一、前言
制冷壓縮機是制冷裝置中最主要的設備，是制冷系統的動力裝置和主機，相當于制冷機的心臟。它使制冷劑在系統的管路中循環，把來自蒸發器的低溫低壓制冷劑蒸汽壓縮成高溫高壓的制冷劑蒸汽再排入冷凝器。
壓縮機的作用可總結為：
1) 從蒸發器中吸出蒸汽，以保證蒸發汽內一定的蒸發壓力。
2) 提高壓力（壓縮）以創造在較高溫度下冷凝的條件。
3) 輸送制冷劑，使制冷劑完成制冷循環。
壓縮機性能的好壞直接影響到整機的制冷效果。而且，壓縮機與制冷系統的匹配是否合理，不但涉及到整個裝置的成本，而且對使用壽命和能耗均有影響，所以對壓縮機的性能及有關參數的測試是非常有必要的。
對壓縮機性能的測試主要是測定壓縮機運行時相關溫度、壓力、液位、轉速、功率、振動、噪聲、制冷劑流量、制冷量，其中制冷劑流量、制冷量及規定工況下的制冷量是測試的重點。壓縮機測試完后，需要對測試數據參照國家標準進行判斷分析，以找出壓縮機結構設計中問題，或者判斷該壓縮機是否運行良好。
本文將先對壓縮機的測試原理、方法和相關規定做一個簡單介紹，然后對測試過程進行描述，并對測試后數據進行分析、評價。以此對壓縮機檢測與分析的全過程進行描述和分析，不到之處，請大家批評指正。
二、壓縮機測試的相關規定
為保證測試的統一性和結果的可靠性，國家規定了壓縮機測試的相關標準，而該標準也即國際標準ISO 917-1974 中的《制冷壓縮機的試驗標準》。
2.1 一般規定
2.1.1 排除試驗系統內的不凝性氣體.確認沒有制冷劑的泄漏.
2.1.2 系統內應有足夠的符合有關標準規定的制冷劑.壓縮機內保持正常運轉用潤滑油量.
2.1.3 循環的制冷劑液體內含油量應不超過2%(以質量計).
2.1.4 壓縮機吸、排氣口的壓力一溫度在同一部位測量，該測點應在吸、排氣截止閥外（不帶閥的封閉壓縮機為距機殼體）0.3m的直管段處。
2.1.5 排氣管道上應設置有效的油分離器.
2.1.6試驗系統裝置的周圍不應有異常的空氣流動。
2.1.7 試驗裝置環境溫度為30±5℃。
2.1.8 提供測量含油量而抽取制冷劑??—油混合物樣品的設備。
2.2 試驗規定
2.2.1 壓縮機性能試驗包括主要試驗和校核試驗，二者應同時進行測量。
2.2.2 校核試驗和主要試驗的試驗結果之間的偏差應在±4% 以內，并以主要試驗的測量結果為計算依據。
2.2.3 壓縮機試驗時，系統應建立熱平衡狀態，試驗時間一般不少于1.5h。測量數據的記錄應在試驗工況穩定半小時后，每隔20min測量一次，直至連續四次的測量數據符合規定為止。第一次測量到第四次測量記錄的時間稱為試驗周期，在該周期內允許對壓力、溫度、流量和液面作微小的調節。
2.2.4 主要試驗方法
a. 第二制冷劑量熱器法
b. 滿液式制冷劑量熱器法
c. 干式制冷劑量熱器法
d. 制冷劑氣體流量計法
2.2.5 校核試驗方法
a. 水冷冷凝器量熱器法
b. 制冷劑液體流量計法
c. 壓縮機排氣管道量熱器法
2.3 測量儀表和精度的規定
2.3.1 一般規定
2.3.1.1 試驗用儀表的類型，可采用一種或數種進行測量。
2.3.1.2 試驗用儀表應在有效使用期內，并應有近期經國家計量部門或有關部門校正的合格證明。
2.3.2 溫度測量儀表和精度
2.3.2.1 儀表：玻璃水銀溫度計、熱電偶、電阻溫度計、半導體溫度計和溫差計。
2.3.2.2 精度：
a. 量熱器的加熱或冷卻介質和制冷劑的進、出口溫度：準確度±0.1℃；
b. 冷凝器用于校核試驗時的冷卻水溫度：準確度±0.1℃；
c. 壓縮機吸氣溫度、流量節流裝置前溫度：準確度±0.1℃；
d. 其它溫度：準確度±0.2℃；
2.3.2.3 溫度測量的規定：
a. 溫度計套管采用薄壁鋼管或不銹鋼薄壁管,垂直插入流體.管徑較少時可斜插逆流或用測溫管， 插入深度為1/2管道直徑。套管內注冷凍機油讀數時不應拔出溫度計；
b. 可能時，在用于測量量熱器加熱或冷卻介質和制冷劑進、出口溫差時，應在每次讀數之后，交換進、出口溫度計進行測量，以提高測量準確度；
c. 量熱器環境溫度的測量為距離量熱器外表面0.5m，高度為量熱器中心位置處四個方向測量的溫度平均值。
2.3.3 壓為測量儀表和精度
2.3.3.1 儀表：彈簧管式壓力表、U型管壓差計、壓力傳感器和水銀柱大氣壓力計等。
2.3.3.2 精度：所有壓力測量儀表，其絕對壓力讀數或壓差讀數的準確度為±1%以內。
2.3.3.3 壓力測量的規定：
a. 用水銀大氣壓力計測量大氣壓力時，讀數應作溫度修正，或向當地氣象局詢問大地氣壓力值；
b. U型壓差計的玻璃管內徑不小于6mm.
2.3.4 流量測量儀表和精度
2.3.4.1 儀表:液體計量容器、流量節流裝置和液體流量計等。
2.3.4.2 精度：
a. 量熱器加熱或冷卻介質、制冷劑液體的流量：準確度為測定流量的±1%以內。
b. 制冷劑氣體流量：準確度為測定流量的±2%。
2.3.4.3 流量測量規定：
a. 流量節流裝置的設計、制造、安裝與計算應按照GB 2624-81《流量測量節流裝置的設計安裝和使用》的規定；
b. 流量節流裝置的壓差讀數應不小于250mm液柱高度。
2.3.5 電工測量儀表和精度
2.3.5.1 儀表：功率表（包括指示式和積算式）、電流表、電壓表、功率因數表、頻率表和互感器。
2.3.5.2 精度等級：
a. 功率表：指示式為0.5級精度、積算式為1級精度；
b. 電流表、電壓表、功率因數表和頻率表：0.5級精度；
c. 互感器：0.2級精度。
2.3.5.3 電工測量規定：功率表測量值應在滿量程度的1/3以上。用“兩功率表”法成“三功率表”法測量三相交流電動機功率時，指示的電流和電壓值應不低于功率表額定電壓和電流值的60%。
2.3.6 壓縮機功率測量儀表和精度
2.3.6.1 儀表：轉矩轉速儀、天平式測功計、標準電動機和其它測功儀表等。
2.3.6.2 精度：準確度為測定軸功率的±1.5%以內。
2.3.6.3 測量規定：
a. 測量三相交流電致力機輸入功率采用“兩功率表”法或“三功率表”法；
b. 有皮帶或齒輪偉動時，其傳動效率如下：
直聯傳動：1.0；
精密齒輪傳動（每級）：0.985；
三角皮帶傳動：0.965。
2.3.7 轉速測量儀表和精度
2.3.7.1 儀表：轉速計數法、轉速表和閃光測頻儀等。
2.3.7.2 精度：準確度為測定轉速的±1%以內。
2.3.8 時間測量：采用秒表測量。準確度為測定經過時間的±0.1%.
2.3.9 重量（質量）測量：采用各類臺秤、天平和磅秤。準確度為測定重量（質量）的±0.2%。
三、壓縮機檢測方法和參數
3．1 壓縮機檢測方法
壓縮機檢測方法有多種，包括：第二制冷劑量熱器法、滿液式制冷劑量熱器法、干式制冷劑量熱器法等。本人在測試中使用的方法是第二制冷劑量熱器法。下面就對該測量法進行簡單的介紹和分析。
3.1.1測試原理
第二制冷劑量熱器法測試臺如圖1所示, 第二制冷劑量熱器由一組直接蒸發盤管作蒸發器，該蒸發器被懸置在一個隔熱壓力容器的上部，電加熱器安裝在容器底部并被容器中的第二制冷劑浸沒著。制冷劑流量由靠近量熱器安裝的膨脹閥調節。
測試時，啟動測試系統，氣體從壓縮機出來經快速接頭、測量塊、軟管、球閥后到油分離器，其中油從油分離器底部流出回到壓縮機。制冷劑氣體從油分離器上部流到冷凝器，再從冷凝器底部流到儲液器，經管道流到套管式冷凝器再進行充分冷卻，然后流經干燥過濾器到節流閥和毛細管，進入量熱器中的蒸發器，在蒸發器中蒸發后回到壓縮機。
在冷卻水系統中，冷卻水流經冷凝器時下部進上部出。而流經套管式冷凝器時從上部進下部出。根據冷凝器的設計構造，這樣可以提高換熱系數。
在量熱器內，電加熱管安裝在量熱桶的下部，電加熱管被第二制冷劑浸泡著。當電加熱管通電加熱時，第二制冷劑吸收熱量開始蒸發，而系統制冷劑也在蒸發器中蒸發，它蒸發所吸收的熱量即來自第二制冷劑蒸發時所放出的熱量。第二制冷劑蒸汽遇冷后被液化變成液體回到量熱桶低部。當第二制冷劑所蒸發的量與所液化的量達到相等時，（我們所說的量熱桶內工況達到平衡），系統的制冷量等于電加熱管的加熱量，此時即認為電加熱管所消耗的工等效于壓縮機的制冷量，這樣通過測定量熱器加熱管功耗即可測定制冷量了。
圖1 第二制冷劑量熱器法壓縮機測試系統原理圖
3.1.2測定的相關規定
1. 為了減少外界熱量的影響，膨脹閥與量熱器之間的管道應隔熱。量熱器的漏熱量應不超過壓縮機制冷量的5%。
2. 應以0.05kgf/cm2分度的壓力測量儀表測量第二制冷劑壓力。并應使第二制冷劑壓力不超過量熱器的安全限度。
3. 關閉量熱器制冷劑進、出口截止閥后才能進行漏熱量的標定。
4. 調節輸入第二制冷劑的電加熱量，使第二制冷劑壓力所對應的飽和溫度比環境溫度高15℃左右，并保持其壓力不變。環境溫度應在40℃以下，保持其溫度波動不超過±1℃。
5. 電加熱器輸入功率的波動應不超過±1%，每隔1h測量一次制冷劑壓力，直至連續四次相對應的飽和溫度值的波動不超過0.5℃時。
6. 漏熱系數用下式計算：
K1= Qh /tp-ta kcal/h.℃
3．2 壓縮機檢測主要參數
壓縮機性能表征參數主要有：溫度、壓力、液位、轉速、功率、振動、噪聲、制冷劑流量、制冷量等。所以測量壓縮機的性能就是要測量這些參數。這些參數的測量方法和使用儀表如下：
3．2．1溫度
溫度是壓縮機測量中最常見最基本的工藝參數之一。在壓縮機及其系統中，溫度測量的對象只要包括被壓縮氣體的溫度、潤滑油油溫、冷卻水水溫，填料函溫度、主軸承溫度、主電機軸承溫度及定子線圈溫度等。
測量溫度的方法從感受溫度的途徑來分有兩種：一類是接觸式的，即通過測溫元件與被測物體的接觸而感知物體的溫度；另一類是非接觸式的，即通過接收被測物體發出的輻射熱來判斷溫度。常見的接觸式測溫儀表有：
A膨脹式溫度計
B 壓力式溫度計
C 電阻式溫度計
D 熱電偶溫度計
3．2．2壓力
壓力是壓縮機設計中的重要參數。不但壓力本身是表征流體流動過程的重要參數，而且流速、流量等參數的測量也往往轉換為壓力測量問題。在壓縮機及其系統中，壓力測量的對象主要包括被壓縮氣體的壓力，潤滑油油壓、冷卻水水壓等。
根據工作原理，目前所采用的壓力指示儀器主要有液柱式、彈性式，活塞式，電氣式和電子式等。
3．2．3液位
壓縮機組中需要測量的液位有主油箱潤滑油液位，注油器油箱液位、中間分液罐凝液液位及填料漏氣收集罐液位。
3．2．4 轉速
轉速是壓縮機的一個重要特征參數。測定活塞式壓縮機的排氣量時，若實際轉速與設計轉速不同，則需按照轉速比修正。往復式壓縮機在運行過程中，轉速直接影響著機組的機械強度、振動及零部件的磨損情況。
轉速是指單位時間內被測軸旋轉的圈數，以每分鐘的轉數（r/min）表示。按照測量工作原理，轉速測量儀表大致可以分為模擬式、記數式和閃頻式等。
3．2．5 功率
測量壓縮機的功率一般采用以下方法：
a) 用測得的指示功乘以轉速，再除以機械效率。
b) 用測量轉矩和轉速的方法，直接測量壓縮機的軸功率。
c) 當為電動機驅動壓縮機時，測量電動機的輸入功率（用兩瓦計法得到），乘以電動機效率、傳動效率等，便可得到壓縮機的軸功率。
d) 對于透平壓縮機，可采用熱平衡的方法間接確定其功率。
e) 當為內燃機驅動壓縮機時，可通過測量內燃機油耗的方法獲得。
轉矩可以通過扭力架測功法或扭力測功法來測量。轉矩測量儀由轉矩傳感器和數字顯示儀表組成。轉矩傳感器是利用轉軸受扭后產生的彈性變形來測量轉矩的大小。對于大型往復式壓縮機，一般通過在高電壓回路中測量電壓和電流來測量壓縮機的軸功率。
3．2．6 振動
振動測量的目的在于測試壓縮機裝置的運轉是否平穩，分析和解決與振動有關的故障等。各類型壓縮機在出廠前的機械試運轉及在現場安裝之后的試車階段，都必須對機械的振動量進行檢驗。
描述振動的三個主要參量是振幅、頻率和相位。振動測量有兩種：一種是測量隨時間變化的位移、速度和加速度的直線振動值及其頻率；另一種是測量隨時間變化的角度、角速度和角加速度的扭轉振動值及其頻率。
常用的振動測量方法有機械測量、電測量、光學測量等。
3．2．7 噪聲
壓縮機的噪聲性能也是一項重要指標。壓縮機的噪聲主要由空氣動力性噪聲和機械噪聲組成。空氣動力性噪聲是由氣體振動產生的，是壓縮機噪聲的主要來源。機械噪聲是由固體振動產生的。
噪聲是由不同頻率的各種聲音組成的。表征噪聲的基本物理量有聲壓、聲功率和聲強。在噪聲研究中還采用聲壓級、聲功率級和聲強級的概念。
噪聲測量主要是聲壓級測量，通常將聲壓傳感器信號轉換成電信號后放大顯示。常用的有聲級計、頻譜分析儀器和聲級記錄儀等。
3．2．8流量
流量是壓縮機的主要性能參數之一，它表征了機組在單位時間內生產壓縮氣體的多少，流量可以采用質量流量(kg/s)表示，也可以用體積流量(m3/s)表示。工程上常用m3/min來表示往復壓縮機的容積流量。
流量測量方法分為直接測量和間接測量兩種。直接測量就是同時測出流體質量（或體積）和所用時間。間接測量主要是測出與流量有關的物理量（如壓差），再換算成流量。工程上除了小流量有時用直接測量外，大多采用間接測量方法。
間接測量方法常用的工具有：1、差壓流量計 2、轉子流量計 3、渦輪流量計
3.3 相關計算
3．3．1制冷量計算
由試驗測得的制冷劑流量為：
mf=[Qi+K1(ta-ts)]/(hg2-hf2) Kg/h
3．3．2規定工況制冷量：
Q0=mf(hg1-hf1)V1/Vg1 Kcal/h
四、壓縮機測試報告及數據分析
4．1 測試結果
先利用測試臺測量一壓縮機，計算機給出了測試數據如下：
生產廠家
美芝
室內工況
額定工況
電源選擇
單相交流
吸氣壓力
6.25 bar
額定電壓
220V
排氣壓力
21.46 bar
額定功率
1400.00W
過冷溫度
46.00 ℃
額定排量
28.00ml
吸氣溫度
35.00 ℃
測試時間
2005-5-9
環境溫度
35.00 ℃
測試人員
簽名
制冷劑
R123
備注
序號
通道名稱
第一組
第二組
第三組
平均值
1
吸氣壓力 (bar)
6.15
6.21
6.24
6.20
2
排氣壓力 (bar)
21.44
21.44
21.46
21.45
3
膨脹閥前壓力 (bar)
21.44
21.43
21.44
21.44
4
第二工質壓力 (bar)
1.27
1.27
1.27
1.27
5
量熱器出口壓力 (bar)
6.18
6.24
6.28
6.24
6
量熱器平均環境溫度（℃）
30.18
30.39
30.88
30.48
7
壓縮機平均環境溫度（℃）
33.28
33.14
33.19
33.21
8
吸氣溫度（℃）
35.01
34.97
34.98
34.99
9
排氣溫度（℃）
110.11
109.87
109.41
109.80
10
過冷溫度（℃）
46.22
46.51
46.61
46.45
11
量熱器出口溫度（℃）
34.43
34.45
34.47
34.45
12
壓縮機電源電壓 (V)
223.45
223.29
223.25
223.33
13
壓縮機電源電流 (A)
2.14
2.15
2.15
2.15
14
壓縮機消耗功率 (W)
1403.67
1406.33
1408.11
1406.04
15
制冷量 (W)
4121.73
4129.83
4123.49
4125.02
16
性能系數 (W/W)
2.94
2.94
2.93
2.93
17
制冷劑流量 (Kg/hr)
85.06
86.11
86.54
85.90
18
設定膨脹閥前焓 (KJ/Kg)
256.81
256.81
256.81
256.81
19
量熱器出口焓值 (KJ/Kg)
427.80
427.72
427.68
427.73
20
量熱器消耗功率 (W)
4039.41
4077.58
4092.83
4069.94
21
壓縮機殼體溫度 （℃）
110.84
110.64
110.39
110.62
22
蒸發溫度熱電偶 （℃）
31.44
31.40
31.36
31.40
4．2 數據的校核運算
現在對試驗數據進行校核計算，以驗證數據的可靠性。
驗算步驟：(參考下圖)
1、漏熱系數K1的計算.
由測試報告中的第二工質的飽和壓力為1.27bar=0.127Mpa, 查R123壓焓圖可得相對應的溫度tp=35℃.從測試報告可知： Qh=4069.94W ，ta=30.48℃。
所以漏熱系數K1=Qh/(tp-ta)=4069.94/(35-30.48)=978.21 kJ/h.℃
2. 制冷劑流量Q01的計算.
R22空調運行的標準工況：蒸發溫度t0=7.2℃,冷凝溫度tk=54.4℃,過冷溫度t冷=46.1℃ ,壓縮機吸氣溫度t吸=35℃。
查R22壓力-比焓圖得相應于蒸發溫度的飽和壓力：
P0=0.625Mpa 吸氣壓力P1=P0=0.625 Mpa
由t吸和P1查R22壓力-比焓圖得h1=427kJ/kg=hg1 比容V1=42L/kg
因為規定工況與實際工況的吸氣溫度都為35℃，所以Vg1= V1=42L/kg.
然后氣體經等熵壓縮到f3點。
查冷凝溫度tk=54.4℃所對應的冷凝壓力Pk=2.2Mpa Pk=Pf3
由Pf3和Sf3確定了f3點。查R22壓力-比焓圖得 hf3=462kJ/kg
氣體經冷凝器冷凝到f1或f2點。
由過冷溫度t冷=46.1℃，Pk=2.2Mpa得f2點。查R22壓力-比焓圖得
hf2=256 kJ/kg
由規定工況的t冷1=46℃ Pk1=2.416Mpa得f1點。
查R22壓力-比焓圖得hf1=255 kJ/kg
再經蒸發器蒸發后到g2點。用如同上面的方法可查得hg2=408 kJ/kg
根據以上所查數據，計算試驗測得的制冷劑流量為：
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)
計算壓縮機的制冷量得:
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.規定工況制冷量的計算:
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)
因為V1=Vg1 ,所以壓縮機的制冷量Q0等于規定工況的制冷量q
4.每公斤制冷劑所消耗的理論工為:
Wf=hf3-hg1=462-427=35(kJ/kg)
5.壓縮機所消耗的功率為:
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 結論:
經過上面的計算結果,對比于實驗測試臺所測試的試驗報告可知:所計算的壓縮機制冷量,制冷劑流量和壓縮機消耗功率跟試驗報告極相近,可初步判斷實驗測試臺所測試結果的真確性。 |
返回頂部