变频空调器中工质分布实验研究
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变频空调器中工质分布实验研究
姬长发 刘顺波
(!""#’） （西安科技学院， 陕西西安 摘
要： 以系统中制冷工质充注量守恒为原则， 通过实验， 研究了变频空调器工作过程中系统内制冷工质的分布规律。 文献标识码： -
关键词： 变频空调器； 制冷剂分布； 制冷系统 中图分类号： )*&%#+!%； ,(#%
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参考文献 ［#］ 86.696 : ;< 6=> ? @<6.A6BA CB;A-D<-E; -.A;F GH IJ+6. B;K ［ L］ @CG.@; <G <I; <I;B+6= ;.E-BG.+;.< > ?M)N?O 8B6.@， （"） ： #04&， 0" ’/0 5 ’!#3
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损失和容积损失的大小进行估计以后， 认为这个 方案可以满足设计要求， 因为计算的数据均超过 了设计要求， 有一定的裕量。 !"# 试验结果 但是试验表明上述设计也未能达到设计要 求， 关死点扬程偏低， 功率也偏大。分析认为是圆 盘损失和容积损失大于估计的值。所以， 最后在 结构设计上采取了措施来减小容积损失和圆盘损 失。采取这些措施后全面达到了设计要求， 图 $$ 为最终的测试结果。需要说明的是， 图中的功率 为电机的输入功率， 效率为机组效率。因为产品 为潜水式结构， 直接测量泵的轴功率是困难的。 若电机效率为 %&’ （潜水式电机效率比普通电机 稍低） ， 则泵的最大轴功率为 $&()*， 最高效率为 +&’ 左右。
力传感器， 用以确定剩余制冷剂量。实验原理如 图 ! 所示。
究都是针对定速空调器进行的， 本文旨在对变频 空调器中制冷剂的分布进行研究。 ! 实验方法及原理 本文采用称重法来研究变频空调器中系统各 部件内制冷剂分布。其方法是根据运行工况和运 行时间将实验划分为几种情况， 在指定的实验工 况和测量时刻迅速隔离系统各个部件， 然后抽出 各个部件中制冷剂， 称重后再重新充注入系统， 如 此完成整个实验。本文将制冷系统分为排气管、 冷凝器、 液管、 蒸发器、 吸气管和压缩机等六个部 分， 各部分之间安装电磁阀以及手动截止阀， 在每 一部分均设置制冷剂抽出口， 且安装温度和压
空调制冷系统各个部分制冷剂分布是系统动 态模拟的初始条件， 模拟结果也包括制冷剂在系 统各个部分的分布， 所以制冷剂在系统各个部分 分布研究是对系统进行动态模拟， 以便为提高系 统运行性能提供所必需的帮助。)232I2 等首先实 验研究了启、 停机过程中制冷剂在各部件中的分
［!］ 布 。*7GB:< 等为了研究空调器启、 停机过程中 ［%］ 动态损失情况 ， 完成了类似实验。 ;>GC1 和 )B>> 通过对一单元式空调器中制冷剂分布的实验研 ［$， ’］ 究 ， 求解了系统动态制冷剂流量， 然而这些研
表 " 制冷剂分布实验结果 各部分制冷剂量占总充注量的百分比 （2 ） 液相 气相 蒸发器 吸气管 压缩机 连接管 连接管 ""3/ "!3" "!3/ "!3! "!30 "!3% "!34 %"3& !"3/ !"3% !/34 !!3& !%3% !%34 #3# #3# #3! #3$ #3" #3/ #3# ’34 $34 $3# $3’ %3$ $34 $3’ %3/ %3! %3! %3# %3& %3/ %3/ （ 6） 蒸发器
收稿日期： %""!—"(—!$
图!
制冷剂分布测量实验
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实验过程及结果 实验过程为：
（!） 在制冷工况下， 选取 J 个运行工况， 如表 ! 所示。其中固定参数是室内温度和室外风量， 变化参数是室外温度、 压缩机容量以及室内机风 量。 （%） 系统运转到测量时刻， 首先停止压缩机， 接着关闭各电磁阀以及室内外风机， 并关闭所有 手动截止阀。
算机上对制冷剂在系统中的分布进行了理论分析 与计算， 计算结果与实验结果相吻合， 如图 " 所 示。
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源自文库
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工况 点 冷凝器 # " ! $ % & ’ ##3% !!3& !!34 !$3’ !/3! !/3" "03&
参考文献
图 $$
由图可见， 功率特性非常好， 在全扬程范围 内， 功 率 值 变 化 在 $#’ 以 内。当 扬 程 低 于 #&, 时， 功率随着流量的增加迅速降低。 # 结论 （$） 利用 -./ 技术成功地完成了难度极大的
［$］ 袁寿其 " 国内外无过载离心泵研究现状与展望 " 排 灌机械， ，$） ： $%%#（ $("
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（!） 压缩机部分制冷剂重量测定方法是将压 缩机从系统取出， 测量压缩机重量变化。其它部 分制冷剂量为从系统中抽出的制冷剂量与相应部 分剩余制冷剂之和。实验结果如表 "。
表# 参 数 室内温度 （(） 室外温度 （(） 变频器频率 （)*） 室内机风量 （+! ,+-.） 室外机风量 （+! ,+-.） 实验的工况 # " ! "/ "/ "/ / / 1% / ’/ %/ / 0 0 / "$ "$
作者简介： 姬长发， 男， 副教授， 主要从事供热通风与空 (1 岁， 调方面的教学与研究工作。通讯地址： 2$&&#! 西安雁塔路中段 #1 号西安科技学院能源科学与工程系。
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作者简介： 羌卫中， 硕士研究生， 主要研究方向为 $%22 年生， 三维流动分析在水力机械设计中的应用。通讯地址： !(&&2! 湖北 武汉市珞瑜路 $&(2 号华中科技大学能源与动力工程学院水力机 械教研室。
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结论 上述动态实验研究揭示了变频空调器变工况
条件下的制冷剂分布规律如下： （#） 对选定的实验机型， 在制热工况下制冷剂 分布为： 蒸发器与冷凝器中各占 !/2 5 !%2 ， 液 相连接管部位占 "/2 5 "%2 ， 压缩机部位和排气 管部位各占 %2 。 （"） 蒸发器中制冷剂量随着室外温度升高而 增多， 随压缩机运转容量增大而减小； 与之相反， 冷凝器中制冷剂量随着室外温度升高而减小， 随 压缩机运转容量增大而增多。
设计任务， 表明了这个技术在提高设计质量、 缩短 设计周期和降低试验成本方面确实可以发挥很大 的作用。实践证明， 现有的大型流动分析软件所 得到的流场计算数据和外特性预测的结果都有相 当的精度， 能在工程设计中发挥很大的作用。 （0） 本文的实践表明， 在叶轮出口宽度受通过 能力限制必须较大时， 为减小出口面积以获得低 比速泵的无过载特性， 可以极大地增加叶片厚度。 本文的设计中， 叶片厚度在圆周方向占整个圆周 长度的 10"#’ ， 大大超过了过去认为可以达到的 程度。即使是这样， 只要合理设计其它各有关尺 寸， 也可以获得令人满意的效率水平。 （(） 流动分析表明， 在极端加厚叶片的条件 下， 叶间流道内的流动状态不一定会大大恶化， 但 可能造成蜗壳内损失的增加， 因此蜗壳的设计是 极其重要的。 （!） 在本文的设计过程中发现蜗壳基圆直径 的大小对扬程和效率都有相当的影响。至于这是 一个特例还是一种普遍的现象， 目前还难以作出 结论。 （#） 受时间的限制， 本文没有对圆盘摩擦损失 和容积损失进行计算， 因此外特性的预测精度受 到了很大的限制， 这是本文的不足之处。
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实验结果分析 从表 " 中可以看出：
（ 7） 冷凝器 图" 压缩机容量及室外温度对换热器中 制冷剂分布的影响
制冷剂主要分布在换热器中， 冷凝器与蒸 （#） 发器中制冷剂分布量约占总充注量的 &%2 。另 外， 由于室外换热器的体积是室内换热器体积的 所以室外换热器中制冷剂量较多， 在制冷工 " 倍， 况下更是如此。 （"） 压 缩 机 中 制 冷 剂 量 为 总 充 注 量 的 %2 。 压缩机润滑油中制冷剂溶解量与压力及温度有 关。一般地， 对于低压腔， 溶解量为冷冻机油重量 对于高压腔， 溶解量为冷冻机油重 的 "2 5 %2 ； 量的 #/2 5 #%2 。 （!） 蒸发温度对低压段制冷剂分布产生影响。 蒸发器中制冷剂量随着蒸发温度升高而增多； 蒸 发温度越高， 压缩机部分制冷剂量也越多， 吸气管 部位制冷剂量随着蒸发温度升高而增多， 但是由 于该部分制冷剂占充灌量的比例很小， 所以可以 近似认为不随蒸发温度变化。 （$） 冷凝温度对高压段冷剂分布产生影响。 实验中发现冷凝器中制冷剂量几乎不随冷凝温度 变化； 液管部位制冷剂量随着冷凝温度升高而减 小； 排气管部位制冷剂量随着冷凝温度升高而增 多。 $
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变频空调器中工质分布实验研究
姬长发 刘顺波
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要： 以系统中制冷工质充注量守恒为原则， 通过实验， 研究了变频空调器工作过程中系统内制冷工质的分布规律。 文献标识码： -
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损失和容积损失的大小进行估计以后， 认为这个 方案可以满足设计要求， 因为计算的数据均超过 了设计要求， 有一定的裕量。 !"# 试验结果 但是试验表明上述设计也未能达到设计要 求， 关死点扬程偏低， 功率也偏大。分析认为是圆 盘损失和容积损失大于估计的值。所以， 最后在 结构设计上采取了措施来减小容积损失和圆盘损 失。采取这些措施后全面达到了设计要求， 图 $$ 为最终的测试结果。需要说明的是， 图中的功率 为电机的输入功率， 效率为机组效率。因为产品 为潜水式结构， 直接测量泵的轴功率是困难的。 若电机效率为 %&’ （潜水式电机效率比普通电机 稍低） ， 则泵的最大轴功率为 $&()*， 最高效率为 +&’ 左右。
力传感器， 用以确定剩余制冷剂量。实验原理如 图 ! 所示。
究都是针对定速空调器进行的， 本文旨在对变频 空调器中制冷剂的分布进行研究。 ! 实验方法及原理 本文采用称重法来研究变频空调器中系统各 部件内制冷剂分布。其方法是根据运行工况和运 行时间将实验划分为几种情况， 在指定的实验工 况和测量时刻迅速隔离系统各个部件， 然后抽出 各个部件中制冷剂， 称重后再重新充注入系统， 如 此完成整个实验。本文将制冷系统分为排气管、 冷凝器、 液管、 蒸发器、 吸气管和压缩机等六个部 分， 各部分之间安装电磁阀以及手动截止阀， 在每 一部分均设置制冷剂抽出口， 且安装温度和压
空调制冷系统各个部分制冷剂分布是系统动 态模拟的初始条件， 模拟结果也包括制冷剂在系 统各个部分的分布， 所以制冷剂在系统各个部分 分布研究是对系统进行动态模拟， 以便为提高系 统运行性能提供所必需的帮助。)232I2 等首先实 验研究了启、 停机过程中制冷剂在各部件中的分
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制冷剂分布测量实验
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实验过程及结果 实验过程为：
（!） 在制冷工况下， 选取 J 个运行工况， 如表 ! 所示。其中固定参数是室内温度和室外风量， 变化参数是室外温度、 压缩机容量以及室内机风 量。 （%） 系统运转到测量时刻， 首先停止压缩机， 接着关闭各电磁阀以及室内外风机， 并关闭所有 手动截止阀。
算机上对制冷剂在系统中的分布进行了理论分析 与计算， 计算结果与实验结果相吻合， 如图 " 所 示。
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由图可见， 功率特性非常好， 在全扬程范围 内， 功 率 值 变 化 在 $#’ 以 内。当 扬 程 低 于 #&, 时， 功率随着流量的增加迅速降低。 # 结论 （$） 利用 -./ 技术成功地完成了难度极大的
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（!） 压缩机部分制冷剂重量测定方法是将压 缩机从系统取出， 测量压缩机重量变化。其它部 分制冷剂量为从系统中抽出的制冷剂量与相应部 分剩余制冷剂之和。实验结果如表 "。
表# 参 数 室内温度 （(） 室外温度 （(） 变频器频率 （)*） 室内机风量 （+! ,+-.） 室外机风量 （+! ,+-.） 实验的工况 # " ! "/ "/ "/ / / 1% / ’/ %/ / 0 0 / "$ "$
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结论 上述动态实验研究揭示了变频空调器变工况
条件下的制冷剂分布规律如下： （#） 对选定的实验机型， 在制热工况下制冷剂 分布为： 蒸发器与冷凝器中各占 !/2 5 !%2 ， 液 相连接管部位占 "/2 5 "%2 ， 压缩机部位和排气 管部位各占 %2 。 （"） 蒸发器中制冷剂量随着室外温度升高而 增多， 随压缩机运转容量增大而减小； 与之相反， 冷凝器中制冷剂量随着室外温度升高而减小， 随 压缩机运转容量增大而增多。
设计任务， 表明了这个技术在提高设计质量、 缩短 设计周期和降低试验成本方面确实可以发挥很大 的作用。实践证明， 现有的大型流动分析软件所 得到的流场计算数据和外特性预测的结果都有相 当的精度， 能在工程设计中发挥很大的作用。 （0） 本文的实践表明， 在叶轮出口宽度受通过 能力限制必须较大时， 为减小出口面积以获得低 比速泵的无过载特性， 可以极大地增加叶片厚度。 本文的设计中， 叶片厚度在圆周方向占整个圆周 长度的 10"#’ ， 大大超过了过去认为可以达到的 程度。即使是这样， 只要合理设计其它各有关尺 寸， 也可以获得令人满意的效率水平。 （(） 流动分析表明， 在极端加厚叶片的条件 下， 叶间流道内的流动状态不一定会大大恶化， 但 可能造成蜗壳内损失的增加， 因此蜗壳的设计是 极其重要的。 （!） 在本文的设计过程中发现蜗壳基圆直径 的大小对扬程和效率都有相当的影响。至于这是 一个特例还是一种普遍的现象， 目前还难以作出 结论。 （#） 受时间的限制， 本文没有对圆盘摩擦损失 和容积损失进行计算， 因此外特性的预测精度受 到了很大的限制， 这是本文的不足之处。
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实验结果分析 从表 " 中可以看出：
（ 7） 冷凝器 图" 压缩机容量及室外温度对换热器中 制冷剂分布的影响
制冷剂主要分布在换热器中， 冷凝器与蒸 （#） 发器中制冷剂分布量约占总充注量的 &%2 。另 外， 由于室外换热器的体积是室内换热器体积的 所以室外换热器中制冷剂量较多， 在制冷工 " 倍， 况下更是如此。 （"） 压 缩 机 中 制 冷 剂 量 为 总 充 注 量 的 %2 。 压缩机润滑油中制冷剂溶解量与压力及温度有 关。一般地， 对于低压腔， 溶解量为冷冻机油重量 对于高压腔， 溶解量为冷冻机油重 的 "2 5 %2 ； 量的 #/2 5 #%2 。 （!） 蒸发温度对低压段制冷剂分布产生影响。 蒸发器中制冷剂量随着蒸发温度升高而增多； 蒸 发温度越高， 压缩机部分制冷剂量也越多， 吸气管 部位制冷剂量随着蒸发温度升高而增多， 但是由 于该部分制冷剂占充灌量的比例很小， 所以可以 近似认为不随蒸发温度变化。 （$） 冷凝温度对高压段冷剂分布产生影响。 实验中发现冷凝器中制冷剂量几乎不随冷凝温度 变化； 液管部位制冷剂量随着冷凝温度升高而减 小； 排气管部位制冷剂量随着冷凝温度升高而增 多。 $