一、前言
制冷压缩机是制冷装置中最主要的设备，是制冷系统的动力装置和主机，相当于制冷机的心脏。它使制冷剂在系统的管路中循环，把来自蒸发器的低温低压制冷剂蒸汽压缩成高温高压的制冷剂蒸汽再排入冷凝器。
压缩机的作用可总结为：
1) 从蒸发器中吸出蒸汽，以保证蒸发汽内一定的蒸发压力。
2) 提高压力（压缩）以创造在较高温度下冷凝的条件。
3) 输送制冷剂，使制冷剂完成制冷循环。
压缩机性能的好坏直接影响到整机的制冷效果。而且，压缩机与制冷系统的匹配是否合理，不但涉及到整个装置的成本，而且对使用寿命和能耗均有影响，所以对压缩机的性能及有关参数的测试是非常有必要的。
对压缩机性能的测试主要是测定压缩机运行时相关温度、压力、液位、转速、功率、振动、噪声、制冷剂流量、制冷量，其中制冷剂流量、制冷量及规定工况下的制冷量是测试的重点。压缩机测试完后，需要对测试数据参照国家标准进行判断分析，以找出压缩机结构设计中问题，或者判断该压缩机是否运行良好。
本文将先对压缩机的测试原理、方法和相关规定做一个简单介绍，然后对测试过程进行描述，并对测试后数据进行分析、评价。以此对压缩机检测与分析的全过程进行描述和分析，不到之处，请大家批评指正。
二、压缩机测试的相关规定
为保证测试的统一性和结果的可靠性，国家规定了压缩机测试的相关标准，而该标准也即国际标准ISO 917-1974 中的《制冷压缩机的试验标准》。
2.1 一般规定
2.1.1 排除试验系统内的不凝性气体.确认没有制冷剂的泄漏.
2.1.2 系统内应有足够的符合有关标准规定的制冷剂.压缩机内保持正常运转用润滑油量.
2.1.3 循环的制冷剂液体内含油量应不超过2%(以质量计).
2.1.4 压缩机吸、排气口的压力一温度在同一部位测量，该测点应在吸、排气截止阀外（不带阀的封闭压缩机为距机壳体）0.3m的直管段处。
2.1.5 排气管道上应设置有效的油分离器.
2.1.6试验系统装置的周围不应有异常的空气流动。
2.1.7 试验装置环境温度为30±5℃。
2.1.8 提供测量含油量而抽取制冷剂??—油混合物样品的设备。
2.2 试验规定
2.2.1 压缩机性能试验包括主要试验和校核试验，二者应同时进行测量。
2.2.2 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。
2.2.3 压缩机试验时，系统应建立热平衡状态，试验时间一般不少于1.5h。测量数据的记录应在试验工况稳定半小时后，每隔20min测量一次，直至连续四次的测量数据符合规定为止。第一次测量到第四次测量记录的时间称为试验周期，在该周期内允许对压力、温度、流量和液面作微小的调节。
2.2.4 主要试验方法
a. 第二制冷剂量热器法
b. 满液式制冷剂量热器法
c. 干式制冷剂量热器法
d. 制冷剂气体流量计法
2.2.5 校核试验方法
a. 水冷冷凝器量热器法
b. 制冷剂液体流量计法
c. 压缩机排气管道量热器法
2.3 测量仪表和精度的规定
2.3.1 一般规定
2.3.1.1 试验用仪表的类型，可采用一种或数种进行测量。
2.3.1.2 试验用仪表应在有效使用期内，并应有近期经国家计量部门或有关部门校正的合格证明。
2.3.2 温度测量仪表和精度
2.3.2.1 仪表：玻璃水银温度计、热电偶、电阻温度计、半导体温度计和温差计。
2.3.2.2 精度：
a. 量热器的加热或冷却介质和制冷剂的进、出口温度：准确度±0.1℃；
b. 冷凝器用于校核试验时的冷却水温度：准确度±0.1℃；
c. 压缩机吸气温度、流量节流装置前温度：准确度±0.1℃；
d. 其它温度：准确度±0.2℃；
2.3.2.3 温度测量的规定：
a. 温度计套管采用薄壁钢管或不锈钢薄壁管,垂直插入流体.管径较少时可斜插逆流或用测温管， 插入深度为1/2管道直径。套管内注冷冻机油读数时不应拔出温度计；
b. 可能时，在用于测量量热器加热或冷却介质和制冷剂进、出口温差时，应在每次读数之后，交换进、出口温度计进行测量，以提高测量准确度；
c. 量热器环境温度的测量为距离量热器外表面0.5m，高度为量热器中心位置处四个方向测量的温度平均值。
2.3.3 压为测量仪表和精度
2.3.3.1 仪表：弹簧管式压力表、U型管压差计、压力传感器和水银柱大气压力计等。
2.3.3.2 精度：所有压力测量仪表，其绝对压力读数或压差读数的准确度为±1%以内。
2.3.3.3 压力测量的规定：
a. 用水银大气压力计测量大气压力时，读数应作温度修正，或向当地气象局询问大地气压力值；
b. U型压差计的玻璃管内径不小于6mm.
2.3.4 流量测量仪表和精度
2.3.4.1 仪表:液体计量容器、流量节流装置和液体流量计等。
2.3.4.2 精度：
a. 量热器加热或冷却介质、制冷剂液体的流量：准确度为测定流量的±1%以内。
b. 制冷剂气体流量：准确度为测定流量的±2%。
2.3.4.3 流量测量规定：
a. 流量节流装置的设计、制造、安装与计算应按照GB 2624-81《流量测量节流装置的设计安装和使用》的规定；
b. 流量节流装置的压差读数应不小于250mm液柱高度。
2.3.5 电工测量仪表和精度
2.3.5.1 仪表：功率表（包括指示式和积算式）、电流表、电压表、功率因数表、频率表和互感器。
2.3.5.2 精度等级：
a. 功率表：指示式为0.5级精度、积算式为1级精度；
b. 电流表、电压表、功率因数表和频率表：0.5级精度；
c. 互感器：0.2级精度。
2.3.5.3 电工测量规定：功率表测量值应在满量程度的1/3以上。用“两功率表”法成“三功率表”法测量三相交流电动机功率时，指示的电流和电压值应不低于功率表额定电压和电流值的60%。
2.3.6 压缩机功率测量仪表和精度
2.3.6.1 仪表：转矩转速仪、天平式测功计、标准电动机和其它测功仪表等。
2.3.6.2 精度：准确度为测定轴功率的±1.5%以内。
2.3.6.3 测量规定：
a. 测量三相交流电致力机输入功率采用“两功率表”法或“三功率表”法；
b. 有皮带或齿轮伟动时，其传动效率如下：
直联传动：1.0；
精密齿轮传动（每级）：0.985；
三角皮带传动：0.965。
2.3.7 转速测量仪表和精度
2.3.7.1 仪表：转速计数法、转速表和闪光测频仪等。
2.3.7.2 精度：准确度为测定转速的±1%以内。
2.3.8 时间测量：采用秒表测量。准确度为测定经过时间的±0.1%.
2.3.9 重量（质量）测量：采用各类台秤、天平和磅秤。准确度为测定重量（质量）的±0.2%。
三、压缩机检测方法和参数
3．1 压缩机检测方法
压缩机检测方法有多种，包括：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等。本人在测试中使用的方法是第二制冷剂量热器法。下面就对该测量法进行简单的介绍和分析。
3.1.1测试原理
第二制冷剂量热器法测试台如图1所示, 第二制冷剂量热器由一组直接蒸发盘管作蒸发器，该蒸发器被悬置在一个隔热压力容器的上部，电加热器安装在容器底部并被容器中的第二制冷剂浸没着。制冷剂流量由靠近量热器安装的膨胀阀调节。
测试时，启动测试系统，气体从压缩机出来经快速接头、测量块、软管、球阀后到油分离器，其中油从油分离器底部流出回到压缩机。制冷剂气体从油分离器上部流到冷凝器，再从冷凝器底部流到储液器，经管道流到套管式冷凝器再进行充分冷却，然后流经干燥过滤器到节流阀和毛细管，进入量热器中的蒸发器，在蒸发器中蒸发后回到压缩机。
在冷却水系统中，冷却水流经冷凝器时下部进上部出。而流经套管式冷凝器时从上部进下部出。根据冷凝器的设计构造，这样可以提高换热系数。
在量热器内，电加热管安装在量热桶的下部，电加热管被第二制冷剂浸泡着。当电加热管通电加热时，第二制冷剂吸收热量开始蒸发，而系统制冷剂也在蒸发器中蒸发，它蒸发所吸收的热量即来自第二制冷剂蒸发时所放出的热量。第二制冷剂蒸汽遇冷后被液化变成液体回到量热桶低部。当第二制冷剂所蒸发的量与所液化的量达到相等时，（我们所说的量热桶内工况达到平衡），系统的制冷量等于电加热管的加热量，此时即认为电加热管所消耗的工等效于压缩机的制冷量，这样通过测定量热器加热管功耗即可测定制冷量了。
图1 第二制冷剂量热器法压缩机测试系统原理图
3.1.2测定的相关规定
1. 为了减少外界热量的影响，膨胀阀与量热器之间的管道应隔热。量热器的漏热量应不超过压缩机制冷量的5%。
2. 应以0.05kgf/cm2分度的压力测量仪表测量第二制冷剂压力。并应使第二制冷剂压力不超过量热器的安全限度。
3. 关闭量热器制冷剂进、出口截止阀后才能进行漏热量的标定。
4. 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。环境温度应在40℃以下，保持其温度波动不超过±1℃。
5. 电加热器输入功率的波动应不超过±1%，每隔1h测量一次制冷剂压力，直至连续四次相对应的饱和温度值的波动不超过0.5℃时。
6. 漏热系数用下式计算：
K1= Qh /tp-ta kcal/h.℃
3．2 压缩机检测主要参数
压缩机性能表征参数主要有：温度、压力、液位、转速、功率、振动、噪声、制冷剂流量、制冷量等。所以测量压缩机的性能就是要测量这些参数。这些参数的测量方法和使用仪表如下：
3．2．1温度
温度是压缩机测量中最常见最基本的工艺参数之一。在压缩机及其系统中，温度测量的对象只要包括被压缩气体的温度、润滑油油温、冷却水水温，填料函温度、主轴承温度、主电机轴承温度及定子线圈温度等。
测量温度的方法从感受温度的途径来分有两种：一类是接触式的，即通过测温元件与被测物体的接触而感知物体的温度；另一类是非接触式的，即通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度。常见的接触式测温仪表有：
A膨胀式温度计
B 压力式温度计
C 电阻式温度计
D 热电偶温度计
3．2．2压力
压力是压缩机设计中的重要参数。不但压力本身是表征流体流动过程的重要参数，而且流速、流量等参数的测量也往往转换为压力测量问题。在压缩机及其系统中，压力测量的对象主要包括被压缩气体的压力，润滑油油压、冷却水水压等。
根据工作原理，目前所采用的压力指示仪器主要有液柱式、弹性式，活塞式，电气式和电子式等。
3．2．3液位
压缩机组中需要测量的液位有主油箱润滑油液位，注油器油箱液位、中间分液罐凝液液位及填料漏气收集罐液位。
3．2．4 转速
转速是压缩机的一个重要特征参数。测定活塞式压缩机的排气量时，若实际转速与设计转速不同，则需按照转速比修正。往复式压缩机在运行过程中，转速直接影响着机组的机械强度、振动及零部件的磨损情况。
转速是指单位时间内被测轴旋转的圈数，以每分钟的转数（r/min）表示。按照测量工作原理，转速测量仪表大致可以分为模拟式、记数式和闪频式等。
3．2．5 功率
测量压缩机的功率一般采用以下方法：
a) 用测得的指示功乘以转速，再除以机械效率。
b) 用测量转矩和转速的方法，直接测量压缩机的轴功率。
c) 当为电动机驱动压缩机时，测量电动机的输入功率（用两瓦计法得到），乘以电动机效率、传动效率等，便可得到压缩机的轴功率。
d) 对于透平压缩机，可采用热平衡的方法间接确定其功率。
e) 当为内燃机驱动压缩机时，可通过测量内燃机油耗的方法获得。
转矩可以通过扭力架测功法或扭力测功法来测量。转矩测量仪由转矩传感器和数字显示仪表组成。转矩传感器是利用转轴受扭后产生的弹性变形来测量转矩的大小。对于大型往复式压缩机，一般通过在高电压回路中测量电压和电流来测量压缩机的轴功率。
3．2．6 振动
振动测量的目的在于测试压缩机装置的运转是否平稳，分析和解决与振动有关的故障等。各类型压缩机在出厂前的机械试运转及在现场安装之后的试车阶段，都必须对机械的振动量进行检验。
描述振动的三个主要参量是振幅、频率和相位。振动测量有两种：一种是测量随时间变化的位移、速度和加速度的直线振动值及其频率；另一种是测量随时间变化的角度、角速度和角加速度的扭转振动值及其频率。
常用的振动测量方法有机械测量、电测量、光学测量等。
3．2．7 噪声
压缩机的噪声性能也是一项重要指标。压缩机的噪声主要由空气动力性噪声和机械噪声组成。空气动力性噪声是由气体振动产生的，是压缩机噪声的主要来源。机械噪声是由固体振动产生的。
噪声是由不同频率的各种声音组成的。表征噪声的基本物理量有声压、声功率和声强。在噪声研究中还采用声压级、声功率级和声强级的概念。
噪声测量主要是声压级测量，通常将声压传感器信号转换成电信号后放大显示。常用的有声级计、频谱分析仪器和声级记录仪等。
3．2．8流量
流量是压缩机的主要性能参数之一，它表征了机组在单位时间内生产压缩气体的多少，流量可以采用质量流量(kg/s)表示，也可以用体积流量(m3/s)表示。工程上常用m3/min来表示往复压缩机的容积流量。
流量测量方法分为直接测量和间接测量两种。直接测量就是同时测出流体质量（或体积）和所用时间。间接测量主要是测出与流量有关的物理量（如压差），再换算成流量。工程上除了小流量有时用直接测量外，大多采用间接测量方法。
间接测量方法常用的工具有：1、差压流量计 2、转子流量计 3、涡轮流量计
3.3 相关计算
3．3．1制冷量计算
由试验测得的制冷剂流量为：
mf=[Qi+K1(ta-ts)]/(hg2-hf2) Kg/h
3．3．2规定工况制冷量：
Q0=mf(hg1-hf1)V1/Vg1 Kcal/h
四、压缩机测试报告及数据分析
4．1 测试结果
先利用测试台测量一压缩机，计算机给出了测试数据如下：
生产厂家
美芝
室内工况
额定工况
电源选择
单相交流
吸气压力
6.25 bar
额定电压
220V
排气压力
21.46 bar
额定功率
1400.00W
过冷温度
46.00 ℃
额定排量
28.00ml
吸气温度
35.00 ℃
测试时间
2005-5-9
环境温度
35.00 ℃
测试人员
签名
制冷剂
R123
备注
序号
通道名称
第一组
第二组
第三组
平均值
1
吸气压力 (bar)
6.15
6.21
6.24
6.20
2
排气压力 (bar)
21.44
21.44
21.46
21.45
3
膨胀阀前压力 (bar)
21.44
21.43
21.44
21.44
4
第二工质压力 (bar)
1.27
1.27
1.27
1.27
5
量热器出口压力 (bar)
6.18
6.24
6.28
6.24
6
量热器平均环境温度（℃）
30.18
30.39
30.88
30.48
7
压缩机平均环境温度（℃）
33.28
33.14
33.19
33.21
8
吸气温度（℃）
35.01
34.97
34.98
34.99
9
排气温度（℃）
110.11
109.87
109.41
109.80
10
过冷温度（℃）
46.22
46.51
46.61
46.45
11
量热器出口温度（℃）
34.43
34.45
34.47
34.45
12
压缩机电源电压 (V)
223.45
223.29
223.25
223.33
13
压缩机电源电流 (A)
2.14
2.15
2.15
2.15
14
压缩机消耗功率 (W)
1403.67
1406.33
1408.11
1406.04
15
制冷量 (W)
4121.73
4129.83
4123.49
4125.02
16
性能系数 (W/W)
2.94
2.94
2.93
2.93
17
制冷剂流量 (Kg/hr)
85.06
86.11
86.54
85.90
18
设定膨胀阀前焓 (KJ/Kg)
256.81
256.81
256.81
256.81
19
量热器出口焓值 (KJ/Kg)
427.80
427.72
427.68
427.73
20
量热器消耗功率 (W)
4039.41
4077.58
4092.83
4069.94
21
压缩机壳体温度 （℃）
110.84
110.64
110.39
110.62
22
蒸发温度热电偶 （℃）
31.44
31.40
31.36
31.40
4．2 数据的校核运算
现在对试验数据进行校核计算，以验证数据的可靠性。
验算步骤：(参考下图)
1、漏热系数K1的计算.
由测试报告中的第二工质的饱和压力为1.27bar=0.127Mpa, 查R123压焓图可得相对应的温度tp=35℃.从测试报告可知： Qh=4069.94W ，ta=30.48℃。
所以漏热系数K1=Qh/(tp-ta)=4069.94/(35-30.48)=978.21 kJ/h.℃
2. 制冷剂流量Q01的计算.
R22空调运行的标准工况：蒸发温度t0=7.2℃,冷凝温度tk=54.4℃,过冷温度t冷=46.1℃ ,压缩机吸气温度t吸=35℃。
查R22压力-比焓图得相应于蒸发温度的饱和压力：
P0=0.625Mpa 吸气压力P1=P0=0.625 Mpa
由t吸和P1查R22压力-比焓图得h1=427kJ/kg=hg1 比容V1=42L/kg
因为规定工况与实际工况的吸气温度都为35℃，所以Vg1= V1=42L/kg.
然后气体经等熵压缩到f3点。
查冷凝温度tk=54.4℃所对应的冷凝压力Pk=2.2Mpa Pk=Pf3
由Pf3和Sf3确定了f3点。查R22压力-比焓图得 hf3=462kJ/kg
气体经冷凝器冷凝到f1或f2点。
由过冷温度t冷=46.1℃，Pk=2.2Mpa得f2点。查R22压力-比焓图得
hf2=256 kJ/kg
由规定工况的t冷1=46℃ Pk1=2.416Mpa得f1点。
查R22压力-比焓图得hf1=255 kJ/kg
再经蒸发器蒸发后到g2点。用如同上面的方法可查得hg2=408 kJ/kg
根据以上所查数据，计算试验测得的制冷剂流量为：
mf1=[Qi1+K1(ta1-ts1)]/( hg2-hf2)=[4039.41+978.21(35-30.8)]/(408-256)=88.1(kg/h)
mf2=[Qi2+K1(ta2-ts2)]/( hg2-hf2)=[4077.58+978.21(35-30.39)]/(408-256)=88.3(kg/h)
mf3=[Qi3+K1(ta3-ts3)]/( hg2-hf2)=[4092.83+978.21(35-30.88)]/(408-256)=88.0(kg/h)
计算压缩机的制冷量得:
Q01= mf1(hg1-hf1)/3600=88.1(427-255)/3600=4.209(kW)
Q02= mf2(hg1-hf1)/3600=88.3(427-255)/3600=4.219(kW)
Q03= mf3(hg1-hf1)/3600=88.0(427-255)/3600=4.204(kW)
3.规定工况制冷量的计算:
q1=mf1(hg1-hf1)V1/3600Vg1=88.1(427-255)0.042/3600*0.042=4.209(kW)
q2=mf2(hg1-hf1)V1/3600Vg1=88.3(427-255)0.042/3600*0.042=4.219(kW)
q3=mf3(hg1-hf1)V1/3600Vg1=88.0(427-255)0.042/3600*0.042=4.204(kW)
因为V1=Vg1 ,所以压缩机的制冷量Q0等于规定工况的制冷量q
4.每公斤制冷剂所消耗的理论工为:
Wf=hf3-hg1=462-427=35(kJ/kg)
5.压缩机所消耗的功率为:
Pf1=mf1Wf/3600=88.1*35/3600=0.857(kW)
Pf2=mf2Wf/3600=88.3*35/3600=0.858(kW)
Pf3=mf3Wf/3600=88.0*35/3600=0.855(kW)
4．3 结论:
经过上面的计算结果,对比于实验测试台所测试的试验报告可知:所计算的压缩机制冷量,制冷剂流量和压缩机消耗功率跟试验报告极相近,可初步判断实验测试台所测试结果的真确性。 |
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