CN203770116U - 二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置，主要包括：量热器（1）、气液分离器（2）、油分（5）、气体冷却器（6）、压缩机（4）、电子膨胀阀（8）和手动节流阀（9），压缩机（4）的排气口依次连接油分（5）、气体冷却器（6）、量热器（1）、气液分离器（2），最后连接到压缩机（4）的进气口，调节电子膨胀阀（8）和手动节流阀（9）将二氧化碳气体节流至气液两相后，完成跨临界制冷循环，用于测量压缩机（4）在二氧化碳跨临界时，利用量热器（1）和气体冷却器（6）分别测得制冷剂质量流量，进而能够完全满足二氧化碳跨临界单级压缩机的制冷量、COP、容积效率等性能指标的测试和评定。

Description

二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种压缩机性能测试装置，特别涉及一种二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置。 

背景技术

近年来，国内外对于二氧化碳制冷系统及其部件的研究与开发不断地深入开展，尤其是在核心部件二氧化碳压缩机方面。为了开发生产出更高效率的二氧化碳压缩机，需要对其进行性能测试，以检验其是否满足规定性能要求及相关质量标准，并为进一步的优化设计提供实验依据，所以相应的测试装置就必不可少。但是，国内对于二氧化碳压缩机的设计开发与测试研究经验很少，至今尚未出台相应的国家标准来规范二氧化碳跨临界压缩机的性能试验方法及测试工况。因此，有必要研制一种科学合理、简单易行、可推广的二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置，来满足以及弥补二氧化碳跨临界单级压缩机的制冷量、COP（制冷系数）、容积效率等性能指标的测试和评定。 

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种能够结合水冷冷凝器量热器和水冷气体冷却器量热来测得制冷剂质量流量，从而能够完全满足二氧化碳跨临界压缩机的制冷量、COP、容积率等性能指标的测试和评定的二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置。 

为了实现上述目的，本实用新型可以使用以下方案： 

本实用新型提供了一种二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置，包括：量热器（1）、气液分离器（2）、油分（5）、气体冷却器（6）、压缩机（4）、电子膨胀阀（8）和手动节流阀（9），压缩机（4）的排气口依次连接油分（5）、气体冷却器（6）、量热器（1）、气液分离器（2），最后连接到压缩机（4）的进气口，电子膨胀阀（8）和手动节流阀（9）并联设置在量热器（1）与气体冷却器（6）之间，调节电子膨胀阀（8）和手动节流阀（9）将二氧化碳气体节流至气液两相后，经量热器（1）进行蒸发，完成跨临界制冷循环，用于测量压缩机（4）在二氧化碳跨临界时，测得制冷剂质量流量，其特征在于，还包括：过热器（3），设置在气液分离器（2）的出口端与被测二氧化碳压缩机（4）的吸气口之间，用于调节吸气口的温度；设置 在量热器（1）的出口端的第一温度压力传感器，用于获得量热器（1）的出口端处的二氧化碳气体的第一温度与第一压力；设置在气体冷却器（6）进气口的第二温度压力传感器，用于获得进气口处的二氧化碳气体的第二温度与第二压力；设置在气体冷却器（6）排气口的第三温度压力传感器，用于获得排气口处的二氧化碳气体的第三温度与第三压力；气冷器冷水系统，与气体冷却器（6）的进水口相连，用于将冷却水流经气体冷却器（6）进行热交换并随气体冷却器（6）的出水口排出；质量流量计（7），设置在出水口，用于获得冷却水的质量流量；以及设置在进水口的第一温度计，获得进水口的冷却水的温度作为进水温度；设置在出水口的第二温度计，获得出水口的冷却水温度作为出水温度；其中，根据第一温度与第一压力、第三温度与压力、量热器（1）的电加热功率、量热器（1）的漏热系数、平均环境温度和量热器（1）中的制冷剂的平均温度计算得到第一制冷剂质量流量，根据第二温度与压力、第三温度与第三压力、水的比热容、进水温度、出水温度、气体冷却器（6）中制冷剂的平均温度和平均环境温度计算得到第二冷剂质量流量。 

进一步，油分（5）与过热器（3）的出口端之间，设置了微量调节阀（10），用于调节调节被测二氧化碳压缩机（4）的回油量。 

进一步，油分（5）壳体下端还设置有液面镜和电加热带，液面镜用于配合微量调节阀（10）来调节压缩机（4）的回油量，电加热带用于使混在积油中的二氧化碳进一步挥发分离。 

进一步，过热器（3）采用电加热式的过热器。 

进一步，电磁调节阀（11）设置在出水口，通过控制气体冷却器（6）的出水量调节出水口的冷媒温度。 

另外，气体冷却器（6）中制冷剂的平均温度是第二温度和第三温度的平均值。 

实用新型的作用与效果 

根据本实用新型的二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置，因为结合了量热器和气体冷却器，在利用量热器测量压缩机的制冷剂质量流量中，利用了设置量热器的出口端的温度压力传感器获得的温度和压力，以及利用了设置在气体冷却器的排气口处，即电子膨胀阀和手动节流阀处的温度压力传感器获得的温度和压力，采用上述的参数能够实现量热器测量压缩机的制冷剂质量流量；在利用气体冷却器测量压缩机的制冷剂质量流量中，利用设置在压缩机的排气口的温度压力传感器获得的温度和压力，利用设 置在气体冷却器进气口的温度压力传感器获得的温度和压力，利用设置在气体冷却器排气口处的温度压力传感器获得的温度和压力，利用设置在在气体冷却器的进水口连接了气冷器冷水系统，以及在气体冷却器的进水口和出水口分别设置了温度计，并在出水口处设置了质量流量计，用于测得冷却水从气体冷却器流出的质量流量，上述参数能够实现利用气液分离器对压缩机的制冷剂质量流量进行计算。这样能够同时利用量热器和气液分离器对压缩机的制冷剂质量流量进行测量，进而将两种方法测得的制冷剂质量流量之间的偏差及平均值，再根据此经压缩机转速或频率修正，便得到了压缩机，特别是二氧化碳跨临界单级压缩机的制冷量、COP、容积效率等基本性能指标，具有较高的测试精度，稳定可靠，简单易行，可推广的，对二氧化碳跨临界单级压缩机性能测试的国标的制定，以及测试和评定都有有效的作用。 

附图说明

图1是本实用新型的二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置原理图； 

图2是本实用新型的二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置所对应循环logP-h图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。 

图1为本实用新型的二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置原理图。 

如图1所示，一种二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置，主要包括：量热器1、气液分离器2、过热器3、二氧化碳跨临界压缩机4、油分5、气体冷却器6、电子膨胀阀8、手动节流阀9。二氧化碳跨临界压缩机4的排气口依次连接油分5、气体冷却器6、量热器1、气液分离器2，最后连接到二氧化碳跨临界压缩机4的进气口，电子膨胀阀8和手动节流阀9并联设置在量热器1与气体冷却器6之间，调节电子膨胀阀8和手动节流阀9将二氧化碳气体节流至气液两相后，经量热器1进行蒸发，完成跨临界制冷循环，通过量热器1吸热蒸发后的二氧化碳蒸气经其出口处第一温度压力传感器（T₀，P₀）感应后，得到第一温度t₀和第一压力p₀，流入气液分离器2进行气液分离，分离出的气体流经电加热式的过热器3成过热气体，再与来自微量调节阀10的回油混合，经温度压力传感器（T₁，P₁）感应后，由二氧化碳跨临界压缩机4吸入，其中吸气温度由过热器的电加热丝调节，而吸气压力由量热器的电加热器调节，温度压力传感器（T₁，P₁）获得的是 压缩机4的吸气口处的温度t₁和压力p₁。从被测二氧化碳跨临界压缩机4排出的高温高压气体经其出口处温度压力传感器（T₂，P₂）感应后，得到第四温度t₂和第四压力p₂，流入油分5将所携带的润滑油分离并积于油分底部，油位可通过油分5壳体下端的液面镜观察，并配合微量调节阀10来调节被测压缩机的回油量，同时油分5壳体下端还带有电加热带，用于使混在积油中的二氧化碳进一步挥发分离，以提高分离效率，尽可能地避免恶化后续换热器的传热，提升测试的稳定性与可靠性，其中排气压力由电子膨胀阀8调节。从油分5出来的二氧化碳高温高压气体经气体冷却器6进气口处的第二温度压力传感器（T₃，P₃）感应后，得到第二温度t₃和第二压力p₃后，流入气体冷却器6进行冷却，再经其排气口处的第三温度压力传感器（T₄，P₄）感应后，得到第三温度t₄和第三压力p₄后，流入电子膨胀阀8或手动节流阀9。气冷器冷水系统置于气体冷却器6冷却水入口前，用于控制入口冷却水的温度，气冷器冷却水进水口与出水口分别有温度传感器T_w1、T_w2，得到进水温度t_w1和出水温度t_w2。出水口的冷却水经质量流量计7后由电磁调节阀11控制出水量，以调节气体冷却器出口（也即膨胀阀前）二氧化碳温度。二氧化碳气体经电子膨胀阀8或手动节流阀9节流至气液两相后回到量热器进行蒸发，完成跨临界制冷循环，进而往复。测试环境系统用于控制二氧化碳跨临界压缩机4的环境温度。如上所述即为第二制冷剂量热器法和所谓水冷气体冷却器量热器法的具体实施原理。 

图2为本实用新型的二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置所对应循环logP-h图 

如图2所示，二氧化碳跨临界压缩机性能指标的计算，0状态点代表的是根据第一温度t₀和第一压力p₀对应得到的制冷剂比焓h₀（横轴代表制冷剂比焓）。1状态点代表的是压缩机吸气口温度t₁和压力p₁对应得到的制冷剂比焓h₁,3状态点代表气体冷却器进气口所对应的制冷剂比焓h₃，以及4状态点代表气体冷却器排气口（也即膨胀阀前）所对应的制冷剂比焓h₄。 

对于第二制冷剂量热器法，即利用量热器测定的制冷剂质量流量，其实测制冷剂质量流量为： 

$q_{\mathrm{mf}}=\frac{{\text{\Φ}}_i+F_1(t_a-t_s)}{h_0-h_4}---\left(1\right)$

实测制冷量为 

${\mathrm{\Φ}}_{0a}=q_{\mathrm{mf}}(h_1-h_4)---\left(2\right)$

式中，q_mf为由试验计算测得的制冷剂质量流量，kg/s；Φ_0a为压缩机实测制冷量，W；Φ_i为输入量热器的电加热功率，W；F₁为量热器的漏热系 数，W/K；t_a为平均环境温度，℃；t_s为量热器中第二制冷剂的平均温度，℃；h₀为量热器出口0状态点（t₁，P₁）所对应的制冷剂比焓，J/kg；h为压缩机吸气口1状态点（t，P）所对应的制冷剂比焓，J/kg；h₄为气体冷却器出口（也即膨胀阀前）4状态点（t₄，P₄）所对应的制冷剂比焓，J/kg。 

对于水冷气体冷却器量热器法，即利用气体冷却器测量压缩机的制冷剂质量流量，其试验测得的制冷剂质量流量为： 

$q_{\mathrm{mf}}=\frac{C(t_{w2}-t_{w1})q_{\mathrm{mc}}+F_2(t_r-t_a)}{h_3-h_4}---\left(3\right)$

实测制冷量Φ_0a则与(2)式相同。式中，C为水的比热容，J/(kg·K)；t_w1、t_w2为冷却水进出口温度，℃；q_mc为质量流量计得到的冷却水的质量流量，kg/s；F₂为气体冷却器的漏热系数，W/K；t_r为试验时气体冷却器中制冷剂的平均温度，即取第二和第三温度压力传感器得到的t₃和t₄读数的温度值的平均值，℃；h₃为气体冷却器进口的3状态点（t₃，P₃）所对应的制冷剂比焓，J/kg。 

最后，计算同时利用量热器和气液分离器对压缩机的制冷剂质量流量进行测量的结果之间的偏差及平均值，再据此经压缩机转速或频率修正，得到二氧化碳跨临界单级压缩机的制冷量、COP、容积效率等性能指标。 

以上描述了本实用新型的基本原理和主要特征。本行业的技术人士应该了解，本实用新型不受上述实施条例的限制，上述实施条例和说明书中描述的只是用于说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型原理和范围的前提下，本实用新型还可有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本实用新型范围内。 

本实用新型要求保护范围同所附权利要求书及其它等效物界定。 

Claims (6)

1.一种二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置，包括：量热器(1)、气液分离器(2)、油分(5)、气体冷却器(6)、压缩机(4)、电子膨胀阀(8)和手动节流阀(9)，所述压缩机(4)的排气口依次连接所述油分(5)、所述气体冷却器(6)、所述量热器(1)、所述气液分离器(2)，最后连接到所述压缩机(4)的进气口，所述电子膨胀阀(8)和所述手动节流阀(9)并联设置在所述量热器(1)与所述气体冷却器(6)之间，调节所述电子膨胀阀(8)和所述手动节流阀(9)将二氧化碳气体节流至气液两相后，经所述量热器(1)进行蒸发，完成跨临界制冷循环，用于测量所述压缩机(4)在二氧化碳跨临界时，测得制冷剂质量流量，其特征在于，还包括： 

过热器(3)，设置在所述气液分离器(2)的出口端与所述压缩机(4)的吸气口之间，用于调节所述吸气口的温度； 

设置在所述量热器(1)的出口端的第一温度压力传感器，用于获得所述量热器(1)的出口端处的二氧化碳气体的第一温度与第一压力； 

设置在所述气体冷却器(6)进气口的第二温度压力传感器，用于获得所述进气口处的二氧化碳气体的第二温度与第二压力； 

设置在所述气体冷却器(6)排气口的第三温度压力传感器，用于获得所述排气口处的二氧化碳气体的第三温度与第三压力； 

气冷器冷水系统，与所述气体冷却器(6)的进水口相连，用于将冷却水流经所述气体冷却器(6)进行热交换并随所述气体冷却器(6)的出水口排出； 

质量流量计(7)，设置在所述出水口，用于获得所述冷却水的质量流量；以及 

设置在所述进水口的第一温度计，获得所述进水口的冷却水的温度作为进水温度； 

设置在所述出水口的第二温度计，获得所述出水口的冷却水温度作为出水温度； 

其中，根据所述第一温度与第一压力、第三温度与第三压力、所述量热器(1)的电加热功率、所述量热器(1)的漏热系数、平均环境温度和所述量热器(1)中的制冷剂的平均温度计算得到第一制冷剂质量流量， 

根据所述第二温度与第二压力、所述第三温度与第三压力、水的比热容、所述进水温度、所述出水温度、所述气体冷却器(6)中制冷剂的平均温度和所述平均环境温度计算得到第二制冷剂质量流量。 

2.根据权利要求1所述的二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置，其特 征在于： 

其中，所述油分(5)与所述过热器(3)的出口端之间，设置了微量调节阀(10)，用于调节调节所述压缩机(4)的回油量。 

3.根据权利要求2所述的二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置，其特征在于： 

其中，所述油分(5)壳体下端还设置有液面镜和电加热带，所述液面镜用于配合所述微量调节阀(10)来调节所述压缩机(4)的回油量，所述电加热带用于使混在积油中的二氧化碳进一步挥发分离。 

4.根据权利要求1所述的二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置，其特征在于： 

其中，所述过热器(3)采用电加热式的过热器。 

5.根据权利要求1所述的二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置，其特征在于，还包括，电磁调节阀： 

其中，所述电磁调节阀(11)设置在所述出水口，通过控制所述气体冷却器(6)的出水量调节所述出水口的冷媒温度。 

6.根据权利要求1所述的二氧化碳跨临界压缩机性能测试装置，其特征在于： 

其中，所述气体冷却器(6)中制冷剂的平均温度是所述第二温度和所述第三温度的平均值。