CN116858528B - 一种压缩机-膨胀阀性能耦合匹配测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于压缩机性能及匹配测试技术领域，具体涉及一种压缩机‑膨胀阀性能耦合匹配测试系统及测试方法。本发明的测试系统包括被试压缩机、第一温压测点TP1、冷凝器、储液器、过冷器、第一流量计L1、第二温压测点TP2、调节阀CV、第一开关阀V1、量热器、第三温压测点TP3、第四温压测点TP4、被试膨胀阀、第二开关阀V2、第二流量计L2、第三开关阀V3和带有第四开关阀V4的旁支管路；该测试系统还包括压差测量部。本发明可在系统配置之初，就能通过试验直接验证压缩机和膨胀阀的匹配情况，以便为压缩机和膨胀阀的匹配设计提供理论支持，最终提升整个制冷系统的高效性和节能性。
Description
技术领域
本发明属于压缩机性能及匹配测试技术领域，具体涉及一种压缩机-膨胀阀性能耦合匹配测试系统及测试方法。
背景技术
制冷空调系统中主要的耗能部件是压缩机，系统中主要的阻力部件是阀门。一个基本的制冷空调系统中，压缩机耗能占比超过90%。系统的各种阀门占系统部件总数的60%左右，所以制冷空调系统中各种阀门的正确匹配，对系统的节能水平影响很大。当前各大制冷系统的生产厂家，都加大了对压缩机和阀门的匹配试验力度；其中，膨胀阀就是其中一个重要阀门部件，一般安装于储液罐和蒸发器之间。膨胀阀可使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽，然后制冷剂在蒸发器中吸收热量达到制冷效果。一方面，传统的压缩机和膨胀阀的匹配是分开操作的，需要事先在压缩机试验台上，单独测试压缩机在各个工况下的性能，但显然，这个测试无法模拟出系统中被试阀门的阻力情况。被试阀门在某个工况、某个流量的工况下的阻力情况，需要在另外的试验台上进行测试。上述压缩机和膨胀阀的分别试验方式，对系统匹配几乎没有参考意义，甚至可能还需要把压缩机和膨胀阀组装起来做成整机，然后在整机试验台上再次进行试验，以最终确定压缩机和膨胀阀的匹配情况，极为费时费力。另一方面，进行匹配测试时，目前仍然依赖专业人员进行，专业人员会根据自己的经验通过国标焓差试验台人工完成性能匹配工作，造成耗时较多，操作门槛高，工作效率低。
发明内容
本发明的其中一个目的是克服上述现有技术的不足，提供一种压缩机-膨胀阀性能耦合匹配测试系统，从而可在系统配置之初，就能通过试验直接验证压缩机和膨胀阀的匹配情况，以便为压缩机和膨胀阀的匹配设计提供理论支持，最终提升整个制冷系统的高效性和节能性；本发明的另一个目的在于提供一种测试方法，可进一步简化测试过程，提升实际测试效率。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种压缩机-膨胀阀性能耦合匹配测试系统，包括被试压缩机，其特征在于：制冷剂由被试压缩机的排气出口排出后，依序经由用于测量被试压缩机排气出口处制冷剂温度及压力的第一温压测点TP1、冷凝器、储液器、过冷器、第一流量计L1、用于测量第一流量计L1出口处制冷剂温度及压力的第二温压测点TP2、调节阀CV、第一开关阀V1、量热器、用于测量量热器出口处制冷剂温度及压力的第三温压测点TP3和用于测量被试压缩机进气口处制冷剂温度及压力的第四温压测点TP4；
该测试系统还包括被试膨胀阀，被试膨胀阀的进口经由第二开关阀V2和第二流量计L2后连通调节阀CV的进口，被试膨胀阀的出口经由第三开关阀V3连通量热器的进口，被试膨胀阀的外平衡管连通第三温压测点TP3的出口；该测试系统还包括带有第四开关阀V4的旁支管路，旁支管路的两端分别连通调节阀CV的出口和第三温压测点TP3的出口；该测试系统还包括用于测量被试膨胀阀的进口和出口之间压差的压差测量部。
优选的，该测试系统还包括布置于冷凝器进口处的第五开关阀V5、布置在第一流量计L1进口处的第六开关阀V6和布置在第四温压测点TP4进口处的第七开关阀V7。
优选的，所述压差测量部为压差变送器。
优选的，测试方法，该测试方法应用所述的压缩机-膨胀阀性能耦合匹配测试系统，其特征在于：
1）.以下式计算被试压缩机的制冷量PQ：
PQ=(107.0605+3.754228·Tev+0.184938·Tco+0.060659·Tev2+0.0122·Tev·Tco-0.01885·Tco2+0.000388·Tev3-0.00024·Tco·Tev2-0.00046·Tev·Tco2+7.48×10-5·Tco3)·(DASP/D10)·(HASP–H0)/(H10–H0)
其中：
PQ：被试压缩机的制冷量；
Tev：蒸发温度；
Tco：冷凝温度；
DASP：试验工况下的吸入制冷剂密度；
D10：被试压缩机吸入压力和10K过热条件下的制冷剂密度；
HASP：试验工况下的吸入制冷剂焓；
H0：5K过冷的液体制冷剂焓，由被试压缩机排气压力确定液体压力；
H10：被试压缩机吸入压力和10K过热条件下的吸入制冷剂焓；
2）.试验工况下，以下式计算被试膨胀阀的制冷量Pv：
其中：
Hinv：试验工况下，通过第二温压测点TP2获得的制冷剂焓；
Houtv：试验工况下，通过第三温压测点TP3获得的制冷剂焓；
m：第二流量计L2测得制冷剂流量值；
n：常数。
所述压差测量部获得的压差值ΔP与n的对应关系为：
ΔP≤10Kpa时，n=1.25；
10Kpa＜ΔP≤30Kpa时，n=1.36；
30Kpa＜ΔP≤50Kpa时，n=1.51。
本发明的有益效果在于：
1）解决了试验装置只能做单一部件试验的问题，本发明能够一机多用的实现被试压缩机加被试膨胀阀的双部件匹配试验，提高了效率，降低了成本。双部件匹配试验在同一个装置进行，大大提高了部件配置的精确程度，同时还能够为两种部件的性能配置提供数据支撑。以1+2=3举例，如果减小1至0.5，那么0.5+2.5=3，则应该定量的去增加另一部件的值，而增减方式可通过本发明的系统非常方便的在线实现，最终确保了测试流程的便捷性和效率性。
2）本发明的测试系统已经经过大量数据验证，明确了在系统配置之初，就能通过试验直接验证压缩机和膨胀阀的匹配情况，从而为批量生产和配置制冷系统的压缩机和膨胀阀的匹配设计提供理论支持，最终提升整个制冷系统的高效性和节能性。
3）在上述结构的基础上，本发明还提供了一种基于上述测试系统的测试方法，相较于传统的费时费力的纯人工经验判断方式，本发明所述的测试方法可进一步简化测试过程，提升实际测试效率。必要时，甚至可将该测试方法制造形成软件算法，并集成于处理器甚至存储介质中，从而实现其便携性和批量化普及需求，操作门槛也得以进一步降低。
附图说明
图1为本发明的管路布置示意图。
本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：
60-被试压缩机；70-被试膨胀阀；
10-冷凝器；20-储液器；30-过冷器；40-量热器；
51-外平衡管；52-旁支管路。
具体实施方式
为便于理解，此处结合图1，对本发明的具体工作方式作以下进一步描述：
本发明的具体管路结构如图1所示，其工作流程如下：
A、通过配置被试压缩机60性能测试功能，可以单独测试压缩机性能、功耗等指标，包括：
被试压缩机60排气出口的制冷剂通过第一温压测点TP1测量排气状态后，经过打开的第五开关阀V5，高温高压的制冷剂依次进入冷凝器10，储液器20、过冷器30后流经打开的第六开关阀V6。制冷剂从过冷器30出来后已经是高压过冷状态，再经过第一流量计L1测量流量后，经过第二温压测点TP2测量状态，然后经过调节阀CV节流膨胀后进入量热器40，吸收内部的发热元件的热量后变成低压过热气体。随后，该低压过热气体再被第三温压测点TP3测量状态后经过第七开关阀V7回到被试压缩机60的吸气口，并被吸气口处第四温压测点TP4测量后，完成一个压缩机测试循环。此过程中，第二开关阀V2、第三开关阀V3和第四开关阀V4均处于关闭状态。
B、进行被试压缩机60和被试膨胀阀70的匹配试验，主要流程如下：
被试压缩机60的排气出口的制冷剂通过第一温压测点TP1测量排气状态后再经过第五开关阀V5，高温高压的制冷剂依次进入冷凝器10，储液器20、过冷器30后流经第六开关阀V6。制冷剂从过冷器30出来后已经是高压过冷状态，再经过第一流量计L1测量流量后，经过第二温压测点TP2测量状态。然后制冷剂流经打开的第二开关阀V2、流经被试膨胀阀70节流膨胀后进入第三开关阀V3再流入量热器40，制冷剂吸收内部的发热元件的热量后变成低压过热气体，并被第三温压测点TP3测量状态后经过第七开关阀V7回到被试压缩机60的吸气口，并被吸气口处第四温压测点TP4测量后，完成一个测试循环。试验流程中，被试膨胀阀70的外平衡管51连接量热器40的出口处，用于模拟实际运行时膨胀阀的外平衡管的取压过程。调节阀CV内也会有制冷剂通过，该制冷剂流经旁支管路52处第四开关阀V4后，直接在量热器40出口与量热器40出口处制冷剂混合，共同进入被试压缩机60的吸气口。
被试压缩机60所在管路的制冷剂的功能是调节进入量热器40内被加热蒸发的制冷剂的量，控制第四温压测点TP4处的状态可满足被试压缩机60的要求；而第三温压测点TP3处的制冷剂状态值需要根据被试膨胀阀70的工况而定。这也正是本发明的目的所在，能够最大程度模拟压缩机和相应膨胀阀在系统中的状态。上述流程中，被试膨胀阀70的制冷剂流量就是第二流量计L2测量出的值；压差测量部也即压差变送器用于测量被试膨胀阀70的进、出口压差。这样，被试膨胀阀70和被试压缩机60的性能配置中，所需要测量的阀门压差、循环流量都测量出来，而选择的被试压缩机60和被试膨胀阀70在制冷空调系统中配置时的匹配程度就能够在本发明的装置上得以验证。
在上述管路布置的基础上，本发明还提供了相应的测试方法，包括：
1）.以下式计算被试压缩机60的制冷量PQ：
PQ=(107.0605+3.754228·Tev+0.184938·Tco+0.060659·Tev2+0.0122·Tev·Tco-0.01885·Tco2+0.000388·Tev3-0.00024·Tco·Tev2-0.00046·Tev·Tco2+7.48×10-5·Tco3)·(DASP/D10)·(HASP–H0)/(H10–H0)
其中：
PQ：被试压缩机60的制冷量，单位为千瓦；
Tev：蒸发温度，单位为摄氏度；来自图1中的测点TP4；
Tco：冷凝温度，单位为摄氏度；来自图1中的测点TP1；
DASP：试验工况下的吸入制冷剂密度；来自图1中的测点TP4，单位为kg/m3；
D10：被试压缩机60吸入压力和10K过热条件下的制冷剂密度；来自图1中的测点TP4计算得到，单位为kg/m3；
HASP：试验工况下的吸入制冷剂焓；来自图1中的测点TP4查询得到，单位为kJ/kg；
H0：5K过冷的液体制冷剂焓，由被试压缩机60排气压力确定液体压力；来自图1中的测点TP1查询得到，单位为kJ/kg；
H10：被试压缩机60吸入压力和10K过热条件下的吸入制冷剂焓；来自图1中的测点TP4计算得到，单位为kJ/kg；
2）.试验工况下，以下式计算被试膨胀阀70的制冷量Pv：
其中：
Hinv：试验工况下，阀门也即被试膨胀阀70进口测得的制冷剂焓；通过第二温压测点TP2测得后查表获得；
Houtv：试验工况下，阀门也即被试膨胀阀70出口测得的制冷剂焓；通过第三温压测点TP3测得后查表获得；
m：第二流量计L2测得制冷剂流量值；
n：常数。
所述压差测量部获得的压差值ΔP与n的对应关系为：
ΔP≤10Kpa时，n=1.25；
10Kpa＜ΔP≤30Kpa时，n=1.36；
30Kpa＜ΔP≤50Kpa时，n=1.51。
配置试验时，除被试压缩机60之外的匹配部件，计算制冷量应满足上述的关系。同时，被试膨胀阀70计算获得的制冷量在±10%内，不影响与被试压缩机60的匹配效果，只会对制冷系统的能效有所影响，因此是允许的。
实施例1：
图1所示的管路中，安装了需要配置试验的压缩机com-1作为被试压缩机60，膨胀阀EV-1作为被试膨胀阀70，工质也即制冷剂为R134A。
其中自变量取值为：
Tec：蒸发温度，单位为摄氏度；试验时被试压缩机60蒸发温度5℃；
Tco：冷凝温度，单位为摄氏度；试验时被试压缩机60冷凝温度45℃；
HASP：工况下的吸入制冷剂焓，由吸入压力和吸入温度确定；取吸气过热度5k，此值为：405.89kJ/kg；
H0：5K过冷的液体制冷剂焓，由被试压缩机60排气压力确定液体压力；此值为：256.43kJ/kg；
H10：压缩机com-1的吸入压力和10K过热条件下的吸入制冷剂焓；此值为：410.41kJ/kg；
DASP：工况下的吸入制冷剂密度，由吸入压力和吸入温度确定；此值为：17.13kg/m3；
D10：压缩机com-1的吸入压力和10K过热条件下的制冷剂密度；此值为：16.29kg/m3；
计算变量为：
PQ：压缩机com-1的制冷量，单位为千瓦。
综上，得压缩机com-1的制冷量的多项式函数如下：
PQ=(107.0605+3.754228×5+0.184938×45+0.060659×5×5+0.0122×5×45-0.01885×45×45+0.000388×5×5×5-0.00024×45×5×5-0.00046×5×45×45+0.0000748×45×45×45)×(17.13/16.29)×(405.89–256.43)/(410.41–256.43)=104.296kW。
同时，测得以下数据：
Hinv：试验工况下，被试膨胀阀70进口获得的制冷剂焓；通过第二温压测点TP2获得数值后，查得相应焓值为255.54 kJ/kg；
Houtv：试验工况下，量热器40出口获得的制冷剂焓；通过第三温压测点TP3获得数值后，查得相应焓值为405.95 kJ/kg；
m：质量流量计测得制冷剂流量值；通过第二流量计L2测得质量流量为3168.36kg/h；
即：Pv=（405.95-255.54）×3168.36=132.3758kW。
通过压差变送器测得经过被试膨胀阀70进、出口的压力差值ΔP=5Kpa；
经比较：
Pv=132.3758 kW；
n取1.25，也即1.25×PQ=1.25×104.296=130.37kW。
132.3758≥130.37；
综上计算可知：
本实施例验证的匹配的膨胀阀EV-1能够满足压缩机com-1在系统中的配置要求。
当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (5)
1.一种压缩机-膨胀阀性能耦合匹配测试系统，包括被试压缩机（60），其特征在于：制冷剂由被试压缩机（60）的排气出口排出后，依序经由用于测量被试压缩机（60）排气出口处制冷剂温度及压力的第一温压测点TP1、冷凝器（10）、储液器（20）、过冷器（30）、第一流量计L1、用于测量第一流量计L1出口处制冷剂温度及压力的第二温压测点TP2、调节阀CV、第一开关阀V1、量热器（40）、用于测量量热器（40）出口处制冷剂温度及压力的第三温压测点TP3和用于测量被试压缩机（60）进气口处制冷剂温度及压力的第四温压测点TP4；
该测试系统还包括被试膨胀阀（70），被试膨胀阀（70）的进口经由第二开关阀V2和第二流量计L2后连通调节阀CV的进口，被试膨胀阀（70）的出口经由第三开关阀V3连通量热器（40）的进口，被试膨胀阀（70）的外平衡管（51）连通第三温压测点TP3的出口；该测试系统还包括带有第四开关阀V4的旁支管路（52），旁支管路（52）的两端分别连通调节阀CV的出口和第三温压测点TP3的出口；该测试系统还包括用于测量被试膨胀阀（70）的进口和出口之间压差的压差测量部。
2.根据权利要求1所述的一种压缩机-膨胀阀性能耦合匹配测试系统，其特征在于：该测试系统还包括布置于冷凝器（10）进口处的第五开关阀V5、布置在第一流量计L1进口处的第六开关阀V6和布置在第四温压测点TP4进口处的第七开关阀V7。
3.根据权利要求1所述的一种压缩机-膨胀阀性能耦合匹配测试系统，其特征在于：所述压差测量部为压差变送器。
4.测试方法，该测试方法应用如权利要求1或2或3所述的一种压缩机-膨胀阀性能耦合匹配测试系统，其特征在于：
1）.以下式计算被试压缩机（60）的制冷量PQ：
PQ=(107.0605+3.754228·Tev+0.184938·Tco+0.060659·Tev2+0.0122·Tev·Tco-0.01885·Tco2+0.000388·Tev3-0.00024·Tco·Tev2-0.00046·Tev·Tco2+7.48×10-5·Tco3)·(DASP/D10)·(HASP–H0)/(H10–H0)
其中：
PQ：被试压缩机（60）的制冷量；
Tev：蒸发温度；
Tco：冷凝温度；
DASP：试验工况下的吸入制冷剂密度；
D10：被试压缩机（60）吸入压力和10K过热条件下的制冷剂密度；
HASP：试验工况下的吸入制冷剂焓；
H0：5K过冷的液体制冷剂焓，由被试压缩机（60）排气压力确定液体压力；
H10：被试压缩机（60）吸入压力和10K过热条件下的吸入制冷剂焓；
2）.试验工况下，以下式计算被试膨胀阀（70）的制冷量Pv：
其中：
Hinv：试验工况下，通过第二温压测点TP2获得的制冷剂焓；
Houtv：试验工况下，通过第三温压测点TP3获得的制冷剂焓；
m：第二流量计L2测得制冷剂流量值；
n：常数。
5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于：
所述压差测量部获得的压差值ΔP与n的对应关系为：
ΔP≤10Kpa时，n=1.25；
10Kpa＜ΔP≤30Kpa时，n=1.36；
30Kpa＜ΔP≤50Kpa时，n=1.51。
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