离心式制冷压缩机过热区闭式循环测试装置及其测试方法与流程

本发明属于制冷压缩机性能测试技术领域，具体涉及离心式制冷压缩机过热区闭式循环测试装置及其测试方法。

背景技术：

离心式制冷压缩机冷量大、效率高，是制冷系统的核心部件，其运行过热度一般在2～5k之间。对离心式制冷压缩机的性能测试通常有两种方案可供选择：第一种方案，按照jb/t12843-2016中所指定的标准测试方式，该方式设备繁多、流程复杂、建造成本昂贵，运行和维护费用高，控制和调节难度往往较大，因此使用较少。第二种方案则是采用将压缩机排气口的高温高压制冷剂冷凝到两相区后，再进行节流降压的方式进行性能测试。上述第二种测试方法虽然使用较为广泛，然而仍会存在以下问题：由于第二种测试方式普遍采用单冷凝器进行制冷剂的快速冷凝，在急剧冷凝效果下，上述制冷剂会直接转变为汽液两相状态，这一方面会大大降低与之连通的压缩机调节进口的使用寿命，同时汽液两相状态的制冷剂显然也不利于调节；另一方面，压缩机也会处于吸气带液运转的危险情况，显然也不利于安全测试。是否可以寻求一种更为简便快捷的离心式制冷压缩机过热区闭式循环测试系统，从而在具备高操作安全性、结构简洁性且低成本的同时，还能使得制冷剂始终在循环系统内避免处于汽液两相状态，从而确保整体构件的使用寿命及便捷调节性能，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明的其中一个目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而实用的离心式制冷压缩机过热区闭式循环测试装置，本装置可使得制冷剂在循环系统内始终处于过热气体状态，并可在被测压缩机进口处实现任意吸气温度条件的主动控制功能，从而在保证整体构件使用寿命及操作安全性的同时，亦可确保其便捷操作性；本发明的另一个目的则是提供应用上述装置的测试方法，以便能高效而快捷的实现离心式制冷压缩机的性能测试目的。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种离心式制冷压缩机过热区闭式循环测试装置，其特征在于：本装置至少包括样机闭式循环模块、制冷剂冷却模块和冷媒回收加注模块，其中：

样机闭式循环模块，包括被测压缩机；由被测压缩机的出口处沿制冷剂行进路线而依次布置第一油分离器、用于执行第一次制冷剂降温操作的第一气体冷却器、用于实现制冷剂降压操作的第一调节阀以及用于执行第二次制冷剂降温操作的第二气体冷却器；第二气体冷却器经由流量计而连通至被测压缩机的进口处；

制冷剂冷却模块，用于实现对被测压缩机的电机、变频器、冷冻油冷却组件所需冷量的控制功能；

冷媒回收加注模块，用于向本装置内加注和回收冷媒；包括冷媒接头以及连通冷媒接头与被测压缩机进口的冷媒回收加注截止阀。

优选的，所述制冷剂冷却模块包括第一压缩机，由第一压缩机的出口处沿制冷剂行进路线而依次布置第二油分离器、冷凝器、储液器、过冷器、过滤器、视液镜以及电磁阀，由电磁阀的出口处布置三道制冷剂分支管路；第一道制冷剂分支管路经由第二调节阀连通至被测压缩机的电机处；第二道制冷剂分支管路经由第三调节阀连通至被测压缩机的变频器处；第三道制冷剂分支管路经由第四调节阀连通至被测压缩机的冷冻油冷却组件处；第一压缩机的进口处布置用于确保第一压缩机吸气过热度的量热器，量热器进口连通至被测压缩机的电机、变频器、冷冻油冷却组件组件出口处。

优选的，本装置设置有四个温度测点、三个压力测点以及四个循环状态监测点；其中：被测压缩机的进口处设置第一温度测点、第一压力测点及第一循环状态监测点；被测压缩机的出口处设置第二温度测点、第二压力测点及第二循环状态监测点；第一气体冷却器与第一调节阀之间的一段制冷剂管路上设置第三温度测点及第三循环状态监测点；第一调节阀与第二气体冷却器之间的一段制冷剂管路上设置第四循环状态监测点；第一压缩机进口与量热器之间的一段管路处布置第三压力测点以及第四温度测点；各压力测点与对应管路之间均通过相应阀门来实现两者连通及封闭。

优选的，本装置还包括用于实现防喘振功能的气动截止阀，所述气动截止阀的进气口连通被测压缩机的出口，而气动截止阀的出气口连通被测压缩机的进口。

优选的，所述制冷剂冷却模块中，由第二油分离器分离出的冷冻油返流至第一压缩机内。

优选的，本装置还包括冷却水模块，冷却水模块是具有温度可控性的冷却水循环回路，可作为各气体冷却器、冷凝器以及过冷器的冷却源或冷凝源所使用。

一种应用所述离心式制冷压缩机过热区闭式循环测试装置的测试方法，其特征在于包括以下步骤：

1)、加注冷媒；

测试前，通过开启冷媒回收加注截止阀，从而向被测压缩机内加注指定量的冷媒；

2)、油气分离；

被测压缩机排出的制冷剂气体经过第一油分离器，以实现冷冻油的分离操作；

3)、第一次气体冷却；

从第一油分离器中出来的制冷剂气体在第一气体冷却器内进行第一次降温；通过调节第一气体冷却器，从而使制冷剂气体的温度达到预设温度；

4)、气体节流；

上述达到预设温度的制冷剂气体经第一调节阀实现降压操作；通过调节第一调节阀的开度，使得制冷剂气体的压力达到被测压缩机所需要的吸气压力；

5)、第二次气体冷却；

经过气体节流后的制冷剂气体进入第二气体冷却器，从而实现第二次降温操作；通过调节第二气体冷却器，从而使制冷剂气体的温度达到被测压缩机所需要的吸气温度。

优选的，本测试方法还包括防喘振步骤；在测试过程中，当工况条件变化恶劣时，打开气动截止阀，可防止被测压缩机发生喘振现象。

优选的，本测试方法还包括排气压力调节步骤；在测试过程中，通过开启冷媒回收加注截止阀，从而调节本装置的冷媒充注量，以实现对被测压缩机的排气压力的调节。

优选的，本测试方法还包括制冷剂冷却调节步骤；在测试过程中，制冷剂冷却模块处第一压缩机排出制冷剂蒸汽，会经过第二油分离器后再在冷凝器中进行冷凝，从而变为饱和液态制冷剂；饱和液态制冷剂进入储液器暂存；之后饱和液态制冷剂经过过冷器从而达到指定的过冷度后，经过过滤器、视液镜及电磁阀；再分别通过调节三道制冷剂分支管路上的相应调节阀的开度，进而实现对被测压缩机的电机、变频器以及冷冻油冷却组件所需冷量的控制功能；通过调节量热器的电加热的功率，从而保证第一压缩机始终处于指定的吸气过热度范围内。

本发明的有益效果在于：

1)、通过上述方案，本发明通过将被测的离心式制冷压缩机出口处高温高压制冷剂蒸汽经过第一油分离器的分油作用后，首先经过第一气体冷却器降温后再进行气体节流，以获得制冷压缩机所需的吸气压力。更为重要的是，由于本发明采用了双重阶梯式冷却方式，而不是传统的一次性的悬崖式直接冷凝的操作方式，因此，第一气体冷却器不再直接剧烈降温，而是在经过一次气体冷却并节流后，仍保持制冷剂气体处于相对较高的吸气过热状态，显然此时该制冷剂气体仍不利于压缩机的安全和运行。之后，本发明再通过第二气体冷却器，从而实现对调压后的上述已经降温过一次的制冷剂气体的二次降温调节功能，以使得被测压缩机进口处能获得任意的吸气温度条件，并确保该吸气温度下的制冷剂气体始终处于指定的过热气体状态而不是汽液两相状态。最后，再利用装置上安装的流量计测得被测压缩机的质量流量，进而满足被测压缩机对制冷量、cop、容积效率、等熵效率等参数的测试要求。本发明的上述循环均在过热区内运行，整个流程简单、设备少、成本低廉且操作简单可靠，可在保证整体构件使用寿命及操作安全性的同时，亦可确保其便捷操作性。

2)、本发明通过设置冷媒回收加注模块，从而实现装置内的冷媒加注和回收功能。甚至在测试期间，还通过开启冷媒回收加注截止阀，从而调节整个装置的冷媒充注量，进而可以实现对压缩机的排气压力的调节效果。此外的，本发明还设置了用于实现防喘振功能的气动截止阀，在测试过程中，当工况条件变化恶劣时，被测压缩机容易发生喘振现象，此时打开气动截止阀，可防止喘振，进而可确保测试的正常有效进行。

3)、制冷剂冷却模块用于实现对被测压缩机的电机、变频器、冷冻油冷却组件所需冷量的控制功能。制冷剂冷却模块在具备第二油分离器、冷凝器、过冷器等构造外，还设置了量热器。进入量热器的制冷剂是汽液两相，具有一定的冷量；而量热器的目的则是通过所投入的电能平衡第一压缩机多余的制冷量，保证第一压缩机具有稳定安全的吸气过热度，进而保证相应压缩机的正常运行。

4)、本装置还设置有四个温度测点、三个压力测点以及四个循环状态监测点；通过多个温度测点、压力测点及循环状态监测点的设置，可有效实现对测试过程的全程监控及数据收集功能。

附图说明

图1是本发明的各结构连接关系图；

图2是样机闭式循环模块的压焓图。

本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：

t1-第一温度测点t2-第二温度测点

t3-第三温度测点t4-第四温度测点

p1-第一压力测点p2-第二压力测点p3-第三压力测点

c1-第一循环状态监测点c2-第二循环状态监测点

c3-第三循环状态监测点c4-第四循环状态监测点

11-被测压缩机12-第一油分离器13-第一气体冷却器

14-第一调节阀15-第二气体冷却器16-流量计

21-冷媒回收加注截止阀

31-第一压缩机32-第二油分离器33-冷凝器34-储液器

35-过冷器36-过滤器37-视液镜38-电磁阀39-量热器

a-第二调节阀b-第三调节阀c-第四调节阀

40-气动截止阀

具体实施方式

为便于理解，此处对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：

本发明的具体结构连接关系图可参照图1所示，其包括样机闭式循环模块、制冷剂冷却模块、冷媒回收加注模块以及冷却水模块。其中：

样机闭式循环模块包括被测压缩机11、第一油分离器12、第一调节阀14、第一气体冷却器13、第二气体冷却器15、流量计16以及回路上布置的温度、压力测点和温度、压力保护装置等。上述各结构由制冷剂管路衔接，从而形成由被测压缩机11出口至被测压缩机11进口的闭式循环回路。具体而言，如图1所示的，由被测压缩机11的出口处开始而沿被测压缩机11出口处的制冷剂行进方向，各结构关系按照第一油分离器12、第一气体冷却器13、第一调节阀14、第二气体冷却器15以及流量计16来依序布置。防喘振用的气动截止阀40则与上述闭式循环回路相并联的布置在被测压缩机11的旁侧，并连通被测压缩机11的进口及出口。

对于制冷剂冷却模块，其为含有量热器39的水冷压缩冷凝机组。制冷剂冷却模块主要包含第一压缩机31、第二油分离器32、冷凝器33、储液器34、过冷器35、过滤器36、视液镜37、各调节阀、量热器以及回路上布置的温度、压力测点和温度、压力保护装置等。制冷剂冷却模块按照第一压缩机31出口处涌出的制冷剂的行进路径，各结构关系按照第二油分离器32、冷凝器33、储液器34、过冷器35、过滤器36、视液镜37及电磁阀38而依序布置。在电磁阀38的出口处设置三处制冷剂分支管路。第一道制冷剂分支管路经由第二调节阀a连通至被测压缩机11的电机处；第二道制冷剂分支管路经由第三调节阀b连通至被测压缩机11的变频器处；第三道制冷剂分支管路经由第四调节阀c连通至被测压缩机11的冷冻油冷却组件处。第一压缩机31的进口处布置用于确保第一压缩机31吸气过热度的量热器，量热器进口连通至被测压缩机11的电机、变频器、冷冻油冷却组件出口处。

冷媒回收加注模块是通过其管路上的冷媒回收加注截止阀21进行开关操作，根据需要对闭式循环系统的冷媒进行回收和加注操作。

冷却水模块是具有可控温度的冷却水循环回路，可实现各气体冷却器、制冷剂冷却系统的冷凝器33以及过冷器35的降温冷却或冷凝功能。

整个装置设置有四个温度测点、三个压力测点以及四个循环状态监测点；其中，参照图1所示的，被测压缩机11的进口处设置第一温度测点t1、第一压力测点p1及第一循环状态监测点c1；被测压缩机11的出口处设置第二温度测点t2、第二压力测点p2及第二循环状态监测点c2；第一气体冷却器13与第一调节阀14之间的一段制冷剂管路上设置第三温度测点t3及第三循环状态监测点c3；第一调节阀14与第二气体冷却器15之间的一段制冷剂管路上设置第四循环状态监测点c4；第一压缩机31进口与量热器39之间的一段管路处布置第三压力测点p3以及第四温度测点t4。

依据上述结构并参照图1所示，应用本装置的测试方法的具体实施步骤如下：

1)、加注冷媒；

测试前，通过开启冷媒回收加注截止阀21，从而向被测压缩机11内加注指定量的冷媒。

2)、油气分离；

被测压缩机11排出的制冷剂气体经过第一油分离器12，以实现冷冻油的分离操作。

3)、第一次气体冷却；

从第一油分离器12中出来的制冷剂气体在第一气体冷却器13内进行第一次降温；通过调节第一气体冷却器13，从而使制冷剂气体的温度达到预设温度t3。

4)、气体节流；

上述达到预设温度t3的制冷剂气体经第一调节阀14实现降压操作；通过调节第一调节阀14的开度，使得制冷剂气体的压力达到被测压缩机11所需要的吸气压力p1。

经过3)步骤及4)步骤后，此时列出如下具体工况下的第一调节阀14出口处的温度及吸气过热度，如下表1所示：

表1

5)、第二次气体冷却；

经过气体节流后的制冷剂气体进入第二气体冷却器15，从而实现第二次降温操作。通过调节第二气体冷却器15，从而实现对上述表1中调压后的制冷剂气体的二次温度调节功能。由于上述表1中的吸气过热度及相应的温度已经被调节一次，因此相对的更为接近被测压缩机11所需的吸气温度t1，之后再依靠第二气体冷却器15的降温可调节性，从而使得被测压缩机11所需的吸气温度t1为多少，通过调节第二冷却器15即可获得相应的数值，且可确保该吸气温度下的制冷剂气体始终处于过热气体状态而不是汽液两相状态。

6)、排气压力调节步骤；

在测试过程中，通过开启冷媒回收加注截止阀21，从而调节本装置的冷媒充注量，以实现对被测压缩机11的排气压力p2的调节。

7)、防喘振步骤；

在测试过程中，当工况条件变化恶劣时，打开气动截止阀40，可防止被测压缩机11发生喘振现象。

8)、制冷剂冷却调节步骤；

在测试过程中，制冷剂冷却模块处第一压缩机31排出制冷剂蒸汽，会经过第二油分离器32后再在冷凝器33中进行冷凝，从而变为饱和液态制冷剂；饱和液态制冷剂进入储液器34暂存。之后，饱和液态制冷剂经过过冷器35从而达到指定的过冷度后，经过过滤器36、视液镜37及电磁阀38；再分别通过调节三道制冷剂分支管路上的相应调节阀的开度，进而实现对被测压缩机11的电机、变频器以及冷冻油冷却组件所需冷量的控制功能。通过调节量热器的电加热的功率，从而保证第一压缩机31始终处于指定的吸气过热度范围内。