制冷压缩机教学实验台改造应用分析

1、概述
制冷压缩机实验台为制冷(热泵)循环演示试验装置，只能对制冷压缩机性能测试进行教学演示，并且只适合一种型号的压缩机，无法进行科学研究，其制冷(热泵)循环演示装置工作原理如图1所示。该试验装置是由全封闭压缩机、换热器1、换热器2、浮子截流阀、四通换向阀及管路等组成，水系统由转子流量计及换热器内盘管等组成，设有温度、压力、电流、电压等测量仪器。制冷工质采用低压工质R12。
该试验装置只能作教学演示用，在进行压缩机性能试验方面，试验装置主要存在以下问题。
(1)温度测量的不准确
试验装置中，采用电偶丝来测量流进、流出换热器1和换热器2的水的温度;同时，电偶丝的放置位置不合适，试验装置中把电偶丝放置在距离换热器1和换热器2进出口很远的位置，并且放置在铜管的外表面，这样测出来的温度与水的实际温度相差很多。
(2)仪表的读数不够
试验装置中所采用的仪表的度很低，这对计算压缩机的功率带来很大的误差。
(3)与环境的热交换严重
工质所流经的铜管都裸露在外面，与外界的热交换比较严重，影响测量参数，导致测试结果不能真实。

图1制冷(热泵)循环演示装置原理图
2、试验装置的改进
随着我校对教学和科研工作质量的要求越来越高，上述演示性实验装置已不能培养学生的科研能力、创新能力和动手能力，教学实验台的改造，是为了充分利用现有的教学资源，改造后的实验台不仅要求能够演示制冷(热泵) 循环系统工作原理，而且能够进行的热力计算。
(1) 热电偶
原有试验装置的热电偶对冷却水的温度的测量不，且热电偶的位置放置不恰当，造成了很大的测量误差。考虑到循环管道散热的因素，为保证热电偶测量的度，采取如下措施进行改造。
1) 更换热电偶。用螺钉式热电偶代替原来的电偶丝;
2) 改变热电偶的安装位置。为确保热电偶与冷却水直接接触，在冷凝器和蒸发器的出口处钻孔，将热电偶的触头插入管内与水直接接触。
(2) 安装保温材料
原来的试验装置铜管暴露在空气中，由于各个管路的散热以及与外界空气的换热，使得制冷剂蒸汽在到达蒸发器和冷凝器时温度受到很大影响，致使压缩机的制冷效率严重降低。为此，采用保温棉将各个管路以及蒸发器和冷凝器的表面包住，防止与环境进行热交换。
(3) 压缩机安装方式
原有试验装置中，压缩机与铜管焊接在一起，每次更换压缩机都要重新进行焊接处理，这给试验带来了很大的麻烦。改造后，我们将压缩机通过截流阀与铜管连接，既能保证更换压缩机方便，还可以控制管道内制冷剂的流量。改进后的安装方式如图2所示。
3、压缩机的性能试验
为了验证改造后实验台的度，在试验装置改造前后，针对同一台压缩机和改造的压缩机在同一工况下进行了性能测试。同时，在改造后的装置上进行了压缩机的优化设计后的性能测试，测试的结果通过计算后得到的曲线如图3 和图4 所示。

图2 改进后的安装方式

图3 实验台改造前后压缩机的制冷系数

图4 不同阀板厚度的压缩机的制冷系数
 

表1 不同阀板厚度的压缩机制冷系数
从图3和图4可以看出，改造后的试验装置所测出来的压缩机的性能系数－ 制冷系数相对原有试验台有了很大的提高，接近于压缩机的理论制冷系数。试验表明:其制冷系数随着阀板厚度的减小逐渐增加，通过改变制冷压缩机的余隙容积可以提高压缩机的制冷系数。