制冷壓縮機教學實驗臺改造應用分析

1、概述
制冷壓縮機實驗臺為制冷(熱泵)循環演示試驗裝置，只能對制冷壓縮機性能測試進行教學演示，并且只適合一種型號的壓縮機，無法進行科學研究，其制冷(熱泵)循環演示裝置工作原理如圖1所示。該試驗裝置是由全封閉壓縮機、換熱器1、換熱器2、浮子截流閥、四通換向閥及管路等組成，水系統由轉子流量計及換熱器內盤管等組成，設有溫度、壓力、電流、電壓等測量儀器。制冷工質采用低壓工質R12。
該試驗裝置只能作教學演示用，在進行壓縮機性能試驗方面，試驗裝置主要存在以下問題。
(1)溫度測量的不準確
試驗裝置中，采用電偶絲來測量流進、流出換熱器1和換熱器2的水的溫度;同時，電偶絲的放置位置不合適，試驗裝置中把電偶絲放置在距離換熱器1和換熱器2進出口很遠的位置，并且放置在銅管的外表面，這樣測出來的溫度與水的實際溫度相差很多。
(2)儀表的讀數不夠
試驗裝置中所采用的儀表的度很低，這對計算壓縮機的功率帶來很大的誤差。
(3)與環境的熱交換嚴重
工質所流經的銅管都裸露在外面，與外界的熱交換比較嚴重，影響測量參數，導致測試結果不能真實。

圖1制冷(熱泵)循環演示裝置原理圖
2、試驗裝置的改進
隨著我校對教學和科研工作質量的要求越來越高，上述演示性實驗裝置已不能培養學生的科研能力、創新能力和動手能力，教學實驗臺的改造，是為了充分利用現有的教學資源，改造后的實驗臺不僅要求能夠演示制冷(熱泵) 循環系統工作原理，而且能夠進行的熱力計算。
(1) 熱電偶
原有試驗裝置的熱電偶對冷卻水的溫度的測量不，且熱電偶的位置放置不恰當，造成了很大的測量誤差。考慮到循環管道散熱的因素，為保證熱電偶測量的度，采取如下措施進行改造。
1) 更換熱電偶。用螺釘式熱電偶代替原來的電偶絲;
2) 改變熱電偶的安裝位置。為確保熱電偶與冷卻水直接接觸，在冷凝器和蒸發器的出口處鉆孔，將熱電偶的觸頭插入管內與水直接接觸。
(2) 安裝保溫材料
原來的試驗裝置銅管暴露在空氣中，由于各個管路的散熱以及與外界空氣的換熱，使得制冷劑蒸汽在到達蒸發器和冷凝器時溫度受到很大影響，致使壓縮機的制冷效率嚴重降低。為此，采用保溫棉將各個管路以及蒸發器和冷凝器的表面包住，防止與環境進行熱交換。
(3) 壓縮機安裝方式
原有試驗裝置中，壓縮機與銅管焊接在一起，每次更換壓縮機都要重新進行焊接處理，這給試驗帶來了很大的麻煩。改造后，我們將壓縮機通過截流閥與銅管連接，既能保證更換壓縮機方便，還可以控制管道內制冷劑的流量。改進后的安裝方式如圖2所示。
3、壓縮機的性能試驗
為了驗證改造后實驗臺的度，在試驗裝置改造前后，針對同一臺壓縮機和改造的壓縮機在同一工況下進行了性能測試。同時，在改造后的裝置上進行了壓縮機的優化設計后的性能測試，測試的結果通過計算后得到的曲線如圖3 和圖4 所示。

圖2 改進后的安裝方式

圖3 實驗臺改造前后壓縮機的制冷系數

圖4 不同閥板厚度的壓縮機的制冷系數
 

表1 不同閥板厚度的壓縮機制冷系數
從圖3和圖4可以看出，改造后的試驗裝置所測出來的壓縮機的性能系數－ 制冷系數相對原有試驗臺有了很大的提高，接近于壓縮機的理論制冷系數。試驗表明:其制冷系數隨著閥板厚度的減小逐漸增加，通過改變制冷壓縮機的余隙容積可以提高壓縮機的制冷系數。