一、實驗目的
1、了解壓縮機性能測定的原理及方法；
2、了解壓縮式制冷的循環流程及各組成設備；
3、測定蒸氣壓縮式制冷循環的性能；
4、理解與認識回熱循環；
5、比較單級壓縮制冷機在實際循環中有回熱與無回熱性能上的差異；
6、熟悉實驗裝置的有關儀器、儀表，掌握其操作方法。
二、實驗原理
1、單級壓縮制冷機的理論循環
圖1顯示了壓力－比焓圖上單級蒸氣壓縮制冷機的理論循環。壓縮機吸入的是以點1表示的飽和蒸氣，1－2表示制冷劑在壓縮機中的等熵壓縮過程；2－3表示制冷劑在冷凝器中的等壓放熱過程，在冷卻過程中制冷劑與環境介質有溫差，放出過熱熱量，在冷凝過程中制冷劑與環境介質無溫差，放出比潛熱，在冷卻和冷凝過程中制冷劑的壓力保持不變，且等于冷凝溫度T_K下的飽和蒸氣壓力P_K；（）是液態再冷卻放出的熱量；3－4表示節流過程，制冷劑在節流過程中壓力和溫度都降低，且焓值保持不變，進入兩相區；4－1表示制冷劑在蒸發器中的蒸發過程，制冷劑在溫度T₀、飽和壓力P₀保持不變的情況下蒸發，而被冷卻物體或載冷劑的溫度得以降低。

圖1
2、有回熱的單級蒸氣壓縮制冷理論循環
為了使膨脹閥前液態制冷劑的溫度降得更低（即增加再冷度），以便進一步減少節流損失，同時又能保證壓縮機吸入具有一定過熱度的蒸氣，可以采用蒸氣回熱循環。
圖3示為來自蒸發器的低溫氣態制冷劑1，在進入壓縮機前先經過一個熱交換器——回熱器。在回熱器中低溫蒸氣與來自冷凝器的飽和液體3進行熱交換，低溫蒸氣1定壓過熱到狀態1'，而溫度較高的液體3被定壓再冷卻到狀態3'，回熱循環1'—2'—3—3'—4'—1—1'中，3—3'為液體的再冷卻過程，過熱后的蒸氣溫度稱為過熱溫度，過熱溫度與蒸發溫度之差稱為過熱度。
根據穩定流動連續定理，流經回熱器的液態制冷劑和氣態制冷劑的質量流量相等。因此，在對外無熱損失情況下，每公斤液態制冷劑放出的熱量應等于每公斤氣態制冷劑吸收的熱量。也就是說，單位質量制冷劑再冷卻所增加的制冷能力△q₀（面積b'4'4bb'）等于單位質量氣體制冷劑所吸收的熱量△q（面積a11'a'a）。由于有了回熱器，雖然單位質量制冷能力有所增加，但是，壓縮機的耗功量也增加了△w₀（面積11'2'21）。因此，回熱式蒸氣壓縮制冷循環的理論制冷系數有可能提高，也有可能降低，應具體分析。

圖3
采用回熱器的優點：
（1）對于一個給定的制冷量，制冷劑流量減少。
（2）在液體管路上氣化的可能性減少（特別是在管路較長的情況下）。
（3）在壓縮機的吸氣管道上，可減少吸入外界熱量。
（4）在壓縮機吸氣口消除液滴，防止失壓縮。
3、單級壓縮蒸氣制冷機的實際循環與簡化后的實際循環
實際循環和理論循環有許多不同之處，除了壓縮機中的工作過程以外，主要還有下例一些差別。
（1）熱交換器中存在溫差，即冷卻水溫度T低于冷凝溫度T_K，且T是變化的（進口溫度低，出口溫度高）：載冷劑或冷卻對象的溫度T₀，載冷劑的溫度也是變化的（進口溫度高，出口溫度低）。
（2）制冷劑流經管道及閥門時同環境介質間有熱量交換，尤其是自節流閥以后，制冷劑溫度降低，熱量便會從環境介質傳給制冷劑，導致冷量損失。
因為制冷機的實際循環過程很難用手算法進行熱力計算。因此，在工程設計中常常是對它作一些簡化。
圖2為簡化后的實際循環過程。
注：為理論循環的等熵壓縮過程：為實際循環的壓縮過程。
簡化途徑是：
（1）忽略冷凝器及蒸發器中的微小壓力變化，即以壓縮機出口的壓力為冷凝壓力（在大型裝置中，壓縮機的排氣管道較長，應從排氣壓力減去這一段管道壓力損失后作為冷凝壓力），以壓縮機進口壓力作為蒸發壓力（在大型裝置中尚需加上吸氣管道的壓力損失），同時認為冷凝溫度和蒸發溫度均為定值。
（2）將壓縮機內部過程簡化為一個從吸氣壓力到排氣壓力有損失的簡單壓縮過程。
（3）節流過程認為是等焓過程。
經過簡化之后，即可直接利用lgp-h圖進行循環性能指標的計算。

圖2
4、實際循環與理論循環的區別
實際循環區別于理論循環有如下幾方面：
（1）由于摩擦作用，在壓縮機的排出口和膨脹閥進口之間及膨脹閥出口和壓縮機吸入端之間將產生微小的壓力降。
（2）壓縮過程即不是等熵過程也不是絕熱過程（壓縮機通常有熱量損失）。
（3）離開蒸發器的蒸氣通常有過熱（這使膨脹閥得以自動控制，同時也改善了壓縮機的性能）。
（4）離開冷凝器的液體一般略有過冷（這樣提高了制冷系數ε，且減少了通向膨脹閥管路上形成蒸氣的可能性）。
（5）循環在環境溫度下運行時，可能有少量的無用熱量從外界傳入到循環的各個部分。 
三、試驗臺簡介
制冷壓縮機的制冷量的測試有幾種方法，其中采用具有第二制冷劑的電量熱器法是最精確的方法之一。具有第二制冷劑的電量熱器法實驗臺的原理見圖6-1。
整個實驗裝置由三部分組成：1、電量熱器；2、制冷系統；3、水冷卻系統。


四、實驗方法
1.電量熱器法是間接測量壓縮機制冷量的一種裝置，它的基本原理是利用電加熱器發出的熱量來抵消壓縮機的制冷量，從而達到平衡。電量熱器是一個密閉容器，如圖6—2所示。電量熱器的頂部裝有蒸發器盤管，底部裝有電加熱器，浸沒于一種容易揮發的第二冷劑(常用R11、R12)中。試驗時，接通電加熱器，加熱第二制冷劑，使之蒸發，第二制冷劑飽和蒸氣在頂部蒸發盤管被冷凝，又重新回到底部。而蒸發盤管中的低壓液態制冷劑被第二制冷劑蒸氣加熱而氣化，返回制冷壓縮機。實驗儀在試驗工況下達到穩定運行時，供給電加熱器的電功率正好抵消制冷量，從而使第二制冷劑的壓力保持不變。
2.為了控制第二制冷劑的液面，在量熱器的中間部位裝有觀察玻璃視液鏡。（特別注意：在啟動加熱器前，必須通過觀察視液鏡確定量熱器內有制冷劑的情況下，方可接通加熱器工作）
量熱器上裝有壓力控制器，它與加熱器的控制電路相連接，防止壓縮機停機后加熱器繼續加熱，使量熱器內壓力升高到危險程度。 
五、實驗步驟：
1．實驗前準備
預習實驗指導書，詳細了解實驗裝置及各部分的作用，檢查儀表的安裝位置及熟悉各測試參數的作用；了解和掌握制冷系統的操作規程；熟悉制冷工況的調節方法。
首先把冷卻系統水箱里加滿清潔的自來水，一般加到水箱的2/3處即可。
通過量熱器上的觀察鏡檢查量熱器內的第二制冷劑的液位，如果液位過低或觀察不到，通過量熱器的壓力表值判斷是否有制冷劑，若沒有制冷劑，千萬不要打開加熱器，以免燒毀加熱器。若沒有制冷劑，從量熱器加液口加入制冷劑R12.直到視液鏡能觀察到制冷劑方可。
4．實驗小組由5人組成，設實驗組長1名，做好分工，明確調節指令及信息反饋方式；在熟悉了實驗系統，明確了實驗內容和操作步驟以及注意事項，掌握了實驗設備和儀表的使用方法之后，依次逐步進行實驗；
5．手動啟動制冷設備步驟：
(1)首先撥動：手動/自動開關，選擇在手動位置。
(2)先打開冷卻水泵開關。
(3)檢查冷卻塔進出水口系統各閥門是否正常。冷卻塔進出口水流正常即可。否則關機進行修復
(4)冷卻水循環正常后，開啟冷卻風機開關。
(5)啟動制冷壓縮機，并檢查電子膨脹閥開度是否正常，選擇電子膨脹閥開度進行制冷。
(6)檢查制冷系統各部件運轉情況，觀察排氣壓力、吸氣壓力及量熱器內壓力的變化。
(7)開啟量熱器加熱器開關，手動調節加熱器調節器，觀察排氣壓力、吸氣壓力及量熱器內壓力的變化。
自動控制說明：
(1)首先撥動：手動/自動開關，選擇在自動位置。
(2)打開電腦上制冷壓縮機性能實驗軟件。
(3)在組態軟件上，首先選擇電子膨脹閥開度，滑動調節即可。
(4)點擊開啟冷卻水泵，冷卻水循環正常后，再點擊開啟開啟冷卻塔風機。
(5)點擊啟動制冷壓縮機，并檢查電子膨脹閥開度是否正常。
(6)檢查制冷系統各部件運轉情況，觀察排氣壓力、吸氣壓力及量熱器內壓力的變化。
(7)點擊開啟量熱器加熱器開關，手動調節加熱器調節器，觀察排氣壓力、吸氣壓力及量熱器內壓力的變化。
無回熱時
1．調節回熱器
回熱器的作用是為了使膨脹閥前液態制冷劑的溫度降得更低(即增大再冷度)，以便進一步減少節流損失，同時又能保證壓縮機吸入具有一定過熱度的蒸氣。
按系統流程圖，關閉手動閥門(JF2),打開手動閥門(JF3)將實驗系統調成無回熱狀態；設備出廠時為無回熱狀態。
2．將量熱器投入運行
面板上加熱器旋鈕開關，選擇在開時，可調加熱器接通，實驗臺左上方側面為調節調壓器，可調節加熱量。加熱功率通過加熱器功率表直接顯示。
實驗前首先檢查調壓器是否在零位，若不在零位，應調在零位。打開加熱器電源開關后，調節調壓器，由關閉逐漸開啟，不要過快，應觀察量熱器壓力表的數值。
3．調節穩定工況
在電子膨脹閥開度不變的狀態下，使吸氣壓力、排氣壓力達到一定值后，通過調壓器調節電加熱器的加熱量，觀察量熱器壓力表的數值變化。壓力增加，說明加熱量大，需減小加熱量，減小調壓器的數值；壓力降低，說明加熱量小，需增大加熱量，加大調壓器的數值。通過調壓器的調節，使壓力表數值穩定不變。保護電路在量熱器上的壓力達到1.4MPa時會自動斷開加熱器電源。
4．測定并記錄數據
(1)測定吸氣壓力、排氣壓力、量熱器內壓力、吸氣溫度、排氣溫度、量熱器入口溫度、入回熱器氣體溫度、量熱器溫度、室內環境溫度。
(2)測量量熱器的電功率。
(3)測量壓縮機輸入功率。
(4)每間隔l0分鐘讀取一次數據，并以連續四次讀值的算術平均值作為計算依據。
5．制冷壓縮機的制冷量

式中N—供給電量熱器的功率，kW。
Q--電量熱器熱損失，kW。
i₁"一在壓縮機規定吸氣溫度下、吸氣壓力下制冷劑蒸氣的焓值，kJ／kg。
i₃"一在規定再冷溫度下，節流閥前液體制冷劑的焓值，kJ／kg
i₄—在實驗條件下，離開蒸發器制冷劑蒸氣的焓值，kJ／kg。
i₃—在實驗條件下，節流閥前液體制冷劑的焓值，kJ／kg
ν₁—壓縮機實際吸氣溫度下、吸氣壓力下制冷劑蒸氣的比容，m³/kg
ν₁"—壓縮機規定吸氣溫度下、吸氣壓力下制冷劑蒸氣的比容，m³/kg
6．冷凝器的熱負荷計算：
（kW）
式中：G—冷卻水流量kg/h
C—水的定壓比熱4.1868kJ/kg℃
t₇—冷凝器冷卻水入口溫度℃
t₈—冷凝器冷卻水出口溫度℃
7．壓縮機的輸入功率測定：
(W)
式中：I—輸入電流A
U—輸入電壓V
8．性能系數COP的計算
此指標考慮到驅動電機效率對耗能的影響，以單位電動機輸入功率的制冷量大小進行評價，該指標多用于全封閉制冷壓縮機。計算公式如下：

式中—制冷量kW
—壓縮機輸入功率kW
按照系統圖調整閥門，使系統運行在有回熱狀態，穩定兩分鐘，計算結果請注意考慮設備的漏熱量。
有回熱時
重復以上步驟，將數據紀錄在后面的表格中。
6、實驗結束，關機：
（1）關閉壓縮機和加熱器；
（2）保持水系統運行大約5分鐘后，斷電。
六、數據處理與試驗報告內容
實驗目的；
根據所得的實驗數據計算出其算術平均值，計算過程整理到實驗指導書上，繪出無回熱理論循環的壓焓圖，再根據實驗數據繪出無回熱與有回熱實際循環的壓焓圖，并查出相應狀態的焓值及吸氣比容，計算出各性能指標（參數），填入相應數據表中，并作結果分析！
注：
由于實驗過程是實際循環，在無回熱循環過程中，蒸發器出口及壓縮機吸氣狀態點都不在飽和氣線上，有過熱；冷凝器出口不在飽和液線上，有過冷。冷凝器出口、蒸發器出口及壓縮機吸氣狀態點一定要找準確。采用回熱循環時，冷凝器出口狀態點基本不變，但壓縮機吸氣狀態點進一步過熱。
附：為了便于比較不同活塞式制冷壓縮機的工作性能，我國規定了四個溫度工況，其中標準工況和空調工況可用來比較壓縮機的制冷能力，最大工況和最大壓差工況則為設計和考核壓縮機的機械強度、耐磨壽命、閥片和合理性和配用電機的最大功率的指標。