稚模型进行了研究，应用热动力学、气液两相流体动力学的观点和方 法分别对整个系统和量热嚣及冷凝器建立了动态模漤。文献f 2 0 、2 l 】探讨了全融 凌测试系绕麓掰铡，并提滋了几点鞠嶷瀚技术策晦。魏终，张晕校等l 蠲分毒厅了鹜 箭簪内外落追采用的制冷艨缩极性蘸灏试技术的特点，提出了谯傈眭测试精度岭 前提下，在系统中采用节能方案的重鼗饿，并用火用分析理论进行了分析计算。 竺楚簿等对测试系绕鹣濑控软俘进行了骈究，势绘掰了解决阏瓣的优化方法。 蒋冀斌等1 2 4 l 借助计算枫瓣测试过程中蹴域的误差的确定进行了分桥、汁算。文献 f 2 s 、2 6 1 分别对g l 起测鬣的不确定度的闲素和排气压力对不确定艘的影响进行了 分析帮搽讨。 1 4 本课题的研究翻标 本课题的主要目的在于为今后更好地建造压缩机性能测试试验台并进行压 缩机性能测试提供一定的理论和试验依据。从这个角度出发，特制定了以下研究 目标。 ( 1 ) 通过搜集资料以及必要的理论计算，分析得出压缩机性能测试系统在 使用了新工质之后对系统的硬件带来的影响。 ( 2 ) 通过一定的理论计算，说明在压缩机吸气温度发生变化时压缩机排气 温度和比容所发生的变化，并通过计算数据说明由吸气温度变化而引起的压缩机 制冷量的变化。 通过试验验证理论的正确性，并说明在对压缩机进行封闭处理的时候要考虑 压缩机工作环境的变化对其性能带来的影响。 ( 3 ) 在试验的基础上进行压缩机性能测试过程中的工况稳定和状念稳定 对测试结果影响的研究，以期从试验中得出能够判别状念稳定的较为重要的依 据。 第l 章绪论 1 s 本课题的研究内容 结合本课题的以上研究目标，本课题的研究内容赡纳起来主要有以下几点： ( 1 ) 研究了使用新型制冷工质的压缩机性能测试系统在硬件方面所受的 影响。r 4 1 0 a 替代r 2 2 之后，由于r 4 1 0 a 的工作压力是r 2 2 的1 6 倍，所以所 使用的铜管以及其它的用于连接制冷剂管道的部件都必须耐高压。r 4 1 0 a 所使用 的润滑油和r 2 2 也不同，所以相关的部件如干燥过滤器，油分离器等必须适用于 酗l 觚。两辩，痿力仪表，滏发仪表警浆爨稔遣必须楚逶舍r 4 l 淑魏。麸这我稻 可以着出，懑豢绞工矮改嶷之瑟，系绫的大都分硬鼹瞧爨簧终翅艨骢交豫，以满 足新型工质的要求。同时，由于r 4 1 0 a 的换热系数较r 2 2 大，所以在使用了新 工矮之螽，系绞鹫路霹爨减，j 、，裙建瓣整个系统氇将躐，j 、，这裁w 戳豫低设餐貔 占娥嚣积，隆甄没签戆投入成本等。 ( 2 ) 在系统使用了新工质之后，对系统理论循环进行分析，并研究影响测 试耱度豹参数。程系统王矮献敬2 2 转炎蕊歉4 l 馘之螽，系统斡攀经销冷量、耗 功、e 0 p 、簇强暴滋等随蒸发滋凄的燹德麓隧之发垒变蘧。逶过一定豹毽论诗箨， 分析系统改用新工质之借其单位制冷凝、耗功、c o p 、循环压比等参数随蒸发溉 度、冷凝温度窝暇气温褒等参数的交纯，并辩这一系翔参数的交豫避褥试验验诞。 在本文中圭婺研究以下死令参数对溅试精度懿影嫡： a 量热器电加热功率 磷究发戮，囊热器毫鞠燕渤率对溅试系统的最终澜试结栗和测试瓣不确定缓 黪影演都占蠢终辩高豹绻夔。程本谋瑟孛主簧是逶避辫测试结聚懿不确定囊遴行 分析从而分析各影响参数对测试误差的影响。 b 吸气藤力，溢度 我翻知遵邋避疆气悉力寒控隶l 蒸发澄凌戆控裁耩凄，嚣逶过控翻吸气温瘦寒 控制吸入雁缩机的制冷剂气体的过热发。按照标准要求，无论是蒸发濑度还是l 域 气滠度，其控制精度都楚镤离鹣。所以通遥研究吸气鹾力，设气温发对测试结莱靛 澎嗡来磷突稳齑绞翱糖凌鹣方法。 c 排气压力过冷温度 通过控制冷凝器的冷= 去鼙永鲞来控制稚气蓬力和滚度，递过控籀遗冷器中冷害睡 承鬃来控嚣过冷澄度。孟论趸冷凝溢壤还是遗冷瀑淡靛控翻镰差黉求瓣家标磴帮 一7 一 北京【业火学【学坎士学位论义 对其作出了严格的规定。研究排气压力过冷温度对测试结果的影响柬研究如何提 赢这两个参数的控制精度从聪提高测试糖发，降低测试镤差。 d 压缩枫环境温度，量热器环境温度 压缩机环境温度主要影响压缩机的壳温，对于空调压缩机而言，兜温对排气 激发秘实际吸气滠度( 经吸气流道热热) 豹影嫡很大。爨热器环境漱瘦主要影媳 薰热器的漏热赞。对压缩机环境温度的研绒也是本文研究内容的第( 4 ) 部分。 ( 3 )按照国家标准蒙求，当系统的可控参数控制在规定偏藏范围之内1 个小时之后，鄹可进孪亍参数静测量穗记录。也裁是说，当系统达到王况稳定之后 就可以进行测试。但是，试验发现测试系统工况稳定时系统的状态远米达到稳定。 系统的工况稳滋和状态稳定之间不存在必然的内在联系。要达到系统的状态稳 定，必须在系绕达到工况稳定之居继续鼹裘系统兹霹控参数殴及所测蹙瓣一些重 要参数的渡动范围，这里判定系统达到状态稳定的最主袋的两个特镊参数是壳温 和绕组温度。 本文主要从试验魏麓泼去磅究系缀豹工提稳定秘状态稳定之闻测冷量豹燕 界，并将之进行量化。 ( 4 )随蓿人们生活水平的提高，人们对所处的生活环境也提出了更高的要 求，对予环竣噤声戆控割也戮濒热强。家麓拣禧空调载啜声熬主要泉源是其核心 部件压缩机，对压缩机噪声的控制无论怒各大科研机构述是冰箱空调的生产厂家 都很关注。现在，各大冰箱空调器生产厂窳为了降低机组噪声，在踬缩机外外加 了一令疆音罩，降羝了整个掇缓熬噪音。毽是，隔音罩在起裂疆謇效荣嚣同蹲却 使压缩机的工作环境恶化。本文试图从试验的角度去研究在压缩枫被封闭之后工 作环境的恶化给压缩机的性能带来的影响。 第2 章压缩机性能测试 第2 章压缩机性能测试 在制冷压缩机生产和使用过程中，根据相应的标准需要对压缩机进行必要的 测试。按照国家标准m 2 8 1 ，对压缩机进行的测试主要包括制冷量测试、启动性能 测试、绕组温升测试、噪声测试、振动测试、壳体气密性测试以及加速寿命测试 等七个方面。而其中压缩机制冷量测试，即压缩机性能测试，是整个压缩机测试 中较为重要的一个部分，这是因为衡量压缩机能力大小最为重要的标志就是制冷 量。 2 薹透续视t 瞧能测试 国家标准g b 厂1 1 5 7 7 3 8 6 容积式制冷压缩机性能试验方法对服缩机性能测 试豹测试方法、校孩方法等郄终了相应瓣瓣定。在该褥准中，歪缨钒性能测试方 法包括第二毒冷嗣量热器法、满液式制冷剂量热器法、干式制冷剂爨热器法和舔 冷剂气体流量计法等：其校核方法包括水冷冷凝器量热器法、制冷荆液体流量计 法秘殛缩捉接气管道量热嚣法等。 2 1 1 测试方法 2 。l + l 。l 第二翱冷裁量热嚣瀵 一 。一 卜一扣1 。卜匕一_ 一、 懿器l 三一b 订。，ji l k 二兰) 冷凝嚣 | 显垦；服鳍机 毫热热嚣 温度测点f 压力测点 圈2 1 第二制冷荆量热器法 f 逸。2 一l 确站s e o 拜d a f yf e 舟 基e 糟n tc a l o 西秘e e r 黼e t 酶d 一9 北京止业大学r 号硕七宁位论文 如图2 1 所示，在第二制冷剂量热器法中，量热器中的电加热器被第二制冷 费l 蕊浸没，在豢热器上帮懋嚣嶷接蒸笈懿篱，盘管露凳冷潮蒸发所黉镌热量莲l 爨 热器中已经受电热热爨热热蒸发我第二制冷裁气抟冷凝释放数热鬃乎爨。遁过测 量电加热功率并加以必要的修正计算即可得出压缩机在规定工况下的制冷量。 2 1 。l 。2 满滚式制冷剂量热鼹法 如图2 2 所示，与第二制冷剂量热器法不同，在满液式制冷剂鳖热器法中不 襻在第二毒l 冷翔，在蒸发餐器 聱，翻冷潮蒸笈蒲需静热爨出迄鸯霹熬嚣鸯搂输绘态 试验莲练辍送行缀繇熬制冷裁。逶过测爨逛翔热臻率磐麴以必要熬骖燕诗霎鄯霹 得出压缩机在规定工况下的制冷量。 纛热器 毫热热器 压缩机r r 、 ，温度测点r 愿力溺点 图2 2 满液式制冷剂量热器法 f i g 。2 ，2 拍e 懿d 程辩粥萨撼菇t e a l 翻m e | e f 搬e 臻艇 制冷裁流嫠由靠近萤热器安装的膨胀阀或液面拣潮器调节。 2 ，l + l _ 3 于式溯冷剂量热嚣法 如图2 3 所示，在于式制冷剂量热器法中，予式傣冷潮量熬嚣蹩蠢一经套管 构成的，幽j 嚣飨枫进行德环的制冷剂液体在管内蒸发并过热，管阃通入已知其性 质的加热液体，提供使管内制冷剂蒸发筹n 过热所需的热薰。通过测璧加热( 电加 热躐液体加热) 功率并加隧必疆的修正计算酃可得溅压缩梳的在麓定工况下铺冷 蚤。 h 0 卜j 下 一 强一 第2 章压缩机性能j 9 = i | 试 量热 图2 3 干式制冷剂量热器法 f i g 2 - 3t h ed r yr e f r j g e r a n tc a l o r i m e t e rm e t h o d 凝器 2 1 1 4 制冷剂气体流量计法 如图2 4 所示，在压缩机的吸气( 或排气) 管道上安装一个喷嘴或孔板式流 量测量节流装鼍，即制冷剂气体流量计，来测量气体制冷剂的体积流量。由测定 的流量通过计算以及必要的修正即可得出压缩机在规定工况下的制冷量。 图2 4 制冷剂气体流量计法 f 培2 _ 4t h ef e f r i g e r a tg a sn o w m e t e rm e l h o d 拳黉 戴衷i ：业入学。 ：学硕士掌经论文 2 1 2 校核炎法 2 1 2 1 水冷冷凝嚣量热黻涪 如图2 ，5 所示，将水冷冷凝器设谶测蹩温度、聪力秘冷却水流鬃龄仪表并将 疑佟为羹热嚣。出测定黪拳浚量逶过诗黧以及必妥的修溉帮可褥蠢艨缭凝在瓣宠 工况下的制冷餐。 7 滠度测点9 照力测点 器 图2 5 水冷冷凝器量热器法 f j g 2 5t h ew a i e r - c o o lc o n d e n s e rc a l o r i m e t e rm e t h o d 2 1 2 2 制冷剂液体流量计法 漱廑测点压力测点 幽2 6 制冷荆液体流量计法 f 培2 6t h er e f r i g e r a n “i q u i dn o w m e t e rm e l h o d 器 如图2 6 所示，在过冷器和膨胀阀之间的液体管道e 安装制冷剂液体流量t 第2 章压缩机性能测试 以测量制冷循环中的制冷剂液体流量。由测定的液体流量通过计算以及必要的修 j f 即可得 ；压缩机在规定工况下的制冷量。 过冷器是为了防止制冷剂在流量计中气化，而玻璃窥镜是为了观察制冷剂液 体中是否有气泡。 2 1 2 3 压缩机排气管道量热器法 如图2 7 所示，在压缩机排气管道上，设置一个使制冷剂气体全部流经的热 f 一、量热器， - 一 一：1 、i 卜斟 r ，0 一 f ?) 压缩机 ， 、 、j 一7 气体冷却器【 刈 调节阀l 图2 7 压缩机排气管道量热器法 f 逗2 7n ec o m p 犯s s o rd i s c h a r g ep 峨c a l o r i m e i e rm e i h o d 交换器型式的量热器，冷却( 或加热) 制冷剂气体要设置冷却( 或加热) 水 回路。由测定的水流量通过计算以及必要的修正即可得出压缩机在规定工况下的 制冷量。 通过对以上四种测试方法和三种校核方法比较分析可以看到，第二制冷剂量 热器法较之其它三种测试方法更容易实现。并且在实际的使用过程中，第二制冷 剂量热器法在参数测量和控制上更容易实现。 2 2 第二制冷剂量热器法 第二制冷剂量热器法是一种间接测量压缩机制冷量的装置，主要是通过模拟 北京：l 业人学二学硕士学位论文 制冷系统的工作过程来测试压缩机的性能。 2 2 1 系统组成 依照国标g b 厂r 5 7 7 3 8 6 容积式制冷压缩机性能试验方法和图2 1 所示， 第二制冷剂量热器法压缩机性能测试系统主要由制冷系统和电气系统组成。 a 制冷系统 该系统是由立式盘管式量热器，立式盘管式冷凝器，开度可调节的膨胀阀， 被测压缩机，油分离器以及干燥过滤器等部件构成。量热器的外壳为与环