CN115450899A - 压缩机性能测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调测试技术领域，公开了一种压缩机性能测试系统及其测试方法，包括：高效油分离器，设置在待测试的压缩机的排气段，用于分离排气段内混合的冷媒和机油；储油罐，与所述高效油分离器连通，用于收集所述高效油分离器分离的机油，所述储油罐的内部储油空间为等截面柱体空间；回油管，连通所述储油罐和所述压缩机的吸气段；回油阀，设置在所述回油管上；以及质量流量计，设置在所述回油管上，且位于所述回油阀与所述储油罐之间。通过在回油管与高效油分离器之间设置储油罐，可以有效降低回油温度，避免回流的温度过高的机油在与压缩机吸气段冷媒混合时造成吸气温度波动。可提高测试系统在受到流量扰动时的控制稳定性。

Description

压缩机性能测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及空调测试技术领域，特别涉及一种压缩机性能测试系统及其测试方法。

背景技术

目前的空调压缩机开发及空调系统匹配设计中，压缩机油在系统回路中的循环率，是一项重要的设计指标。一个空调系统运行过程中，如果压缩机油循环率过大，则冷媒比例相应下降，会导致换热性能变差；如果压缩机油循环率过小，压缩机腔体内无法得到足够的润滑油补充，导致润滑性能下降，运动机构产生磨损，进而影响产品可靠性。因此在进行压缩机性能测试时，为准确分析出油循环率(或称含油率，指含油量与当时冷媒流量所占的比值)与制冷量、COP(空调的制热性能系数)的关系，压缩机性能测试设备需具备尽量准确的含油量(或称油循环量，指制冷系统运行时压缩机油随冷媒在管路内循环的流量)测量能力，同时应能对油循环量在一定范围内进行稳定控制。

经调研，现有压缩机性能测试方案中较少考虑对油循环率的精细控制，一般是在压缩机的排气段和进气段连通的回油管路上设置一个流量阀，根据预先设定的油循环率目标，对流量阀的开度进行控制。这种测试方案仍存在结果不准确、工况不易控制等各种不足。

发明内容

本发明提供一种压缩机性能测试系统及其测试方法，以解决现有压缩机性能测试方案存在测试结果不准确、工况不易控制的技术问题。

第一方面，本发明提出的一种压缩机性能测试系统，包括：

高效油分离器，设置在待测试的压缩机的排气段，用于分离排气段内混合的冷媒和机油；

储油罐，与所述高效油分离器连通，用于收集所述高效油分离器分离的机油，所述储油罐的内部储油空间为等截面柱体空间；

回油管，连通所述储油罐和所述压缩机的吸气段；

回油阀，设置在所述回油管上；以及

质量流量计，设置在所述回油管上，且位于所述回油阀与所述储油罐之间。

在一些实施方案中，所述储油罐内设置有液位高度探头，用于获得所述储油罐的实测油位高度。

通过在储油罐内设置液位高度探头，可以实时精确地检测储油罐内的油位高度变化，当油位平衡时，可反映出测试系统或空调系统中油循环量已基本稳定。

在一些实施方案中，所述压缩机性能测试系统还包括PID控制器，所述PID控制器与所述液位高度探头和所述回油阀电信号连接，根据预设的目标油位高度，结合所述液位高度探头的实测油位高度，调节所述回油阀的开度。

回油阀的开度使用PID控制器自动调节，控制目标参数为储油罐的油位高度，对油流量进行间接控制，使油循环量更容易被稳定控制。

在一些实施方案中，所述储油罐连通有压力源。

压力源设置在储油罐的顶部，压力源中的压力指的是气压。压力源可以维持相对压缩机吸气段的回油压力，并确保回油管内被机油充满，避免质量流量计测量值异常波动。

在一些实施方案中，所述储油罐上设置有加油口和排油口。通过加油口和排油口调节储油罐内的机油油量，可匹配不同排量的压缩机的测试，并且方便维修。储油罐内也可预先加注适量机油。

进一步地，所述储油罐上设置有观察窗。观察窗优选设置在储油罐的3/4高度处，便于观察储油罐内的机油油量或油位高度。

在一些实施方案中，储油罐可采用透明材质，便于直接观察其内部的油位高度和油量。

在一些实施方案中，所述储油罐连接有冷却系统。

冷却系统优选为压缩机所在空调系统中既有的冷却系统。将储油罐连接冷却系统，避免因试验运行中回油温度不断升高，导致压缩机吸气温度波动。

在一些实施方案中，所述储油罐的设置高度高于所述质量流量计的设置高度。

将质量流量计布置高度低于储油罐，确保回油管的测量段(质量流量计至储油罐之间的一段回油管)被油充满，避免质量流量计的油流量的测量值异常波动。

第二方面，本发明还提出一种压缩机性能测试方法，采用上述的压缩机性能测试系统对压缩机进行性能测试，包括安装步骤和油循环量测量步骤；

所述安装步骤包括：将高效油分离器设置在待测试的压缩机的排气段，将排气段内混合的冷媒和机油分离；将储油罐与所述高效油分离器连通，将所述高效油分离器分离的机油收集在储油罐内；利用回油管连通所述储油罐和所述压缩机的吸气段；将回油阀设置在所述回油管上；将质量流量计设置在位于所述回油阀与所述储油罐之间的所述回油管上；

所述油循环量测量步骤包括：获取储油罐内的初始油位高度H，将初始油位高度H设为目标油位高度H0，并记录，启动所述测试系统和所述压缩机，调节所述回油阀开度，并实时获取储油罐内的实测油位高度H’，直至所述实测油位高度H’稳定在目标油位高度H0允许的浮动范围内，此时，所述质量流量计的实测流量值为测试所需的油循环量。

在一些实施方式中，还包括如下油循环量控制步骤：

根据测试工况，预设目标冷媒流量MF和目标油流量mF；

获取储油罐内的初始油位高度H，预设储油罐内的目标油位高度H0＝H-Ncm，其中N大于等于0；关闭回油阀；

启动所述压缩机，调节所述压缩机的参数，直到所述高效油分离器分离的冷媒的实测冷媒流量MF’稳定在目标冷媒流量MF允许的浮动范围内；

开启回油阀，并调节回油阀开度，实时获取储油罐内的实测油位高度H’，所述测试系统和所述压缩机持续运行，直至所述实测油位高度H’稳定在目标油位高度H0允许的浮动范围内，记录此时的质量流量计获得的实测油流量mF’；

对目标油位高度H0进行比例修正，得到修正后的目标油位高度H1，其中，目标油位高度H0与修正后的目标油位高度H1满足如下关系式：(H0-H1)/(H-H0)＝(mF-mF’)/mF’；

基于修正后的目标油位高度H1，继续调节回油阀开度，直至实测油位高度H’稳定在修正后的目标油位高度H1允许的浮动范围内，且实测油流量mF’稳定在目标油流量mF允许的浮动范围内。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：通过在待测试的压缩机的排气段设置用于分离排气段内混合的冷媒和机油的高效油分离器，使空调系统回路中冷媒管路的油循环率更小，冷媒流量计的测量值更准确，换热量计算基本不需对油循环量进行修正。通过在回油管与高效油分离器之间设置储油罐，使高效油分离器分离的机油先进入储油罐，再进入回油管，可以有效降低回油温度，避免回流的温度过高的机油在与压缩机吸气段冷媒混合时造成吸气温度波动。利用储油罐的储油属性，可调控通过回油管回流至压缩机的油量，使压缩机的机油的总量可根据需求实时增减，利用储油罐、质量流量计和回油阀的配合，可提高测试系统在受到流量扰动时的控制稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的压缩机性能测试系统的结构原理示意图。

图中：10-压缩机；20-高效油分离器；30-储油罐；40-回油管；50-回油阀；60-质量流量计；70-PID控制器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前的空调压缩机开发及空调系统匹配设计中，压缩机油在系统回路中的循环率，是一项重要的设计指标。

一个空调系统运行过程中，如果压缩机油循环率过大，则冷媒比例相应下降，会导致换热性能变差；如果压缩机油循环率过小，压缩机腔体内无法得到足够的润滑油补充，导致润滑性能下降，运动机构产生磨损，进而影响产品可靠性。

因此在进行压缩机性能测试时，为准确分析出油循环率(或称含油率，指含油量与当时冷媒流量所占的比值)与制冷量、COP(空调的制热性能系数)的关系，压缩机性能测试设备需具备尽量准确的含油量(或称油循环量，指制冷系统运行时压缩机油随冷媒在管路内循环的流量)测量能力，同时应能对油循环量在一定范围内进行稳定控制。

经调研，现有压缩机性能测试方案中较少考虑对油循环率的精细控制，一般是在压缩机的排气段和进气段连通的回油管路上设置一个流量阀，根据预先设定的油循环率目标，对流量阀的开度进行控制。

这种测试方案仍存在结果不准确、工况不易控制等各种不足。比如，在实际应用中发现，此方案仍然存在几个缺陷，一是回油温度较高，在与压缩机吸气段冷媒混合时后造成吸气温度波动；二是系统内压缩机油的总量不能根据需求实时增减；三是系统受到扰动时控制稳定性较差。

为了解决上述问题，如图1所示，本实施例提出了一种压缩机性能测试系统，包括：高效油分离器20、储油罐30、回油管40、回油阀50、质量流量计60。

高效油分离器20设置在待测试的压缩机10的排气段，用于分离排气段内混合的冷媒和机油。其中，分离的冷媒继续进入空调系统的冷媒循环管中，在一些实施例中，该冷媒循环管上设置有冷媒流量计，用于测量冷媒流量。本实施例中，高效油分离器20的分离效率为99.5％。

储油罐30与所述高效油分离器20连通，用于收集所述高效油分离器20分离的机油，所述储油罐30的内部储油空间为等截面柱体空间。

回油管40连通所述储油罐30和所述压缩机10的吸气段。

回油阀50设置在所述回油管40上。

质量流量计60设置在所述回油管40上，且位于所述回油阀50与所述储油罐30之间。

所述储油罐30内设置有液位高度探头，用于获得所述储油罐30的实测油位高度。通过在储油罐30内设置液位高度探头，可以实时精确地检测储油罐30内的油位高度变化，当油位平衡时，可反映出测试系统或空调系统中油循环量已基本稳定。

所述压缩机10性能测试系统还包括PID控制器70，所述PID控制器70与所述液位高度探头和所述回油阀50电信号连接，根据预设的目标油位高度，结合所述液位高度探头的实测油位高度，调节所述回油阀50的开度。

回油阀50的开度使用PID控制器70自动调节，控制目标参数为储油罐30的油位高度，对油流量进行间接控制，使油循环量更容易被稳定控制。

所述储油罐30连通有压力源。

压力源设置在储油罐30的顶部，压力源中的压力指的是气压。压力源可以维持相对压缩机10吸气段的回油压力，并确保回油管40内被机油充满，避免质量流量计60测量值异常波动。压力源采用现有常规增压设备。本实施例不对压力源的具体结构进行限定。

所述储油罐30上设置有加油口和排油口。

通过加油口和排油口调节储油罐30内的机油油量，可匹配不同排量的压缩机10的测试，并且方便维修。储油罐30内也可预先加注适量机油。加油口预先设置在储油罐30的顶端，排油口预先设置在储油罐30的底端。

所述储油罐30上设置有观察窗。观察窗优选设置在储油罐30的3/4高度处，便于观察储油罐30内的机油油量或油位高度。

储油罐30可采用透明材质，便于直接观察其内部的油位高度和油量。

所述储油罐30连接有冷却系统。冷却系统优选为压缩机10所在空调系统中既有的冷却系统。将储油罐30连接冷却系统，避免因试验运行中回油温度不断升高，导致压缩机10吸气温度波动。冷却系统包括冷却管，冷却管缠绕包裹在储油罐30的外部。

所述储油罐30的设置高度高于所述质量流量计60的设置高度。将质量流量计60布置高度低于储油罐30，确保回油管40的测量段(质量流量计60至储油罐30之间的一段回油管40)被油充满，避免质量流量计60的油流量的测量值异常波动。

通过在待测试的压缩机10的排气段设置用于分离排气段内混合的冷媒和机油的高效油分离器20，使空调系统回路中冷媒管路的油循环率更小，冷媒流量计的测量值更准确，换热量计算基本不需对油循环量进行修正。通过在回油管40与高效油分离器20之间设置储油罐30，使高效油分离器20分离的机油先进入储油罐30，再进入回油管40，可以有效降低回油温度，避免回流的温度过高的机油在与压缩机10吸气段冷媒混合时造成吸气温度波动。利用储油罐30的储油属性，可调控通过回油管40回流至压缩机10的油量，使压缩机10的机油的总量可根据需求实时增减，利用储油罐30、质量流量计60和回油阀50的配合，可提高测试系统在受到流量扰动时的控制稳定性。

基于同一发明构思，本发明还提出一种压缩机10性能测试方法，采用上述的压缩机10性能测试系统对压缩机10进行性能测试，包括安装步骤和油循环量测量步骤。

其中，所述安装步骤包括：将高效油分离器20设置在待测试的压缩机10的排气段，将排气段内混合的冷媒和机油分离；将储油罐30与所述高效油分离器20连通，将所述高效油分离器20分离的机油收集在储油罐30内；利用回油管40连通所述储油罐30和所述压缩机10的吸气段；将回油阀50设置在所述回油管40上；将质量流量计60设置在位于所述回油阀50与所述储油罐30之间的所述回油管40上。

所述油循环量测量步骤包括：获取储油罐30内的初始油位高度H，将初始油位高度H设为目标油位高度H0，并记录，启动所述测试系统和所述压缩机10，调节所述回油阀50开度，并实时获取储油罐30内的实测油位高度H’，直至所述实测油位高度H’稳定在目标油位高度H0允许的浮动范围内，此时，所述质量流量计60的实测流量值为测试所需的油循环量。

需要说明的是，压缩机10性能测试中，包括对油循环量的测量的步骤，还包括对油循环量的控制步骤。

其中，油循环量控制步骤为：

根据测试工况，预设目标冷媒流量MF和目标油流量mF。其中，也可以预设油循环率OCR，油循环率OCR与目标冷媒流量MF和目标油流量mF的公式为：OCR＝mF/MF。

获取储油罐30内的初始油位高度H，预设储油罐30内的目标油位高度H0＝H-Ncm，其中N大于等于0；本实施例中，N取值为1，实际上，N还可以取值其他数值。关闭回油阀50。

启动所述压缩机10，调节所述压缩机10的参数，直到所述高效油分离器20分离的冷媒的实测冷媒流量MF’稳定在目标冷媒流量MF允许的浮动范围内。

其中，压缩机10的参数包括压缩机10转速及膨胀阀开度等参数。

开启回油阀50，并调节回油阀50开度，实时获取储油罐30内的实测油位高度H’，所述测试系统和所述压缩机10持续运行，直至所述实测油位高度H’稳定在目标油位高度H0允许的浮动范围内，记录此时的质量流量计60获得的实测油流量mF’。

由于储油罐30的内胆形状设计为等截面柱体，因此可以简便地对目标油位高度H0进行比例修正。得到修正后的目标油位高度H1，其中，目标油位高度H0与修正后的目标油位高度H1满足如下关系式：(H0-H1)/(H-H0)＝(mF-mF’)/mF’。

其中，修正方法可编入控制软件，点击自动修正即可。需要说明的是，实现本实施例的方法的控制软件采用常规软件即可，本实施例不对控制软件的具体实现过程进行限定。

基于修正后的目标油位高度H1，继续调节回油阀50开度，直至实测油位高度H’稳定在修正后的目标油位高度H1允许的浮动范围内，且实测油流量mF’稳定在目标油流量mF允许的浮动范围内。

本实施例的测试方法应用在某车型开发项目空调系统试验中，压缩机的油循环率测量结果波动小于±0.4％。油循环率设定在5％以内可以进行稳定控制，基本满足测试需求。

测试数据摘录如下表1：

表1某车型项目空调系统测试数据

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种压缩机性能测试系统，其特征在于，包括：

高效油分离器，设置在待测试的压缩机的排气段，用于分离排气段内混合的冷媒和机油；

储油罐，与所述高效油分离器连通，用于收集所述高效油分离器分离的机油，所述储油罐的内部储油空间为等截面柱体空间；

回油管，连通所述储油罐和所述压缩机的吸气段；

回油阀，设置在所述回油管上；以及

质量流量计，设置在所述回油管上，且位于所述回油阀与所述储油罐之间。

2.如权利要求1所述的压缩机性能测试系统，其特征在于，所述储油罐内设置有液位高度探头，用于获得所述储油罐的实测油位高度。

3.如权利要求2所述的压缩机性能测试系统，其特征在于，所述压缩机性能测试系统还包括PID控制器，所述PID控制器与所述液位高度探头和所述回油阀电信号连接，根据预设的目标油位高度，结合所述液位高度探头的实测油位高度，调节所述回油阀的开度。

4.如权利要求1所述的压缩机性能测试系统，其特征在于，所述储油罐连通有压力源。

5.如权利要求1所述的压缩机性能测试系统，其特征在于，所述储油罐上设置有加油口和排油口。

6.如权利要求5所述的压缩机性能测试系统，其特征在于，所述储油罐上设置有观察窗。

7.如权利要求1所述的压缩机性能测试系统，其特征在于，所述储油罐连接有冷却系统。

8.如权利要求1所述的压缩机性能测试系统，其特征在于，所述储油罐的设置高度高于所述质量流量计的设置高度。

9.一种压缩机性能测试方法，其特征在于，采用如权利要求1-8中任一项所述的压缩机性能测试系统对压缩机进行性能测试，包括安装步骤和油循环量测量步骤；

所述安装步骤包括：将高效油分离器设置在待测试的压缩机的排气段，将排气段内混合的冷媒和机油分离；将储油罐与所述高效油分离器连通，将所述高效油分离器分离的机油收集在储油罐内；利用回油管连通所述储油罐和所述压缩机的吸气段；将回油阀设置在所述回油管上；将质量流量计设置在位于所述回油阀与所述储油罐之间的所述回油管上；

所述油循环量测量步骤包括：获取储油罐内的初始油位高度H，将初始油位高度H设为目标油位高度H0，并记录，启动所述测试系统和所述压缩机，调节所述回油阀开度，并实时获取储油罐内的实测油位高度H’，直至所述实测油位高度H’稳定在目标油位高度H0允许的浮动范围内，此时，所述质量流量计的实测流量值为测试所需的油循环量。

10.如权利要求9所述的压缩机性能测试方法，其特征在于，还包括如下油循环量控制步骤：

根据测试工况，预设目标冷媒流量MF和目标油流量mF；

获取储油罐内的初始油位高度H，预设储油罐内的目标油位高度H0＝H-Ncm，其中N大于等于0；关闭回油阀；

启动所述压缩机，调节所述压缩机的参数，直到所述高效油分离器分离的冷媒的实测冷媒流量MF’稳定在目标冷媒流量MF允许的浮动范围内；

开启回油阀，并调节回油阀开度，实时获取储油罐内的实测油位高度H’，所述测试系统和所述压缩机持续运行，直至所述实测油位高度H’稳定在目标油位高度H0允许的浮动范围内，记录此时的质量流量计获得的实测油流量mF’；

对目标油位高度H0进行比例修正，得到修正后的目标油位高度H1，其中，目标油位高度H0与修正后的目标油位高度H1满足如下关系式：(H0-H1)/(H-H0)＝(mF-mF’)/mF’；

基于修正后的目标油位高度H1，继续调节回油阀开度，直至实测油位高度H’稳定在修正后的目标油位高度H1允许的浮动范围内，且实测油流量mF’稳定在目标油流量mF允许的浮动范围内。

Images