单机双级压缩中间补气制冷系统的实验研究20130809

实验6 蒸汽压缩制冷（热泵）装置性能实验一、实验目的1. 了解蒸汽压缩制冷（热泵）装置。

学习运行操作的基本知识。

2. 测定制冷剂的制冷系数。

掌握热工测量的基本技能。

3. 分析制冷剂的能量平衡。

二、实验任务1. 测定水冷式单级蒸汽压缩制冷系统的制冷系数。

2. 了解壳管式换热器的性能，节流阀的调节方法和性能。

3. 了解热泵循环系统的流程和制热系数的概念。

三、实验原理该系统是由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器组成，制冷机的作用是从低温物体中取出热量、并将它传给周围介质。

热力学第二定律指出：“不可能使热量由低温物体传向高温物体而不引起其他的变化”。

本实验用制冷装置，需要消耗机械功。

用工质进行制冷循环，从而获得低温。

蒸汽压缩制冷循环的经济性可用制冷系数ε来评价。

鉴于实际设备存在的各种实际损失，故ε值可分为“理论制冷系数”和“实际制冷系数”。

图6-1 蒸汽压缩制冷循环1. 理论制冷系数图6-1为蒸汽压缩制冷循环的T-S图。

1-2未压缩过程，2-3-4为制冷剂冷凝过程，4-5为节流过程，5-1为吸热蒸发。

理论制冷系数ε为理论制冷量q2和理论功w之比：ε= q2/w = ( h1-h4) / (h2-h1)2. 实际制冷系数实际制冷系数是指制冷机有效制冷能力Q0与实际消耗的电功率N之比：εγ= Q0/N =εηｉηｍηｄηｍ０式中ηｉ为压缩机的指示效率，ηｍ为压缩机的机械效率；ηｄ为传动装置效率；ηｍ０为电机效率。

实际制冷系数约为理论制冷系数的1/2～2/33.工作原理1）工作过程单级蒸汽压缩制冷系统，是由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀四个基本部件组成。

它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换。

制冷系统的基本原理液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。

第六章双级和复叠式蒸气压缩制冷一、概述空调用的制冷技术，单级压缩制冷就可满足，但在冷库制冷中，当结冻间的库房温度要求保持-23℃时，其蒸发温度必须达到-33℃左右。

而单级压缩制冷其蒸发温度只能达到-25～-30℃左右，这是因为对活塞式压缩机来说，其压缩机的压力比P k /P o 不能太大。

对R717其压力比P k /P o ≤8，对R12或R22其压力比P k /P o ≤10。

对于R12和R22，其蒸发温度低于-30℃时将采用双级压缩制冷。

双级压缩有双机双级压缩和单机双级压缩之分。

所谓双机压缩是由两台不同的压缩机（即低压压缩机和高压压缩机）来完成双级压缩，而单机双级压缩是由一台压缩机上设有低压缸和高压缸来完成双级压缩的。

二、一次节流、完全中间冷却的双级压缩制冷循环（一）制冷循环过程双级压缩根据中间冷却器的工作原理不同，分为完全中间冷却的双级压缩和不完全中间冷却的双级压缩。

氨系统一般用完全中间冷却的双级压缩，氟利昂系统用不完全中间冷却的双级压缩。

氨系统完全中间冷却的双级压缩基本原理如下页图6-1所示。

它的工作原理是：质量流量为M R1的氨液在蒸发器中吸热，制取冷量Ф0以后，以状态1吸入低压级压缩机（或单机双级压缩的低压缸）压缩到状态2，进入中间冷却器。

状态2的过热蒸汽被来自膨胀阀的液体制冷剂在中间冷却器内冷却，冷却至饱和状态3，又进入了高压级压缩机（或单机双级压缩的高压缸）压缩至状态4，然后进入冷凝器，冷凝至饱和液态5。

状态5的高压液体制冷剂分两路，一路流量为M R2经膨胀阀①节流至状态6，进入中间冷却器；另一路流量M R1经中间冷却器的盘管过冷至状态7，状态7的液体经膨胀阀②节流至状态8，然后进入蒸发器中蒸发吸热，吸收被冷却物体的热量，达到制冷目的。

图6-1 一次节流、完全中间冷却的双级压缩制冷（a）工作流程（b）理论循环（二）热力计算这里需要指出的是，上述这种双级压缩制冷循环与单级压缩制冷循环有一点不同，就是流经各设备的制冷剂质量流量并不相等。

家用空调补气增焓制热运行能力波动问题研究与分析摘要本文依据家用空调补气增焓原理，针对产品能力波动的问题进行深入的实验分析，确立补气量对系统运行稳定性影响的核心参数，通过对制热运行时一级节流阀、二级节流阀控制参数进行修正，使得整机各运行参数平稳，解决制热运行能力波动问题，室内温升温度提升1.5℃。

关键字补气增焓；制热波动；控制措施。

引言空气源热泵是环保型高效节能的供热装置，其低位热源是环境空气，具有无污染物排放的特点，符合供暖的理想模式[1]。

家用型热泵空调器多针对制冷季节设计，制热运行时在-5℃或以下工况会出现吸气压力低，制冷剂吸气比容增大，系统制冷剂流量减小，制热量显著减小，如提升频率则压缩机压比变大，冷媒流量更小[2]。

对此补气增焓双级压缩系统可增大制冷剂流量，但家用空调系统相比商用补气增焓系统设计更为简单，灌注量小，无储液器、流量分配等装置，故对高低压级制冷剂循环量分配控制对性能提升和系统稳定性至关重要。

1系统控制理论概况图 1双级压缩系统流路图采用双级压缩一次节流中间不完全冷却系统，莫里尔线图如下。

家用空调设计相对商用系统简单，只有排气、蒸发器、冷凝器、内外环境感温包作为电子膨胀阀调节系统流量的控制参数。

故为确保系统高低压级制冷剂循环流量分配稳定，系统启动开环运行阶段，两个膨胀阀的开度是固定的，而进入闭环运行阶段一级膨胀阀采用目标排气控制，二级节流膨胀阀采用内外环温与频率联动控制。

根据双级压缩热平衡，有：式（1）制热能力：式（2）式中：为低压级制冷剂质量流量；为制冷剂总质量流量；为焓值。

值提升制热能力是最为直接。

故因制冷剂总质量流量不变，快速提升h4在该系统控制上，开机后快速提升排气温度是实现快速制热的最有效手段。

图 2双级压缩系统循环压焓图每次启动前，系统内的制冷剂存留分布无法确定。

若中间冷却器存有大量液态制冷剂时，中间冷却器内制冷剂在无节流状态下进入压缩机，状态点3实际可压缩气态制冷剂减少，压缩效率降低，排气温度短期内难以提升，同时压缩机带有液压缩的风险。