实验6蒸汽压缩制冷

实验6 蒸汽压缩制冷（热泵）装置性能实验

一、实验目的

1. 了解蒸汽压缩制冷（热泵）装置。学习运行操作的基本知识。

2. 测定制冷剂的制冷系数。掌握热工测量的基本技能。

3. 分析制冷剂的能量平衡。

二、实验任务

1. 测定水冷式单级蒸汽压缩制冷系统的制冷系数。

2. 了解壳管式换热器的性能，节流阀的调节方法和性能。

3. 了解热泵循环系统的流程和制热系数的概念。

三、实验原理

该系统是由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器组成，制冷机的作用是从低温物体中取出热量、并将它传给周围介质。热力学第二定律指出：“不可能使热量由低温物体传向高温物体而不引起其他的变化”。本实验用制冷装置，需要消耗机械功。用工质进行制冷循环，从而获得低温。蒸汽压缩制冷循环的经济性可用制冷系数ε来评价。鉴于实际设备存在的各种实际损失，故ε值可分为“理论制冷系数”和“实际制冷系数”。

图6-1 蒸汽压缩制冷循环

1. 理论制冷系数

图6-1为蒸汽压缩制冷循环的T-S图。1-2未压缩过程，2-3-4为制冷剂冷凝过程，4-5为节流过程，5-1为吸热蒸发。理论制冷系数ε为理论制冷量q2和理论功w之比：

ε= q2/w = ( h1-h4) / (h2-h1)

2. 实际制冷系数

实际制冷系数是指制冷机有效制冷能力Q0与实际消耗的电功率N之比：

εγ= Q0/N =εηｉηｍηｄηｍ０

式中ηｉ为压缩机的指示效率，ηｍ为压缩机的机械效率；ηｄ为传动装置效率；ηｍ０为电机效率。实际制冷系数约为理论制冷系数的1/2～2/3

3.工作原理

1）工作过程

单级蒸汽压缩制冷系统，是由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀四个基本部件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换。制冷系统的基本原理液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件，这当中蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。

冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。实际制冷系统中，除上述四大件之外，常常有一些辅助设备，如电磁阀、分配器、干燥器、集热器、易熔塞、压力控制器等部件组成，它们是为了提高运行的经济性，可靠性和安全性而设置的。

制冷系统的组成：

制冷系统的循环过程：压缩过程

冷凝过程

节流过程

蒸发过程

理论循环：

1－2：压缩过程

2－2’：冷却过程

2’－3：冷凝过程

3－4：节流过程

4－1：蒸发过程

1-2质量1m 气体压缩：21p p →

2-32321/)(V V V m -气体拍向储气罐

3-4231/V V m 参与气体膨胀12P P →

4-11411/)(V V V m -气体吸入气缸

3）排气压力对压气机的影响

冷系统运行时，其排气压力与冷凝温度相对应，而冷凝温度与其冷却介质的流量 和温度、制冷剂

流入量、冷负荷量等有关。在检查制冷系统时，应在排气管处装一只排气压力表，检测排气压力，作

为分析故障资料。

（1） 排气压力高的因素 当排气压力高于正常值时，一般有冷却介质的流量小或冷却介质温度高、

制冷剂充注量过多、冷负荷大及膨胀开启大等。

以上因素会引起系统的循环流量增加，冷凝热负荷也相应增加。由于热量不能及时全部散出，引起冷

凝温度上升，而所能检测到的是排气（冷凝）压力上升。在冷却介质流量低或冷却介质温度高的情况

下，冷凝器的散热效率降低而使冷凝温度上升。在冷却介质流量低或冷却介质温度高的情况下，冷凝

器的散热效率降低而使冷凝温度上升。对于制冷剂充注量过多的原因，是多余的制冷剂液占据了一部

分冷凝管，使冷凝面积减少，引起冷凝温度上升。

（2） 排气压力低的因素 排气压力低于正常值，其因素有压缩机效率低、制冷剂量不足、冷负荷小

、膨胀阀开度小，过滤器不畅通，包括膨胀阀过滤网以及冷却介质温度低等。

以上几种因素都会引起系统的制冷流量下降、冷凝负荷小，使冷凝温度下降。

从上述的吸气压力与排气压力与排气压力变化情况看，两者有密切的关系。在一般情况下，吸气压力

升高，排气压力也相应上升；吸入压力下降，排气压力也相应下降。也可从吸气压力表的变化估计出

排气压力的大致情况。

知识点部分要有传热及换热器的内容！已改

2）换热器：

管壳式换热器为例

管壳式换热器由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，管壳式换热器在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。通常管壳式换热器的工作压力可达4兆帕，工作温度在200℃以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800毫米以下，管子长度在9米以下,在个别情况下也有更大或更长的。

工作原理和结构图1 [固定管板式换热器]