全自动电量热器法压缩机测试试验台的研制

摘要：本文介绍了一种第二制冷剂量热器法全自动制冷压缩机测试试验台的工作原理及其在研制过程中为提高试验台的测量精度方面所采用的方法。经测试台实际运行表明,该控制技术达到良好效果,满足测试要求。

1 引言

在制冷装置中，压缩机是主要部件之一。由于压缩机不断地吸入和排出气体，才使制冷循环得以周而复始地进行，所以它是整个装置的“心脏”。在压缩机的生产和使用中，为了保证和提高压缩机的质量，对其性能测试就具有重要的意义。制冷压缩机性能试验装置是检测压缩机性能的重要手段和措施，是制冷设备厂家为产品开发、优化设计和质量检测提供试验数据的必备设备。应某空调厂要求，研制一测试装置，被试压缩机为活塞式和转子式两种，冷量范围为1000W～8000W。我们依据国家标准《ＧＢ5773—04容积式制冷压缩机性能试验台方法》，遵照合理实用、准确可靠和高效节能原则，从标准试验规定的多种测量制冷压缩机性能试验方法中选用方法为第二制冷剂量热器法，辅助方法为水冷冷凝器法。试验工况调节、试验数据采集和处理全部由自动完成实现。本文将就应用在该压缩机测试台上的控制技术的实现过程作一个介绍。

2. 测试要求

根据标准和实际要求，确定测试工况如下：

蒸发温度： －20～15℃

冷凝温度： 30～65℃

过冷度： 0～15℃

环境温度： 30±5℃

测试电源： 110～220V

电源频率： 50/60Hz

要测试的参数为：

（1）电力参数：电压、频率、功率因素、单位输入功率

（2）工况参数：吸气压力、排气压力、吸气温度、过冷温度、环境温度

（3）其它参数：过冷器进口温度、调节阀前压力、排气温度、量热器出口压力、压缩机表面温度

（4）量热器参数：量热器加热功率、量热器环境温度、量热器表面温度、第二工质压力、第二工质温度

（5）能力参数：单位制冷量、COP、EER

要控制的参数和精度如下：

吸气温度：15～40℃控制精度：±0.1℃

过冷温度：35～60℃控制精度：±0.1℃

环境温度：20～50℃控制精度：±0.1℃

吸气压力：0.4～1.2Mpa控制精度：±1.0％

排气压力：1.5～3.0Mpa控制精度：±1.0％

2 试验台工作原理

本试验台流程见系统图1。试验台由三套制冷系统组成，第一套是为被测压缩机维持测试所需的环境条件，通过电加热的PID控制，控制压缩机测试的环境温度在一定工况温度内。主要设备有风冷冷凝机组、表冷器、风机和电加热器；另一套为压缩机测试系统，主要设备有被测压缩机、量热器、冷凝器、过冷度调节器、冷却塔。第三套是通过过冷器并参与调节过冷度的辅助系统，由压缩机、水冷冷凝器、热力膨胀阀和蒸发盘管等组成。总的系统流程是：压缩机排出的高

图1 电量热器法压缩机性能试验台原理图

压气体首先进入冷凝器与冷却水进行热量交换，冷凝器中的冷却水由冷却塔提供，冷却水流量可由PID调节器控制电动调节阀来调节，制冷剂被冷凝成液体。然后经过干燥过滤器进入过冷度调节器，过冷器中有辅助系统的蒸发盘管和功率可调的加热器，通过PID调节加热功率来调节过冷度。从过冷度调节器出来的高压过冷液体制冷剂经过热力膨胀阀节流成低压的气液两相流体进入量热器，量热器内亦装有功率可调的电加热器和第二制冷剂Ｒ123，用以调节蒸发负荷，从量热器出来的低温低压制冷剂气体吸入和排出压缩机完成循环。

3 试验台的总体设计

为了保证压缩在一定工况下稳定运行，必须对吸气温度、吸气压力、排气压力、过冷温度和环境温度进行控制，我们分别通过调节量热器内电加热功率，循环制冷剂流量（即热力膨胀阀开度），冷凝器冷却水量（即水量调节阀开度）、过冷度调节器及风冷机组来实现。测试环境温度的控制采用智能仪表模糊—PID控制，控制电加热的输出量，对工况进行智能化的调节，使得进入工况的速度很快，大大缩短实现工况的时间，提高效率，并且控制稳定。测试环境的铂电阻悬挂在离表冷器风机出口较近的地方，防止压缩机自身的热量影响读数和控制。试验测试可以控制在±0.2℃。

图2 吸气压力调节原理图

图3 测控系统硬件组成

在研制测试台时，遇到的难题之一就是吸气压力的控制，标准规定压缩机每一个吸排气压力测量值与规定值间的最大允许偏差±1．0％，而测量值的每一个读数相对于平均值的最大允许偏差O.5％，由于吸气压力的绝对值很小，尤其在测 量最大压差工况时，测量值与规定值和平均值间分别只有2kP和1kP的波动范围。为了实现控制精度，设想出使用电-气比例阀调节热力膨胀阀开度的方法，电—气比例阀是在通断式电磁气动阀基础上发展起来的新型气动控制元件。它是通过电输入信号对气体流量或压力进行连续调整，以控制气动执行器的气控回路。如图2，剪断膨胀阀的感温包，由空压机通入压缩空气，通过调节电—气比例阀，调节热力膨胀阀波纹管（或膜片）内压力P的大小。而压力P与阀后压力P0和调整弹簧力PF三个力合作用，使阀开启度增大或减小，直至压缩机吸气压力同设定值相同为止。由于比例阀的灵敏性较高，试验测试结果吸气压力精度可以控制在±0.02Mpa。

溶解在氟利昂中的润滑油会影响制冷量的测定，所以在被测压缩机出口处装有润滑油分离器。同时，文献[8]中指出量热器出口蒸汽的过热度过小时或进口液体的过冷度过大时，测量误差会迅速增加。因此达到规定的量热器出口的过热度和进口的过冷度对保证测量精度是十分必要的。过冷器中的冷却方式我们采用由辅助制冷系统和加热器共同参与的冷热平衡方式。辅助制冷系统是封闭的不变系统，其制冷量是个常量，冷凝量和过冷器的冷却量大小唯一地由加热器的加热量调节，这样克服了水冷却方式中冷却量受水温、流量和水质等多个变量的影响，减少了控制变量，从而提高了控制精度。

试验台的操作采用触摸屏的操作方式，取代传统的按钮控制；电气系统采用PLC控制，取代传统的低压电器控制。电气控制线路包括主电路和控制电路，主电路为三相电路由稳压电源稳压，负载有被测制冷压缩机、水泵、电加热、轴流风机、空压泵、真空泵等。为了安全，在这些大功率的线路中均加了断路器等保护器件以及在三相电路中加了三相电动机保护器，防止过载和缺相引起事故，损坏电气设备或危及人身安全。PLC控制功能是对压缩机等负载进行启停控制以及对这些负载进行连锁保护，防止压缩机进口压力过低、出口压力过高和当压缩机停止工作时电加热继续工作，引起量热器

内的第二制冷剂过热产生高压，使量热器爆炸。并且在触摸屏上设有报警窗口，当某一设备发生报警时，发出声光报警信号，同时自动切断报警设备的电源，直到排除报警故障后，方可以重新启动相应设备。其总体结构框图如图3所示。

4 控制试验结果

根据标准，压缩机试验时间一般不少于1.5h。工况稳定半小时后记录的测量数据应该在工况稳定半小时后，每隔20min测量一次。表1为该试验台在高背压工况下测试额定冷量为3630W压缩机所得的各被控参数的记录值。

5 结束语

该测试台测试过程能够自动设定工况，工况易于达到稳定，控制精度高，并且系统有较快的响应速度，各项指标达到标准要求。